Diapositive 1

1
Plan de match
Ch. 3 Mécanique statistique
Ch. 4 Travail et chaleur
Ch. 5 Thermodynamique statistique
2
Chapitre 4 Travail et chaleur
3
Un bref historique du travail et de la chaleur
Nous savons, en général, que tous les corps de la
nature sont plongés dans le calorique, qu'ils en
sont environnés, pénétrés de toutes parts, et
qu'il remplit tous les intervalles que laissent
entre elles leurs molécules que dans certains
cas le calorique se fixe dans les corps, de
manière même à constituer leurs parties solides,
mais que le plus souvent il en écarte les
molécules, il exerce sur elles une
force répulsive, et que c'est de son action ou de
son accumulation plus ou moins grande que dépend
le passage des corps de l'état solide à
l'état liquide, de l'état liquide à l'état
aériforme.
Antoine-Laurent de Lavoisier
(1789)
4

• Détruit la théorie du
• phlogistique
• Première théorie scientifique
• de la chaleur
• Chaleur fluide invisible, sans goût,
• sans odeur, sans poids
• ? le calorique
• Corps chauds contiennent plus de
• calorique que les corps froids
• Les parties constituantes du
• calorique se repoussent
• Explique ainsi lécoulement de la chaleur

Antoine de Lavoisier (1743-1794)
Notez labsence marquée de barbe !
5
Problème typique que lon veut résoudre
Cu 10 g 60 C
Quelle est la température finale du système?
H2O 100 g 30 C
6
Analogie avec le cas dun fluide
incompressible soumis à un champ de gravité
A
Même volume deau
h V / A
h
V
7
A1
A2
h1
h2
h1A1 h2A2
8
A1
A2
h
h1A1 h2A2 hA1 hA2
h1A1 h2A2
h (h1A1 h2A2) / (A1 A2)
9
Q
?
Q quantité de chaleur fournie ? température
atteinte C chaleur spécifique
? Q / C
10
?2 C2
?1 C1
?1C1 ?2C2
?
C1 C2
?
?
11

• Lanalogie entre lécoulement de la chaleur et
  celui dun
• fluide incompressible fonctionne parce que dans
  la
• théorie de Lavoisier, la chaleur est une
  quantité qui
• est conservée
• Rien ne se perd, rien ne se
  crée...
• Lavoisier pense même que la chaleur est un
  élément
• (indestructible)
• Comme les atomes sont indestructibles, la
  quantité
• de chaleur dans lUnivers doit être constante !

12
Responsable du forage des canons !
Benjamin Thompson, Comte Rumford (1753-1814)

• Physicien britannique
• Ministre de la guerre en Bavière

13

• La quantité de chaleur produite est phénoménale
• et apparemment inépuisable
• Lenvironnement du canon devrait devenir froid
• selon lapproche de Lavoisier (le réservoir se
  vide)
• Au contraire, lenvironnement devient plus chaud
  !!!
• Travail mécanique converti en chaleur
• (concept révolutionnaire difficile à
  accepter)

14
James Prescott Joule (1818-1889)

• Ancien directeur dune fabrique de bière!
• Expérimentateur minutieux
• Équivalence travail mécanique ? chaleur
• Peu importe travail mécanique ou électrique
• Équivalence mécanique de la chaleur

1 N m 0.241 calorie 1 J
15

• Ni la chaleur, ni le travail ne sont
• conservés, mais bien une combinaison
• des deux (que lon appellera énergie)

?E Q - W
?E changement de lénergie interne Q chaleur
extraite de lenvironnement, et absorbée
par le système W travail effectué sur
lenvironnement par le système
Rudolf Clausius (1822-1888) Physicien allemand
Première loi de la thermodynamique
16
0
?E Q - W
?E changement de lénergie interne Q chaleur
extraite de lenvironnement, et absorbée par le
système W travail effectué sur lenvironnement
par le système
17
?E - W
?E changement de lénergie interne Q chaleur
extraite de lenvironnement, et absorbée par le
système W travail effectué sur lenvironnement
par le système
18

• Nous tenterons de comprendre la relation entre
• les interactions
• Thermique
• Mécanique

THERMODYNAMIQUE
... mais du point de vue microscopique !