Lois de la thermodynamique

Lois de la thermodynamique  

Les deux principes les plus importants sont le premier et le second. On leur en ajoute parfois deux autres (n°0 et n°3).

• Le premier principe affirme que l'énergie est toujours conservée. Autrement dit, l’énergie totale d’un système isolé reste constante. Les événements qui s’y produisent ne se traduisent que par des transformations de certaines formes d’énergie en d’autres formes d’énergie. L’énergie ne peut donc pas être produite ex nihilo ; elle est en quantité invariable dans la nature. Elle ne peut que se transmettre d’un système à un autre. On ne crée pas l’énergie, on la transforme.
  Le premier principe de la thermodynamique est aussi une loi générale pour toutes les théories physiques (mécanique, électromagnétisme, physique nucléaire,...) On ne lui a jamais trouvé la moindre exception, bien qu'il y ait parfois eu des doutes, notamment à propos des désintégrations radioactives. On sait depuis le théorème de Noether que la conservation de l'énergie est étroitement reliée à une uniformité de structure de l'espace-temps.
  On attribue à Lavoisier la citation suivante : « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ».

• Le second principe concerne la notion d'irréversibilité d'une transformation et introduit la notion d'entropie. Il dit que l'entropie d'un système isolé augmente, ou reste constante. Il est associé à l'impossibilité du passage du désordre à l'ordre sans intervention extérieure. Mais cette interprétation pose des difficultés.

Le second principe a une origine statistique : à la différence du premier principe, les lois microscopiques qui gouvernent la matière ne le contiennent qu'implicitement et de manière statistique. En revanche, il est assez indépendant des caractéristiques mêmes de ces lois, car il apparaît également si l'on suppose des lois simplistes à petite échelle.

• Le principe zéro concerne la notion d'équilibre thermique et est à la base de la thermométrie. Si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un même troisième alors ils sont aussi ensemble en équilibre thermique.

• Le troisième principe, ou principe de Nernst est plus controversé. Il est associé à la descente vers son état quantique fondamental d'un système dont la température se rapproche d'une limite qui définit la notion de zéro absolu. Il n'est pas nécessaire pour la thermodynamique classique et n'est donc pas vraiment un principe de la thermodynamique.