Le second principe

Le second principe de la thermodynamique permet de savoir si un système va évoluer spontanément. Il va introduire un nouveau concept : l'entropie, c'est une notion assez abstraite, on la voit souvent comme une mesure du désordre.

Il est d'abord important de définir l'état d'équilibre : un système est dit à l'équilibre lorsqu'il est stable et invariant, pour une durée indéterminée tant qu'un événement extérieur n'intervient pas.

• Une transformation sera dite réversible si à tout instant il y a équilibre entre les éléments internes du système et équilibre avec les éléments externes au système considéré. 
• Pour montrer qu'une transformation est irréversible il suffit de pointer un instant au cours de la transformation, une condition d'équilibre n'est pas vérifiée. Souvent, le plus simple est d'analyser la situation à l'instant initiale : la majorité des cas, l'évolution est induite par une rupture d'équilibre. 
• Une transformation sera dite quasi statique s'il y a un équilibre à tout instant entre les éléments internes du système.

Énoncé du second principe

Lors d'une transformation d'une quantité de chaleur en une énergie qui est macroscopiquement ordonnée, il n'est jamais possible d'avoir une efficacité de 100 %, une partie reste sous forme désordonnée. Ainsi, au fur et à mesure des transformations, il y a une évolution irréversible vers une augmentation du désordre.

Le second principe introduit alors la notion d'entropie qui permet de quantifier la tendance à aller vers un état désordonné. Ainsi, à tout système est associée une fonction d'état S, appelé entropie. Lorsque le système isolé et le siège d'une transformation irréversible, son entropie augmente. Lorsque le maximum est atteint, le système est en équilibre.

Pour utiliser la notion d'entropie, il est fondamental que le système soit isolé, sinon s'il n'est pas isolé, son entropie peut très bien augmenter ou diminuer ou rester invariante.

Pour calculer son entropie, on utilise la relation du second principe : dS = 𝛅Q/T

En réalité, la mesure de l'entropie est davantage une notion de probabilité.

Pour les pompes à chaleur, nous allons utiliser plusieurs notions, dont celle de la source de chaleur : c'est un système qui a une température constante, et, quelles que soient les interactions qu'il puisse avoir avec le système en cours d'études, la température ne varie pas, elle ne peut échanger que la chaleur. Pour désigner cette source de chaleur, on utilise souvent le terme de thermostat.

Ce second principe nous permet également d'obtenir la loi de Laplace : lors d'une transformation adiabatique (lorsque les échanges de chaleur avec l'extérieur sont négligeables) et réversible, une quantité fixe de gaz parfaits, la quantité PV^𝜸 est constante.

Nous verrons dans les prochains chapitres pourquoi toutes ces notions sont importantes et dans quel contexte nous pouvons les utiliser. Nous verrons notamment les propriétés du corps pur.