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4.1 : Prélude à la deuxième loi de la thermodynamique

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    Selon la première loi de la thermodynamique, les seuls processus qui peuvent se produire sont ceux qui économisent de l'énergie. Mais cela ne peut pas être la seule restriction imposée par la nature, car de nombreux processus thermodynamiques apparemment possibles qui permettraient d'économiser l'énergie ne se produisent pas. Par exemple, lorsque deux corps sont en contact thermique, la chaleur ne circule jamais du corps le plus froid vers le corps le plus chaud, même si cela n'est pas interdit par la première loi. D'autres principes thermodynamiques doivent donc contrôler le comportement des systèmes physiques.

    L'un de ces principes est la deuxième loi de la thermodynamique, qui limite l'utilisation de l'énergie au sein d'une source. L'énergie ne peut pas passer arbitrairement d'un objet à un autre, tout comme nous ne pouvons pas transférer la chaleur d'un objet froid à un objet chaud sans travailler. Nous ne pouvons pas démixer la crème du café sans un procédé chimique qui modifie les caractéristiques physiques du système ou de son environnement. Nous ne pouvons pas utiliser l'énergie interne stockée dans l'air pour propulser une voiture, ni utiliser l'énergie de l'océan pour faire fonctionner un navire, sans perturber quelque chose autour de cet objet.

    La photo montre un moteur au xénon et une lueur bleue émise par celui-ci.
    Figure\(\PageIndex{1}\) : Un moteur à ions xénon du Jet Propulsion Laboratory montre la faible lueur bleue des atomes chargés émis par le moteur. Le moteur à propulsion ionique est la première propulsion non chimique à être utilisée comme principal moyen de propulsion d'un engin spatial.

    Dans le chapitre consacré à la première loi de la thermodynamique, nous avons commencé notre discussion par une blague de C. P. Snow qui disait que la première loi signifie « on ne peut pas gagner ». Il a paraphrasé la deuxième loi comme suit : « On ne peut atteindre le seuil de rentabilité, sauf par temps très froid ». À moins que vous ne soyez à zéro kelvin, vous ne pouvez pas convertir 100 % de l'énergie thermique en travail. Nous commençons par discuter des processus spontanés et expliquons pourquoi certains processus nécessitent du travail même si l'énergie aurait été conservée.