Le système thermodynamique : descriptions et variables d'état
Cours · thermodynamique (MPSI), chapitre 1 · CPGE MPSI (1re année) · le début du chapitre, la suite sur Adloun
La thermodynamique étudie les systèmes formés d'un très grand nombre de particules — un litre d'air en contient environ . Décrire le mouvement de chacune est impossible et inutile : on adopte une description macroscopique, à l'aide de quelques variables d'état (pression, température, volume…). Ce premier chapitre installe ce vocabulaire : les échelles de description, la notion de système, et les grandeurs qui caractérisent un état d'équilibre.
1.1 Les échelles de description
- échelle microscopique : celle des atomes et molécules () ;
- échelle macroscopique : celle de l'expérimentateur () ;
- échelle mésoscopique : intermédiaire, assez petite pour être ponctuelle à l'échelle macroscopique, mais assez grande pour contenir un très grand nombre de molécules.
C'est à l'échelle mésoscopique que l'on peut définir des grandeurs locales (masse volumique, pression, température) comme des moyennes sur les nombreuses molécules présentes : ces moyennes sont stables (les fluctuations sont négligeables) tout en variant continûment d'un point à l'autre à l'échelle macroscopique.
Le libre parcours moyen est la distance moyenne parcourue par une molécule entre deux chocs. Dans l'air, dans les conditions usuelles, () : très grand devant la taille d'une molécule, très petit devant les dimensions macroscopiques.
Exercices du chapitre
- Le libre parcours moyen par le cylindre balayé ; pourquoi le thermos isole corrigé
- La fenêtre mésoscopique : ni trop petit, ni trop grand corrigé
- Combien de micro-états pour un macro-état ? corrigé
- Choisir la frontière : le remplissage d'un réservoir vide corrigé
- Extensivité et forme d'une équation d'état corrigé
- Les hémisphères de Magdebourg corrigé