thermodynamique - physique.

« 5 THERMODYNAMIQUE STATISTIQUE 5.1 Approche microscopique La découverte de la structure moléculaire de la matière a permis d’expliquer la thermodynamique d’un point de vue microscopique.

Une mole de substance quelconque peutêtre assimilée à un assemblage de molécules identiques, de l’ordre de 10 24 (nombre d’Avogadro), chacune ayant un mouvement propre auquel on peut affecter des variables mécaniques, comme la vitesse ou la quantité de mouvement.

Il devrait donc être possible, du moins en théorie, de déduire les propriétés générales d’un systèmeen résolvant les équations du mouvement de chacune de ces molécules.

Vue sous cet angle, la thermodynamique peut alors être considérée comme une simple applicationdes lois de la mécanique à l’échelle microscopique. 5.2 Méthodes statistiques Si l’on suppose les molécules sphériques, il faut donc leur associer trois variables de position et trois variables de vitesse.

Décrire un système macroscopique de cettemanière demanderait une puissance de calcul supérieure à celle des ordinateurs les plus puissants.

En outre, la solution complète de telles équations nous donnerait laposition et les caractéristiques de chaque molécule à chaque instant, ce qui serait inexploitable.

C’est pourquoi on a mis au point des méthodes statistiques permettant decalculer les moyennes des variables mécaniques des molécules d’un système, afin d’en déduire ses caractéristiques générales.

Par ces calculs, on retrouve les grandeursthermodynamiques macroscopiques du système.

Le traitement statistique de la mécanique moléculaire est appelé mécanique statistique. 5.3 Thermodynamique et mécanique La mécanique statistique permet de relier thermodynamique et mécanique.

Par exemple, d’un point de vue statistique, la température d’un système représente en fait unemesure de l’énergie cinétique moyenne de ses molécules.

Une augmentation de température correspond par conséquent à une augmentation de l’activité moléculaire.

Demême, l’énergie interne d’un système correspond à la somme de l’énergie cinétique des molécules et de l’énergie potentielle issue de l’interaction intramoléculaire.

Lorsquedeux systèmes sont en contact, l’énergie passe d’une molécule à l’autre par collision.

Le transfert d’énergie se poursuit ainsi jusqu’à ce que l’uniformité statistique soitatteinte, ce qui se traduit par l’équilibre thermique (égalité des températures). Dans le premier principe de la thermodynamique, on retrouve la loi bien connue de la mécanique : la conservation de l’énergie.

De même, le concept d’entropie se traduitpar le désordre à l’échelle moléculaire.

En supposant que toutes les combinaisons de mouvements moléculaires soient équiprobables, la mécanique statistique montre queplus un système isolé est désordonné, plus il y a de combinaisons susceptibles de parvenir à cet état.

La probabilité de l’état le plus désordonné est donc beaucoup plusimportante que celle de n’importe quel autre état.

Cette probabilité est la base statistique des définitions de l’état d’équilibre et de l’entropie. Voir Gaz ; Incertitude, principe d’. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.

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