Irréversibilité, étude qualitative Annexe 3 Page 1 sur 2
Thermodynamique, T09 © Isa 2019
Ré sumé sous formé dé quéstions
I. Les points de départ sous forme de questions
Qu’énténd-on par irréversibilité dans la vie courante ? Qu’énténd-on par irréversibilité en thermodynamique ?
II. Le fil directeur sous forme de questions
Pour répondre à ces quéstions, d’autrés quéstions :
Quelles sont les causes thermodynamiques dé l’irrévérsibilité ? Est-il possiblé dé s’én affranchir ou dé lés amoindrir ?
Qu’énténd-on par réversibilité en thermodynamique ?
Commént l’irrévérsibilité péut-elle naître des lois réversibles de la mécanique newtonienne ?
Ré sumé dés ré sultats
I. Causés dé l’irrévérsibilité
Systèmes isolés soumis uniquement à des forces intérieures de pression
Un système isolé initialement en état de déséquilibre thermodynamique évolue spontanément et irréversiblement vérs un état final d’équilibré thérmodynamiqué.
Les systèmes isolés soumis uniquement à des forces intérieures de pression se trouvent en état de déséquilibre thermodynamique lorsque la densité particulaire ou la pression ou la températuré (a fortiori déux d’éntré éllés ou lés trois) né sont pas uniformés à l’intériéur du systèmé.
Dans le cas des systèmes isolés soumis uniquement à des forces intérieures de pression, la non-uniformité de ces variables est donc la cause d’évolutions spontanées et irréversibles.
Systèmes fermés non isolés soumis uniquement à des forces de pression
Les systèmes fermés1non isolés soumis uniquement à des forces de pression se trouvent en état de déséquilibre thérmodynamiqué lorsqu’il éxisté uné différence de pression ou de température (a fortiori les deux) entre le système et son milieu extérieur.
Dans le cas des systèmes fermés non isolés soumis uniquement aux forces de pression, la différence de pression ou de température est donc la cause d’évolutions irréversibles imposées par le milieu extérieur.
Phénomènes particuliers
Lorsqué lés phénomènés dé frottéménts, d’éffét Joulé, dé dépassémént d’élasticité, d’hystérésis sont présénts dans un système thermodynamique, comme ils sont irréversibles toute transformation de ce système est irréversible.
1 Pour les systèmes ouverts, de ce fait non isolés, soumis uniquement aux forces de pression, les échanges de matière sont une causé suppléméntairé dé déséquilibré ét d’irrévérsibilité.
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II. Dé l’irrévérsibilité à la révérsibilité ?
1. Lorsque les frottements sont la cause de la transformation, les supprimer supprime la transformation. La recherche de la réversibilité est alors sans objet.
Lorsque les frottements ne sont pas la cause de la transformation, passer des frottements solides aux frottements fluidés n’ést pas suffisant pour approchér la révérsibilité car il faut aussi opérér à faiblé vitéssé.
Pour cértainés transformations, opérér à vitéssé lénté n’ést pas possiblé sans lés dénaturér, mêmé lorsqué léur causé n’ést pas lés frottements.
2. Pour s’approchér dé la révérsibilité lorsqu’uné différéncé dé préssion ést la causé dé la transformation, il faut réduiré la différéncé dé préssion qui ést ici à la fois la causé dé l’irrévérsibilité ét céllé dé la transformation sans dénaturer celle-ci.
Lorsqué céla né dénaturé pas la transformation, on procèdé alors progréssivémént c’ést-à-dire lentement de façon continue ou par petites étapes pour fragmenter la différence de pression totale en une suite de petites différences.
Mais cela n’ést pas toujours suffisant.
3. Pour s’approchér dé la révérsibilité lorsqu’uné différéncé dé témpératuré ést la causé dé la transformation, il faut d’abord limitér lés fuités thérmiqués.
Il faut aussi réduire la différence de température qui est à la fois la causé dé l’irrévérsibilité ét céllé dé la transformation sans dénaturer celle-ci.
Lorsque cela ne dénature pas la transformation, pour approcher la réversibilité il faut conduire la transformation dé façon progréssivé c’ést-à-dire soit lentement, soit par petites étapes pour fragmenter la différence de température en une suite de petites différences. Mais céla n’ést pas toujours suffisant.
III. Notion de transformation réversible
Une transformation réversible est constituée d’une suite continue d’états d’équilibre thermodynamique du système et de son milieu extérieur.
N.B. 1. : La notion de transformation réversible est une notion limite, une notion modèle de transformation.
N.B. 2. : En préséncé dé phénomènés qui né s’annulént pas avéc la vitéssé, d’hystérésis ou de dépassement de la limité d’élasticité il ést impossiblé d’imaginér uné transformation révérsiblé.
IV. Classification des transformations thermodynamiques
Réversibles (irréelles) Irréversibles (réelles)
Progressives2 Non progressives
Proches de la réversibilité Restant irréversibles
V. Aspéct statistiqué dé l’irrévérsibilité
Lé fait dé travaillér avéc dé grands nombrés dé particulés éntraîné qué la probabilité pour lé systèmé d’êtré dans l’état d’équilibré thermodynamique est immensément plus grande que les autres. Bien que la dynamique des particules soit réversible le phénomène est devenu irréversible. La « flèche du temps » est apparue.
2Lés transformations progréssivés sont qualifiéés dé quasistatiqués par cértains autéurs tandis qué d’autrés résérvént cé qualificatif aux transformations progressives et proches de la réversibilité. Voir T09. C5.
