Processus réversibles/irréversibles
En thermodynamique, les processus réversibles et irréversibles sont des concepts fondamentaux pour comprendre les transformations énergétiques. Un processus réversible est une transformation idéale qui peut être inversée sans laisser de trace sur l’environnement. En revanche, un processus irréversible est une transformation réelle qui génère de l’entropie et ne peut pas être inversée sans apport d’énergie extérieure.
Formules à savoir
- Entropie pour un processus réversible : \( \Delta S = \int \frac{\delta Q_{\text{rev}}}{T} \)
- Entropie pour un processus irréversible : \( \Delta S > \int \frac{\delta Q_{\text{irrev}}}{T} \)
- Travail dans un processus réversible : \( W_{\text{rev}} = \int P \, dV \)
- Premier principe de la thermodynamique : \( \Delta U = Q – W \)
- Second principe de la thermodynamique : \( \Delta S_{\text{univers}} \geq 0 \)
Exemples sur les processus réversibles/irréversibles
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Compression isotherme réversible d’un gaz parfait :
Un gaz parfait est comprimé lentement à température constante. Le travail effectué est donné par \( W = nRT \ln \left( \frac{V_f}{V_i} \right) \). Ce processus est réversible car il peut être inversé en effectuant une détente isotherme.
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Expansion libre irréversible d’un gaz :
Un gaz se détend dans le vide sans échanger de chaleur ni de travail avec l’extérieur. L’entropie du système augmente, et ce processus ne peut pas être inversé sans apport d’énergie extérieure.
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Fusion de la glace à 0°C :
La fusion de la glace à température constante est un processus réversible si elle est effectuée infiniment lentement. L’entropie du système augmente, mais l’environnement reste inchangé.
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Combustion d’un carburant :
La combustion est un processus irréversible car elle génère de la chaleur et de l’entropie, et ne peut pas être inversée sans apport d’énergie extérieure.
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Cycle de Carnot :
Le cycle de Carnot est un exemple de processus réversible composé de deux transformations isothermes et deux adiabatiques. Il représente le rendement maximal possible pour une machine thermique.