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Enoncé de Clausius

Posté par
mwa1
03-05-13 à 16:19

Bonjour,

Il y a quelque chose que je ne comprends pas dans l'énoncé de Clausius :

On considère deux systèmes X_c  et  X_fde températures  T_c  et  T_f   (avec  T_c > T_f) en contact, isolés de l'extérieur et ne pouvant échanger que de l'énergie thermique sous forme de chaleur.

On a :

dU = 0 = dU_c + dU_f = \delta Q_c + \delta Q_f

dS = \delta S^{creee} = dS_c + dS_f = \frac{\delta Q_c}{T_c} + \frac{\delta Q_f}{T_f}

Je comprends bien que  dS = \delta S^{creee}   puisque  le système est isolé donc     \frac{\delta Q}{T} = 0


mais je ne comprends pas pourquoi on a pas : dS_c + dS_f =( \frac{\delta Q_c}{T_c} + \delta S^{creee}_c) + (\frac{\delta Q_f}{T_f} + \delta S^{creee}_f)   ?

Posté par
PerArGal
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 07:56

Bonjour,

C'est parce l'énoncé de Clausius te dit:

\Delta S_S \geq S_{ech} = \Sigma_{i=1}^{N}\int\frac{\delta Q_{i}}{T_i}

Ta 2ème égalité est donc juste, mais pas la première.

Est ce plus clair? (regarde en détail l'énoncé du 2nd principe)

Posté par
mwa1
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 12:02

Bonjour,

Citation :

Ta 2ème égalité est donc juste, mais pas la première.


Elle sortent toutes les deux de mon bouquin de thermo, mais je vois pas en quoi la première est fausse :


Le système X_c + X_f  étant isolé de l'extérieur,et l'énergie interne étant extensive, on a dU = 0 = dU_c + dU_f

si les deux sous-systèmes X_c et  X_f  en contact ne peuvent échanger d'énergie que sous forme de chaleur, alors  dU = (\cancel{W_c}+ Q_c) + (\cancel{W_f} + Q_f) = Q_c + Q_f

Quant à l'entropie du système, comme il est isolé, on a  dS = \delta S^{creee}   puisque  \frac{\delta Q}{T} = 0

comme l'entropie est extensive, on a bien dS = dS_c + dS_f

Jusqu'ici je ne vois pas le problème  

ce que je ne comprends pas, c'est qu'on devrait avoir   dS_c = \frac{\delta Q_c}{T_c} + \delta S_c^{creee}    et    dS_f = \frac{\delta Q_f}{T_f} + \delta S_f^{creee}

au lieu de seulement dS_c = \frac{\delta Q_c}{T_c}   et   dS_f = \frac{\delta Q_f}{T_f}  non ?

ou sont passés les termes de création d'entropie de X_c  et   X_f  ?

Posté par
krinn Correcteur
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 14:10

bonjour,

pour Xf par ex. tu peux écrire: dSf = Sf échangée + Sf créée

mais tu ne peux pas calculer Sf échangée = Qf (irrév.) / Téchange car tu ne connais pas la température d'échange dans la transformation réelle (le système Xf est hors équilibre durant la transformation, T n'est pas définie)

(si mes souvenirs sont bons

Posté par
mwa1
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 15:55

Il ne s'agit pas de calculer quoi que ce soit, c'est juste la démonstration de l'énoncé de Clausius

La démonstration du bouquin donne :

dS = \delta S^{echangee} + \delta S^{creee}        avec      \delta S^{echangee} = \frac{\delta Q}{T} = 0  puisque le système est isolé     et   dS = dS_c + dS_f     car    S    est extensive

on a donc      dS = dS_c + dS_f = \frac{\delta Q_c}{T_c} + \frac{\delta Q_f}{T_f} = \delta S^{creee} > 0

comme    \delta Q_f = - \delta Q_c

on peut écrire     \delta Q_f (\frac{1}{T_f} - \frac{1}{T_c}) \ge 0        ce qui démontre bien que la chaleur  \delta Q_f  reçue par le sous-système froid  X_f  est positive  et donc que la chaleur s'écoule spontanément du chaud vers le froid.




Le problème c'est que quand moi j'essaie de faire cette démonstration, naturellement, j'écris :

dS = dS_c + dS_f = (\frac{\delta Q_c}{T_c} + \delta S^{creee}_c) + (\frac{\delta Q_f}{T_f} + \delta S^{cree}_f)       au lieu de     dS = dS_c + dS_f = \frac{\delta Q_c}{T_c} + \frac{\delta Q_f}{T_f}     comme dans le bouquin

donc ma question est : pourquoi il ne faut pas mettre les termes de création d'entropie  ?

Posté par
PerArGal
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 17:31

Re-

Il faudrait savoir ce que ton bouquin dit autour de la dernière formule que tu cites. Le \frac{\delta Q}{T} ne peut correspondre qu'à l'entropie échangée.

L'égalité: dS = \frac{\delta Q}{T}n'étant vérifiée (cf. 2nd principe) que lorsque \delta S_{crée} = 0 ie transformation réversible!

Posté par
mwa1
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 18:13

J'ai peut-être raté une subtilité dans l'énoncé en effet, je vais donc le recopier mot pour mot


Citation :
Enoncé de Clausius :

La chaleur ne passe pas spontanément d'un corps froid à un corps chaud.

Pour établir cette affirmation à partir de l'énoncé de base*, considérons un système   X   isolé constitué de deux systèmes   X_c   et    X_f  , de températures respectives  T_c   et    T_f < T_c, pouvant échanger par contact de l'énergie uniquement sous forme thermique.


Les bilans énergétique et entropique appliqués à l'ensemble X, entre deux instants successifs infiniment voisins, donnent :

       dU = 0    avec    dU = dU_c + dU_f = \delta Q_c + \delta Q_f

et, puisque l'irréversibilité est due uniquement à la mise en contact des surfaces des deux systèmes de températures différentes :

       dS = \delta S^c > 0    avec    dS = dS_c + dS_f = \frac{\delta Q_c}{T_c} + \frac{\delta Q_f}{T_f}


Il en résulte que, les quantités de chaleur   \delta Q_c    et    \delta Q_f   reçues par  X_c  et  X_f    étant opposées :


       \delta Q_f(\frac{1}{T_f} - \frac{1}{T_c}) \ge 0


Comme   T_c > T_f, Q_f = - Q_c > 0  : le corps le plus chaud, X_c, cède de la chaleur au corps le plus froid  X_f.




* Enoncé de base :

Pour tout système fermé, il existe une fonction des variables d'état, extensive, non conservative, appelée entropie S , telle que sa variation, entre deux dates successives t_1  et t_2 > t_1 , s'écrive :

       \Delta S = S^r + S^c    avec    S^r = \int{\frac{\delta Q}{T_s}}   et   S^c \ge 0



Voilà donc l'énoncé originale du bouquin.

      

Posté par
PerArGal
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 20:00

Re-,

N'étant pas expert en thermodynamique, c'est avec beaucoup d'assurance que je peux te répondre

Je crois que tu ne peux pas écrire:

dS = \frac{\delta Q}{T} + \delta S_{cr}

L'entropie est comme l'énergie interne une fonction d'état les 2 étant liées par

dU = T.dS (c'est même je crois la définition de la température thermodynamique)

De manière qualitative (en tout cas c'est comme cela que je m'étais représenté les choses il a n années avec 1 = o(n)) c'est que le "côté" irréversible est déjà contenu dans \delta Q (ou même \delta W le cas échéant)

Je crois que la formulation malheureuse (enfin c'est celle qui m'a fait me prendre les pieds dans le tapis dans ma précédente réponse) c'est le \frac{\delta Q}{T} "du système"



Posté par
mwa1
re : Enoncé de Clausius 04-05-13 à 21:55

Citation :
il a n années avec 1 = o(n)
  


Je me demande si il n'y a pas une information cachée dans cette phrase de l'énoncé :

Citation :
et, puisque l'irréversibilité est due uniquement à la mise en contact des surfaces des deux systèmes de températures différentes :

Posté par
PerArGal
re : Enoncé de Clausius 05-05-13 à 07:39

Je ne pense pas qu'il y ait un message subliminal derrière cette phrase. Le système évolue spontanément vers un état d'équilibre plus stable. Cette transformation ne peut pas être réversible.

Ma tentative d'explication ne te satisfait donc pas. Peux tu me dire ce qui "bloque"? Afin de creuser ...

Posté par
mwa1
re : Enoncé de Clausius 05-05-13 à 11:45

Bonjour,

Je crois que j'ai trouvé l'explication ici :

En fait on dit que S étant une fonction d'état, on utilise un chemin réversible imaginaire pour calculer les variations d'entropie des sous-systèmes.

** image du texte scanné effacée **

Edit Coll : si tu veux de l'aide, merci de faire l'effort de recopier ton texte sur le forum     

Posté par
PerArGal
re : Enoncé de Clausius 05-05-13 à 12:00

Super!
La bonne nouvelle en plus c'est que la Thermo n'a pas changé en 30 ans: la formulation que tu rapportes est quasi identique à celle de mon (vieux) polycop!
La mauvaise nouvelle étant que mes 2 tentatives à te le retranscrire "simplement" ont échoué ...
A+



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