ThermodynamiqueLa thermodynamique est la branche de la physique qui traite de la dépendance des propriétés physiques des corps à la température, des phénomènes où interviennent des échanges thermiques, et des transformations de l'énergie entre différentes formes. La thermodynamique peut être abordée selon deux approches différentes et complémentaires : phénoménologique et statistique. La thermodynamique phénoménologique ou classique a été l'objet de nombreuses avancées dès le .
Cycle frigorifiqueLe cycle frigorifique est un cycle thermodynamique. Il permet d'abaisser la température d'un milieu relativement froid (la source froide) et simultanément d'augmenter la température d'un autre milieu relativement chaud (la source chaude) au moyen d'une dépense d'énergie mécanique. Il est notamment utilisé dans les réfrigérateurs ou les pompes à chaleur.
Principes de la thermodynamiquevignette|Entropie d'un corps à 0 K (à gauche) Corps avec une température supérieur à 0 K (à droite) Les principes de la thermodynamique sont les principales lois (principes en fait, car non démontrés) qui régissent la thermodynamique : premier principe de la thermodynamique : principe de conservation de l'énergie ; introduction de la fonction énergie interne, U ; deuxième principe de la thermodynamique : principe d'évolution ; création d'entropie, S ; troisième principe de la thermodynamique ou principe de N
Chemical thermodynamicsChemical thermodynamics is the study of the interrelation of heat and work with chemical reactions or with physical changes of state within the confines of the laws of thermodynamics. Chemical thermodynamics involves not only laboratory measurements of various thermodynamic properties, but also the application of mathematical methods to the study of chemical questions and the spontaneity of processes. The structure of chemical thermodynamics is based on the first two laws of thermodynamics.
Deuxième principe de la thermodynamiqueLe deuxième principe de la thermodynamique (également connu sous le nom de deuxième loi de la thermodynamique ou principe de Carnot) établit l'irréversibilité des phénomènes physiques, en particulier lors des échanges thermiques. C'est un principe d'évolution qui fut énoncé pour la première fois par Sadi Carnot en 1824. Il a depuis fait l'objet de nombreuses généralisations et formulations successives par Clapeyron (1834), Clausius (1850), Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann en 1873 et Max Planck (voir Histoire de la thermodynamique et de la mécanique statistique), tout au long du et au-delà jusqu'à nos jours.
Premier principe de la thermodynamiqueSelon le premier principe de la thermodynamique, lors de toute transformation, il y a conservation de l'énergie. Dans le cas des systèmes thermodynamiques fermés, il s'énonce de la manière suivante : Au cours d'une transformation quelconque d'un système fermé, la variation de son énergie est égale à la quantité d'énergie échangée avec le milieu extérieur, par transfert thermique (chaleur) et transfert mécanique (travail).
Thermodynamique hors équilibreLa thermodynamique hors équilibre est le domaine de recherche étudiant les phénomènes de relaxation et de transport au voisinage de l'équilibre thermodynamique. Il s'agit là de phénomènes dissipatifs donc irréversibles, liés à une augmentation de l'entropie. Les méthodes présentées ici relèvent de la thermodynamique proprement dite, qui permet de donner les lois caractérisant un phénomène.
RéfrigérateurUn réfrigérateur est un meuble ou une armoire fermée et calorifugée dont la température est régulée par réfrigération indépendamment de la température extérieure (cuisine, chambre froide, pharmacie, laboratoire). Dans un réfrigérateur, un compartiment principal maintient une température inférieure à . Un deuxième compartiment peut avoir une température plus basse, soit un freezer à glaçons, soit un compartiment à appelé congélateur.
Sadi Carnot (physicien)Nicolas Léonard Sadi Carnot est un physicien et ingénieur français né le à Paris et mort le à Ivry-sur-Seine. Durant sa courte carrière (il meurt du choléra à l’âge de ), Sadi Carnot ne publia qu’un seul livre (comme Copernic) : Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, en 1824, dans lequel il exprima, à l’âge de , ce qui s’avéra être le travail de sa vie et un livre important dans l’histoire de la physique.
Réfrigérateur à absorption de gazvignette|Réfrigérateur à absorption de gaz avec une capacité de refroidissement de 1,4 MW sur un transporteur (2014). Le réfrigérateur à absorption de gaz est un réfrigérateur qui utilise une source de chaleur pour faire tourner son cycle frigorifique, permettant d'extraire la chaleur. Ce procédé remplace le compresseur utilisé habituellement. Il est exploité lorsque l'électricité n'est pas disponible facilement (trop rare, trop chère, difficile à produire, par exemple dans un camping car) ou lorsque l'on dispose d'une source de chaleur pratiquement gratuite (fort ensoleillement, gaz ou liquide chaud issu d'une turbine ou d'un procédé industriel).
Einstein refrigeratorThe Einstein–Szilard or Einstein refrigerator is an absorption refrigerator which has no moving parts, operates at constant pressure, and requires only a heat source to operate. It was jointly invented in 1926 by Albert Einstein and his former student Leó Szilárd, who patented it in the U.S. on November 11, 1930 (). The three working fluids in this design are water, ammonia, and butane. The Einstein refrigerator is a development of the original three-fluid patent by the Swedish inventors Baltzar von Platen and Carl Munters.
Transfert thermiquevignette|alt=Autour d'un feu, des mains reçoivent sa chaleur par rayonnement (sur le côté), par convection (au-dessus de ses flammes) et par conduction (à travers un ustensile en métal).|Les modes de transfert thermique ( en anglais pour « rayonnement »). Un transfert thermique, appelé plus communément chaleur, est l'un des modes d'échange d'énergie interne entre deux systèmes, l'autre étant le travail : c'est un transfert d'énergie thermique qui s'effectue hors de l'équilibre thermodynamique.
Quantum heat engines and refrigeratorsA quantum heat engine is a device that generates power from the heat flow between hot and cold reservoirs. The operation mechanism of the engine can be described by the laws of quantum mechanics. The first realization of a quantum heat engine was pointed out by Scovil and Schulz-DuBois in 1959, showing the connection of efficiency of the Carnot engine and the 3-level maser. Quantum refrigerators share the structure of quantum heat engines with the purpose of pumping heat from a cold to a hot bath consuming power first suggested by Geusic, Schulz-DuBois, De Grasse and Scovil.
Convection thermiqueLa convection (thermique) désigne le transfert d'énergie thermique au sein d'un fluide en mouvement ou entre un fluide en mouvement et une paroi solide. Ce transfert d'énergie est réalisé par deux modes de transfert élémentaire combinés que sont l'advection et la diffusion. La convection constitue, avec la conduction et le rayonnement, l'un des trois modes d'échange de chaleur entre deux systèmes, et diffère de ces derniers par la méthode de transfert.
Coefficient de transfert thermiqueLe coefficient de transfert thermique ou coefficient de transmission thermique est un coefficient quantifiant le flux d'énergie traversant un milieu, par unité de surface, de volume ou de longueur. L'inverse du coefficient de transfert thermique est la résistance thermique. C'est un terme important dans l'équation d'un transfert thermique et permet d'indiquer la facilité avec laquelle l'énergie thermique passe un obstacle ou un milieu. Dans le cas d'un transfert surfacique, il est appelé coefficient de transfert thermique surfacique ou résistance thermique d'interface.
Réfrigérateur à dilution250px|vignette|Diagramme de phase de la solution 3He–4He liquide, montrant la séparation des phases à basses températures. 250px|vignette|Schéma d’un réfrigérateur à dilution standard, ou « mouillé » : utilisant des fluides cryogéniques annexes. 250px|vignette|L’intérieur d’un réfrigérateur à dilution à hélium, sans les parois isolantes à vide. 250px|vignette|Schéma d’un réfrigérateur à dilution sans fluides cryogéniques, dit « sec » ; pré-refroidit par un à deux étages, indiqué par le rectangle en pointillés.
Work (thermodynamics)Thermodynamic work is one of the principal processes by which a thermodynamic system can interact with its surroundings and exchange energy. This exchange results in externally measurable macroscopic forces on the system's surroundings, which can cause mechanical work, to lift a weight, for example, or cause changes in electromagnetic, or gravitational variables. The surroundings also can perform work on a thermodynamic system, which is measured by an opposite sign convention.
Cycle de Braytonvignette|upright=0.8|Diagramme Température-Entropie du cycle théorique et réel de Brayton. Le cycle de Brayton, ou cycle de Joule, est un cycle thermodynamique à caloporteur gazeux. Il a été inventé par l'ingénieur anglais en 1791 et développé par l'ingénieur américain George Brayton à partir de 1872. Le cycle de Joule inverse lui est similaire, mais utilise une source de chaleur externe et incorpore un régénérateur. Le cycle de Brayton théorique est le cycle idéal correspondant à celui de la turbine à gaz élémentaire.
Travail d'une forceLe travail d'une force est l'énergie fournie par cette force lorsque son point d'application se déplace (l'objet subissant la force se déplace ou se déforme). Il est responsable de la variation de l'énergie cinétique du système qui subit cette force. Si par exemple on pousse une bicyclette, le travail de la poussée est l'énergie produite par cette poussée. Cette notion avec ce nom fut introduite par Gaspard-Gustave Coriolis. Le travail est exprimé en joules (J) dans le Système international.
CryocoolerA refrigerator designed to reach cryogenic temperatures (below ) is often called a cryocooler. The term is most often used for smaller systems, typically table-top size, with input powers less than about 20 kW. Some can have input powers as low as 2–3 W. Large systems, such as those used for cooling the superconducting magnets in particle accelerators are more often called cryogenic refrigerators. Their input powers can be as high as 1 MW.
