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 .
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
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.
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.
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.
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).
Gaz parfaitLe gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement des gaz réels à basse pression. Ce modèle a été développé du milieu du au milieu du et formalisé au . Il est fondé sur l'observation expérimentale selon laquelle tous les gaz tendent vers ce comportement à pression suffisamment basse, quelle que soit la nature chimique du gaz, ce qu'exprime la loi d'Avogadro, énoncée en 1811 : la relation entre la pression, le volume et la température est, dans ces conditions, indépendante de la nature du gaz.
Physique atomiqueLa physique atomique est le champ de la physique qui étudie les atomes en tant que systèmes isolés qui comprennent les électrons et le noyau atomique. Elle se concentre essentiellement sur l'arrangement des électrons autour du noyau et sur la façon dont celui-ci est modifié. Cette définition englobe tant les ions que les atomes électriquement neutres. Puisque « atomique » et « nucléaire » sont utilisés de façon synonyme dans le langage courant, la physique atomique est souvent confondue avec la physique nucléaire.
Loi des gaz parfaitsvignette|Isothermes d'un gaz parfait (diagramme (P,V,T)). La relation entre la pression P et le volume V est hyperbolique . En physique, et plus particulièrement en thermodynamique, la loi des gaz parfaits, ou équation des gaz parfaits, est l'équation d'état applicable aux gaz parfaits. Elle a été établie en 1834 par Émile Clapeyron par combinaison de plusieurs lois des gaz établies antérieurement. Cette équation s'écrit : avec : la pression (Pa) ; le volume du gaz (m3) ; la quantité de matière (mol) ; la constante universelle des gaz parfaits (≈ ) ; la température absolue (K).
Loi de distribution des vitesses de MaxwellEn théorie cinétique des gaz, la loi de distribution de vitesses de Maxwell quantifie la répartition statistique des vitesses des particules dans un gaz homogène à l'équilibre thermodynamique. Les vecteurs vitesse des particules suivent une loi normale. Cette loi a été établie par James Clerk Maxwell en 1860 et confirmée ultérieurement par Ludwig Boltzmann à partir de bases physiques qui fondent la physique statistique en 1872 et 1877.
Énergie interneL’énergie interne d’un système thermodynamique est l'énergie qu'il renferme. C'est une fonction d'état extensive, associée à ce système. Elle est égale à la somme de l’énergie cinétique de chaque entité élémentaire de masse non nulle et de toutes les énergies potentielles d’interaction des entités élémentaires de ce système. En fait, elle correspond à l'énergie intrinsèque du système, définie à l'échelle microscopique, à l'exclusion de l'énergie cinétique ou potentielle d'interaction du système avec son environnement, à l'échelle macroscopique.
Capacité thermiqueLa capacité thermique (anciennement capacité calorifique) d'un corps est une grandeur qui mesure la chaleur qu'il faut lui transférer pour augmenter sa température d'un kelvin. Inversement, elle permet de quantifier la possibilité qu'a ce corps d'absorber ou de restituer de la chaleur au cours d'une transformation pendant laquelle sa température varie. Elle s'exprime en joules par kelvin (). C'est une grandeur extensive : plus la quantité de matière est importante, plus la capacité thermique est grande.
Gazvignette|Sphère de stockage de gaz naturel. vignette|Conduite de gaz de ville en polyéthylène. vignette|Panneau indiquant une conduite de gaz enterrée en France. vignette|Les gaz de combat ont été produits et utilisés de manière industrielle lors de la Première Guerre mondiale. Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à occuper tout le volume disponible.
Distribution de BoltzmannEn physique statistique, la distribution de Boltzmann prédit la fonction de distribution pour le nombre fractionnaire de particules Ni / N occupant un ensemble d'états i qui ont chacun pour énergie Ei : où est la constante de Boltzmann, T est la température (postulée comme étant définie très précisément), est la dégénérescence, ou le nombre d'états d'énergie , N est le nombre total de particules : et Z(T) est appelée fonction de partition, qui peut être considérée comme égale à : D'autre part, pour un systè
Modèle de BohrLe modèle de Bohr est une théorie obsolète dans le domaine de la physique/chimie, cherchant à comprendre la constitution d'un atome, et plus particulièrement celui de l'hydrogène et des ions hydrogénoïdes (ions ne possédant qu'un seul électron). Élaborée par Niels Bohr en 1913, cette théorie établie sur le modèle planétaire de Rutherford rencontra un succès immédiat car elle expliquait de manière simple les raies spectrales des éléments hydrogénés tout en effectuant un rapprochement entre les premiers modèles de l'atome et la théorie des quanta.
Modèle atomique de RutherfordLe modèle atomique de Rutherford est un modèle physique proposé en 1911 par Ernest Rutherford pour décrire la structure d'un atome. Ce modèle fait suite au modèle atomique de Thomson (ou « modèle du plum pudding »), proposé en 1904 par Joseph John Thomson (dont Rutherford était l'élève), et qui fut invalidé à la suite de l'expérience de Rutherford ou « expérience de la feuille d'or » en 1909.
Gaz idéal et gaz parfaitLes termes « gaz idéal » et « gaz parfait » sont généralement considérés comme synonymes (un gaz obéissant à la loi des gaz parfaits), de même que ideal gas et perfect gas en anglais à cette différence près que le terme le plus courant est « gaz parfait » en français mais ideal gas en anglais. Dans la littérature scientifique les termes « gaz idéal » (en français) et perfect gas (en anglais) prennent parfois un sens plus restrictif, celui d'un gaz parfait possédant la propriété supplémentaire que sa capacité thermique ne dépend pas de la température.
Modèle atomique de ThomsonLe modèle atomique de Thomson (dit aussi le modèle du plum pudding) fut proposé par Joseph John Thomson, qui découvrit l'électron en 1897. Il fut proposé en 1904 avant la découverte du noyau simplifié. Dans ce modèle, l'atome est composé d'électrons plongés dans une de charge positive pour équilibrer la charge négative des électrons, comme des prunes () dans un pudding. À cette époque, Joseph John Thomson continuait à appeler « corpuscules », bien que George Stoney eut proposé la dénomination d'électrons en 1894.
Orbitale atomiqueredresse=1.5|vignette|Représentation des nuages de probabilité de présence de l'électron (en haut) et des isosurfaces à 90 % (en bas) pour les orbitales 1s, 2s et 2p. Dans le cas des orbitales 2p ( ), les trois isosurfaces 2p, 2p et 2p représentées correspondent à , et . Les couleurs indiquent la phase de la fonction d'onde : positive en rouge, négative en bleu. En mécanique quantique, une orbitale atomique est une fonction mathématique qui décrit le comportement ondulatoire d'un électron ou d'une paire d'électrons dans un atome.
Numéro atomique400px|droite Le numéro atomique (Z) représente, en chimie et en physique, le nombre de protons d'un atome. Ce dernier peut être schématisé, en première approche, par une agglomération compacte (noyau atomique) de protons (p+) et de neutrons (n), autour de laquelle circulent des électrons (e−). Dans un atome de charge électrique neutre, le nombre d'électrons est égal au numéro atomique. Comme les protons sont les seuls éléments du noyau avec une charge, le nombre de protons est égal au nombre d'électrons.
