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Le loi de la thermodynamique zéro déclare que si deux systèmes sont tous deux en équilibre thermique avec un troisième système, alors les deux premiers systèmes sont également en équilibre thermique l’un avec l’autre.
Key Takeaways : La loi de Zérot de la thermodynamique
- Le loi de la thermodynamique zéro est l’une des quatre lois de la thermodynamique, qui stipule que si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, alors ils sont en équilibre thermique l’un avec l’autre.
- Thermodynamique est l’étude de la relation entre la chaleur, la température, le travail et l’énergie.
- De manière générale, équilibre fait référence à un état équilibré qui ne change pas globalement avec le temps.
- Équilibre thermique désigne la situation où deux objets qui peuvent se transmettre de la chaleur restent à une température constante dans le temps.
Comprendre la thermodynamique
La thermodynamique est l’étude de la relation entre la chaleur, la température, le travail – qui est effectué lorsqu’une force appliquée à un objet provoque le déplacement de cet objet – et l’énergie, qui se présente sous de nombreuses formes et se définit comme la capacité à effectuer un travail. Les quatre lois de la thermodynamique décrivent comment les quantités physiques fondamentales de température, d’énergie et d’entropie changent dans diverses situations.
À titre d’exemple de thermodynamique en action, le fait de placer une casserole d’eau sur un fourneau chauffé provoque le réchauffement de la casserole, car la chaleur est transférée du fourneau à la casserole. Les molécules d’eau rebondissent alors dans la casserole. Le mouvement plus rapide de ces molécules s’observe sous la forme d’une eau plus chaude.
Si le poêle n’avait pas été chaud, il n’aurait pas transféré d’énergie thermique à la casserole ; ainsi, les molécules d’eau n’auraient pas pu commencer à se déplacer plus rapidement et la casserole d’eau n’aurait pas chauffé.
La thermodynamique est apparue au XIXe siècle, lorsque les scientifiques ont construit et amélioré les machines à vapeur, qui utilisent la vapeur pour aider à déplacer un objet tel qu’un train.
Comprendre l’équilibre
De manière générale, équilibre fait référence à un état équilibré qui ne change pas globalement avec le temps. Cela ne signifie pas qu’il ne se passe rien, mais plutôt que deux influences ou forces s’équilibrent.
Prenons, par exemple, un poids suspendu à une corde attachée au plafond. Au début, les deux sont en équilibre l’un avec l’autre et la ficelle ne se casse pas. Mais si un poids plus important est attaché à la ficelle, celle-ci sera tirée vers le bas et pourrait finir par se rompre car les deux ne sont plus en équilibre.
Équilibre thermique
Équilibre thermique désigne la situation où deux objets qui peuvent se transmettre de la chaleur restent à une température constante dans le temps. La chaleur peut être transférée de plusieurs façons, notamment si les objets sont en contact l’un avec l’autre ou si la chaleur est rayonnée par une source comme une lampe ou un soleil. Deux objets ne sont pas en équilibre thermique si la température globale change avec le temps, mais ils peuvent se rapprocher de l’équilibre thermique car l’objet le plus chaud transfère de la chaleur à l’objet le plus froid.
Prenons, par exemple, un objet plus froid qui touche un objet plus chaud, comme de la glace, qui a été déposé dans une tasse de café chaude. Après un certain temps, la glace (plus tard l’eau) et le café atteignent une certaine température qui se situe entre celle de la glace et celle du café. Bien que les deux objets ne soient pas en équilibre thermique au début, ils approchent – et finissent par atteindre – l’équilibre thermique, c’est-à-dire la température comprise entre le chaud et le froid.
Qu’est-ce que la loi de Zérot de la thermodynamique ?
Le loi de la thermodynamique zéro est l’une des quatre lois de la thermodynamique, qui stipule que si deux systèmes sont en équilibre thermique avec un troisième système, alors ils sont en équilibre thermique l’un avec l’autre. Comme on l’a vu dans la section ci-dessus sur l’équilibre thermique, ces trois objets s’approchent de la même température.
Applications de la loi de Zérot de la thermodynamique
La loi du zéro de la thermodynamique se retrouve dans de nombreuses situations de la vie quotidienne.
- Le thermomètre est peut-être l’exemple le plus connu de la loi zéro en action. Par exemple, disons que le thermostat de votre chambre à coucher indique 67 degrés Fahrenheit. Cela signifie que le thermostat est en équilibre thermique avec votre chambre à coucher. Toutefois, en raison de la loi du zéro de la thermodynamique, vous pouvez supposer que la pièce et les autres objets qui s’y trouvent (par exemple, une horloge accrochée au mur) sont également à 67 degrés Fahrenheit.
- Comme dans l’exemple ci-dessus, si vous prenez un verre d’eau glacée et un verre d’eau chaude et les placez sur le plan de travail de la cuisine pendant quelques heures, ils finiront par atteindre l’équilibre thermique avec la pièce, les trois atteignant la même température.
- Si vous placez un paquet de viande dans votre congélateur et que vous le laissez toute la nuit, vous supposez que la viande a atteint la même température que le congélateur et les autres articles dans le congélateur.
