2)La thermodynamique comme cadre d’études approchées pointues
La thermodynamique peut être définie comme la science qui étudie l’évolution, la dynamique des corps élémentaires en entier (opposé au nucléaire) ou ensemble de corps entiers du point de vue macroscopique en extrapolant la physique quantique simple par la physique statistique avec comme paramètre principal la définition de la température (Kelvin (référence tous les corps entiers à énergie nulle à 0°K), Celsius (référence eau : de la solidification à l’évaporation : 100) ou autres).
La thermodynamique est surtout associée à l’énergie que l’on associe à des groupes de corps.
L’observation de base est que, dans la majorité des cas, l’énergie est équirépartie au prorata des différents mouvements admis (par des transitions quantiques) translation, rotation, vibration, oscillation, etc… . De ce principe découle le type de formule statistico-quantique à la base : probabilité % e-E/kT
avec E : Energie de l’ensemble considéré
k : 1.38 10-23 J/K constante de Boltzmann
T : Température rapportée à l’énergie nulle (sans le nucléaire) : 0°K
C’est la définition statistique de la température par la constante de Boltzmann qui la lie à l’énergie interne de mouvement. Le nombre de molécules (ou d’atomes) par molécule-gramme (ou atome-gramme) vaut quant à lui 6.023 1023 molécules par moles (Nombre d’Avogadro).
En étudiant plus en détail les équations et la réalité, l’entropie a été définie. Celle-ci est représentative du désordre qui, sans force extérieure réorganisant, ne fait que croître (second principe, le premier dit que l’énergie est conservée). Le contre-exemple que je me risque à avancer est l’organisation de l’atmosphère avec du N2 , O2 , H2O qui est organisé par la montée de l’eau jusqu’au nuage où elle est limitée en hauteur par la thermodynamique ne créant pas d’entropie mais celle-ci étant variable selon la météorologie et climatologie.
En pratique, la thermodynamique est gouvernée par 4 grandeurs fondamentales énergétiques :
Modèle théorique
(base volume particules élémentaires = constante , Tableau de Mendeleiev)
E(J/kg) = U(J/kg)
F(J/kg) = U – TS
avec U : Energie interne
T : Température en °K
S : Entropie (J/kgK)
Modèles pratiques
(base pression = constante = réalité le plus souvent)
H(J/kg) = U + pV : utilisation en mécanique
G(J/kg) = U+ pV – TS : utilisation en chimie
avec p : pression(N/m2 )
V : Volume massique (m3/kg) = 1/ (densité en kg/m3)
En théorie, ces équations pourraient amener des êtres entier à ne pas viellir par la formule en G.
3)Les distributions statistiques et leurs utilisations en physique quantique
Il existe 3 distributions principales : la distribution de Maxwell-Boltzmann pour les énergies des atomes entiers, la distribution de Bose-Einstein pour l’interaction par les électrons et la création subsécantes de lumière et la distribution de Fermi-Dirac pour les électrons dans leurs mouvements énergétiques.
La distribution de Maxwell-Boltzmann est caractérisée par la famille d’équations :
e-E/kT avec E : Energie de l’ensemble considéré
k : 1.38 10-23 J/K constante de Boltzmann
T : Température rapportée à l’énergie nulle (sans le nucléaire) : 0°K
Pour arriver à la réalité, on remarque et impose le postulat d’équiprobabilité dès que des seuils sont franchis.
La distribution de Bose-Einstein est caractérisée par la famille d’équations :
1/( eh/kT-1) avec h : Contribution de l’énergie infrarouge, lumineuse et ultraviolette
kT : Contribution de l’énergie de mouvement des atomes et molécules
La réalité est bien montrée par une probabilité d’apparion entre telle et telle valeur.
Les distributions de Fermi-Dirac ne sont pas reprises dans ce livre.
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