La thermodynamique est une branche de la physique qui traite de l’énergie et du travail d’un système.La thermodynamique ne traite que de la réponse à grande échelle d’un système que nous pouvons observer et mesurer dans des expériences. Les interactions gazeuses à petite échelle sont décrites par la théorie cinétique des gaz.Il existe trois lois principales de la thermodynamique qui sont décrites sur des diapositives séparées. Chaque loi conduit à la définition de propriétés thermodynamiques qui nous aident à comprendre et à prévoir le fonctionnement d’un système physique. Nous allons présenter quelques exemples simples de ces lois et propriétés pour une variété de systèmes physiques, bien que nous soyons plus intéressés par la thermodynamique des systèmes de propulsion et des écoulements à grande vitesse. Malheureusement, le système de numérotation des trois lois de la thermodynamique est un peu confus. Nous commençons par la loi zéro.

La loi zéro de la thermodynamique commence par une définition simple de l’équilibre thermodynamique . On observe que certainespropriétés d’un objet, comme la pression dans un volume de gaz, la longueur d’une tige métallique ou la conductivité électrique d’un fil, peuvent changer lorsque l’objet est chauffé ou refroidi. Si deux de ces objets sont mis en contact physique, il y a initialement un changement dans la propriété des deux objets. Mais, finalement, le changement de propriété s’arrête et on dit que les objets sont en équilibre thermique, ou thermodynamique. L’équilibre thermodynamique conduit à la définition de la température à grande échelle. Lorsque deux objets sont en équilibre thermique, on dit qu’ils ont la même température. Au cours du processus d’équilibre thermique, la chaleur, qui est une forme d’énergie, est transférée entre les objets. Les détails du processus d’atteinte de l’équilibre thermique sont décrits dans la première et la deuxième loi de la thermodynamique.

La loi zéro de la thermodynamique est une observation. Lorsque deux objets sont séparément en équilibre thermodynamique avec un troisième objet, ils sont en déséquilibre l’un avec l’autre.A titre d’illustration, supposons que nous ayons trois objets comme indiqué sur la diapositive. L’objet n° 1 et l’objet n° 2 sont en contact physique et en équilibre thermique. L’objet n°2 est également en équilibre thermique avec l’objet n°3. Au départ, il n’y a pas de contact physique entre l’objet n°1 et l’objet n°3. Mais si l’on met en contact l’objet n° 1 et l’objet n° 3, on constate qu’ils sont en équilibre thermique. Cette simple observation nous permet de créer un thermomètre. Nous pouvons étalonner la variation d’une propriété thermique, telle que la longueur d’une colonne de mercure, en mettant le thermomètre en équilibre thermique avec un système physique connu à plusieurs points de référence.Les thermomètres Celsius ont des points de référence fixés au point de congélation et d’ébullition de l’eau pure.Si nous mettons ensuite le thermomètre en équilibre thermique avec n’importe quel autre système, par exemple le dessous de votre langue, nous pouvons déterminer la température de l’autre système en notant le changement de la propriété thermique.Les objets en équilibre thermodynamique ont la même température.

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