La deuxième loi de la thermodynamique dit que lorsque l'énergie passe d'une forme à une autre ou que la matière se déplace librement, l'entropie (le désordre) dans un système fermé augmente.
Les différences de température, de pression et de densité ont tendance à s'égaliser horizontalement après un certain temps. En raison de la force de gravité, la densité et la pression ne s'égalisent pas verticalement. La densité et la pression seront plus élevées au bas qu'au haut.
L'entropie est une mesure de la diffusion de la matière et de l'énergie partout où elles ont accès.
La formulation la plus courante de la deuxième loi de la thermodynamique est essentiellement due à Rudolf Clausius :
En d'autres termes, tout essaie de maintenir la même température au fil du temps.
Il existe de nombreux énoncés de la deuxième loi qui utilisent des termes différents, mais qui ont tous la même signification. Une autre déclaration de Clausius est la suivante :
La chaleur ne peut pas en soi passer d'un corps froid à un corps chaud.
Une déclaration équivalente de Lord Kelvin l'est :
Une transformation dont le seul résultat final est de convertir en travail la chaleur extraite d'une source à température constante est impossible.
La deuxième loi ne s'applique qu'aux grands systèmes. La seconde loi concerne le comportement probable d'un système où aucune énergie ou matière n'entre ou ne sort. Plus le système est grand, plus la deuxième loi est probable.
Schéma simple et stylisé du cycle de réfrigération par compression de vapeur d'une pompe à chaleur : 1) condenseur, 2) détendeur, 3) évaporateur, 4) compresseur.
Vue d'ensemble
D'une manière générale, la deuxième loi dit que les différences de température entre les systèmes en contact les uns avec les autres ont tendance à s'égaliser et que l'on peut obtenir du travail à partir de ces différences de non-équilibre, mais qu'une perte d'énergie thermique se produit, lorsque le travail est effectué et que l'entropie augmente. La pression, la densité et les différences de température dans un système isolé ont toutes tendance à s'égaliser si on leur en donne la possibilité ; la densité et la pression, mais pas la température, sont affectées par la gravité. Un moteur thermique est un dispositif mécanique qui fournit un travail utile à partir de la différence de température de deux corps.
Citations
“
La loi qui augmente toujours l'entropie, occupe, je pense, la position suprême parmi les lois de la Nature. Si quelqu'un vous fait remarquer que votre théorie favorite de l'univers est en désaccord avec les équations de Maxwell - alors tant pis pour les équations de Maxwell. Si elle est contredite par l'observation - eh bien, ces expérimentateurs font parfois des erreurs. Mais si votre théorie s'avère contraire à la deuxième loi de la thermodynamique, je ne peux vous donner aucun espoir ; elle n'a d'autre but que de s'effondrer dans la plus profonde humiliation.
”
--Sir Arthur Stanley Eddington, La nature du monde physique (1927)
“
La tendance à l'augmentation de l'entropie dans les systèmes isolés s'exprime dans la deuxième loi de la thermodynamique -- peut-être la formulation la plus pessimiste et la plus amorale de toute la pensée humaine.
”
--Greg Hill et Kerry Thornley, Principia Discordia (1965)
“
Il y a presque autant de formulations de la deuxième loi qu'il y a eu de discussions à son sujet.
”
--Philosophe / Physicien P.W. Bridgman, (1941)
Divers
La Flandre et Swann ont produit une mise en scène d'une déclaration de la deuxième loi de la thermodynamique à la musique, appelée "Première et deuxième loi".
L'économiste Nicholas Georgescu-Roegen a montré l'importance de la loi d'entropie dans le domaine de l'économie (voir son ouvrage The Entropy Law and the Economic Process (1971), Harvard University Press).
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce que la deuxième loi de la thermodynamique ?
R : La deuxième loi de la thermodynamique stipule que lorsque l'énergie passe d'une forme à une autre ou que la matière se déplace librement, l'entropie (le désordre) d'un système fermé augmente.
Q : Qu'est-ce qui tend à s'égaliser horizontalement avec le temps ?
R : Les différences de température, de pression et de densité ont tendance à s'équilibrer horizontalement au bout d'un certain temps.
Q : Pourquoi la densité et la pression ne s'équilibrent-elles pas verticalement ?
R : En raison de la force de gravité, la densité et la pression ne s'équilibrent pas verticalement. La densité et la pression seront plus élevées en bas qu'en haut.
Q : Qu'est-ce que l'entropie ?
R : L'entropie est une mesure de la propagation de la matière et de l'énergie partout où elles ont accès.
Q : Quelle est la formulation la plus courante de la deuxième loi de la thermodynamique ?
R : La formulation la plus courante de la deuxième loi de la thermodynamique est essentiellement due à Rudolf Clausius : tout essaie de maintenir la même température au fil du temps.
Q : Quelle est une autre déclaration de Clausius concernant la deuxième loi de la thermodynamique ?
R : Une autre affirmation de Clausius est que la chaleur ne peut en soi passer d'un corps froid à un corps chaud.
Q : À quel type de système la deuxième loi de la thermodynamique s'applique-t-elle ?
R : La deuxième loi de la thermodynamique ne s'applique qu'aux grands systèmes, dans lesquels aucune énergie ou matière n'entre ou ne sort. Plus le système est grand, plus la deuxième loi a de chances de s'appliquer.
