Introduction à la thermodynamique/Principe zéro de la thermodynamique
Si deux systèmes A et B sont en équilibre thermodynamique et si B et C le sont aussi, alors A et C sont en équilibre thermodynamique, cette propriété est appelée propriété de transitivité.
Équilibre thermodynamique
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Un système est en équilibre thermodynamique si tous ses paramètres d'état sont invariants au cours du temps.
Un système en équilibre thermodynamique est un système dont les grandeurs de pression, température, volume, etc. ne varient pas avec le temps. Une tasse de café chaud dans la cuisine n’est pas en équilibre avec son environnement : elle refroidit, sa température diminue, elle cède de l'énergie. Lorsque sa température atteint la température de la pièce, la tasse de café devient en équilibre avec son environnement.
Remarquons que l'absence de variation avec le temps de la pression, du volume, etc est nécessaire mais pas suffisante. En effet, une vitre en hiver a tous ses points à température constante au bout d'un moment, mais elle est le siège d'un phénomène de transfert thermique : on ne peut donc pas dire qu'elle est en équilibre. Il ne faut donc pas confondre équilibre et régime stationnaire.
Énoncé du postulat
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Deux systèmes thermodynamiques en équilibre avec un même troisième sont en équilibre entre eux.
- Mise en évidence
On considère trois corps A, B et C isolés du monde extérieur. Au début :
- on place entre A et C une paroi diathermane, ainsi qu'entre B et C
- on isole A de B avec une paroi adiabatique
Une fois l'équilibre thermodynamique atteint, on échange les parois adiabatique et diathermane. On s'aperçoit alors qu’il ne se passe... rien. Les corps étaient déjà en équilibre thermodynamique entre eux : c’est le principe zéro de la thermodynamique.
- Remarque
Ce principe peut être illustré par l'analogie que l’on peut faire avec un mouvement uniforme (c'est-à-dire sans accélération, analogie ici de la notion d'équilibre) de voitures sur l'autoroute. Si la vitesse entre la voiture verte et la voiture rouge est nulle et si la vitesse entre la voiture rouge et la voiture bleue est nulle aussi, alors, la vitesse entre la voiture verte et la voiture bleue est nulle aussi... Sauf qu’à la différence des vitesses de voitures que l’on peut étudier grâce à la théorie de la relativité, ici, le principe n'est vérifiable qu'expérimentalement et n'est décrit par aucune autre équation permettant de le prouver (même si c’est évident).
