Les principes de base de la thermodynamique résument le mode de transfert d'énergie entre deux entités. Il existe plusieurs processus par lesquels s'effectue ledit transfert d'énergie, et ces différents processus sont appelés processus thermodynamiques.
Ils sont représentés en fonction de la pression et du volume ou de la température et de l'entropie. L'adiabatique et l'isotropique sont deux de ces processus.
Faits marquants
- Le processus adiabatique fait référence à un processus thermodynamique dans lequel aucune chaleur n'entre ou ne sort du système, tandis que le processus isentropique fait référence à un processus thermodynamique sans changement d'entropie.
- Le processus adiabatique peut être réversible ou irréversible, tandis que le processus isentropique est toujours réversible.
- Dans le processus adiabatique, la température peut changer tandis que l'énergie interne reste constante, tandis que dans le processus isentropique, la température et l'énergie interne restent constantes.
Adiabatique vs Isentropique
Les processus adiabatiques font référence aux changements de température et de pression qui se produisent sans échange de chaleur ou de matière. Les processus isentropiques font référence aux changements de température et de pression qui se produisent sans changement d'entropie. Les processus adiabatiques peuvent être isentropiques, mais tous les processus adiabatiques ne sont pas isentropiques.
Adiabatique signifie pas de transfert de chaleur, c'est-à-dire que la chaleur n'est ni perdue ni gagnée lors du transfert d'énergie. Il constitue donc un système isolé thermiquement. Il représente un processus de transfert d'énergie idéal.
Elle peut être réversible (où l'énergie interne totale reste inchangée) ou irréversible (l'énergie interne totale est modifiée). Dans un processus adiabatique, la chaleur totale échangée entre le système et son environnement est nulle.
Par conséquent, le travail effectué est la seule variable influençant l'évolution de l'énergie interne du système.
Isentropique signifie un processus adiabatique idéalisé qui est réversible et ne subit aucun changement d'entropie. Les processus isentropiques et les processus réversibles adiabatiques sont des types de processus polytropiques.
Les processus polytropiques sont ceux qui obéissent à la PVn =C
Dans ce cas, P représente la pression, V représente le volume, n est l'indice polytropique et C est une constante. Les processus adiabatiques se produisent dans un système strictement isolé thermiquement, contrairement aux processus isentropiques.
Tableau de comparaison
| Paramètres de comparaison | Adiabatique | Isentropique |
|---|---|---|
| Conditions essentielles | – Système parfaitement isolé – Processus rapide pour faciliter le transfert de chaleur | – L'entropie doit rester une constante - Réversible |
| Relation de gaz parfait | Réversible: PVn = Constante Irréversible: dU = -P(poste)dV (Fonction de variation de l'énergie interne, de la pression et du volume) | PVn est toujours une constante |
| Énergie interne totale (U = Q + W) | L'énergie interne est égale au travail effectué puisque le système est isolé thermiquement (Q = 0) | L'énergie interne est égale à la somme de la chaleur externe appliquée et du travail effectué. |
| Changement d'entropie (ΔS) | Réversible – Pas de changement d'entropie Irréversible – Le changement d'entropie est représenté en fonction du transfert de chaleur net et de la température du système. | L'entropie reste inchangée. |
| Cas d'utilisation possibles | Le phénomène météorologique du coup de chaleur. | Turbines |
Qu'est-ce que l'adiabatique ?
Les processus adiabatiques peuvent être de deux types : l'expansion adiabatique et la compression adiabatique. Dans l'expansion adiabatique d'un gaz parfait, le gaz parfait dans le système fonctionne, et donc la température du système baisse.
Du fait de la baisse de température, cela constitue un refroidissement adiabatique. Au contraire, dans la compression adiabatique d'un gaz parfait, on travaille sur le système comprenant le gaz dans un environnement thermiquement isolé.
En conséquence, la température du gaz augmente. Cela donne lieu à ce qu'on appelle un échauffement adiabatique.
Par conséquent, ces propriétés sont utilisées dans des applications réelles spécifiques. Par exemple, les propriétés d'expansion sont employées dans les tours de refroidissement et les propriétés de compression dans diesel moteurs.
Qu'est-ce que l'Isentropique ?
Comme le terme l'indique, un processus isentropique est un processus où il n'y a pas d'échange de chaleur net et, plus important encore, l'entropie du système est une constante. Dans les processus adiabatiques réversibles, le changement d'entropie est nul.
Par conséquent, tous les processus adiabatiques réversibles constituent également des processus isentropiques. Cependant, l'inverse n'est pas toujours implicite dans ce cas.
Il existe des processus isentropiques qui ne sont pas adiabatiques. Le point crucial à noter dans le cas des processus isentropiques est que le changement d'entropie ne se produit pas.
Le système peut être soumis à une entropie positive et à une entropie négative égale et opposée. Dans un tel cas, la variation nette d'entropie reste nulle puisque les deux valeurs d'entropie s'équilibrent.
Un tel système n'est pas adiabatique (puisque ce n'est pas un système thermiquement isolé) mais est isentropique. La plupart des systèmes isentropiques sont également principalement caractérisés par l'absence de frottement.
Ce manque de frottement rend le processus réversible et un processus adiabatique idéalisé.
Principales différences entre adiabatique et isentropique
- Un processus adiabatique se produit toujours dans un système thermiquement isolé, alors qu'un processus isentropique peut ne pas l'être.
- Le changement net d'entropie peut être rencontré dans un processus adiabatique où il serait irréversible. Un processus isentropique ne peut pas s'adapter à un changement d'entropie.
- Si un processus adiabatique est réversible, il est isentropique. Cependant, un processus isentropique n'est pas toujours un processus adiabatique réversible. Un processus qui respecte les conditions essentielles de l'entropie nette peut également être isentropique.
- Pour un processus adiabatique, l'équilibre n'a pas besoin d'être une constante, tandis que l'équilibre est toujours une constante pour un processus isentropique.
- Dans un processus adiabatique, l'énergie interne nette est égale au travail effectué. Cependant, cela ne doit pas nécessairement être le cas dans un processus isentropique.
- Ce n'est que si le processus est réversible et adiabatique que nous pouvons le considérer comme isentropique. Il existe des scénarios réels, comme dans le cas d'un véritable compresseur, où il peut être supposé adiabatique mais subit des pertes dues aux changements des conditions du système. Du fait de ces pertes, la compression devient irréversible. La compression n'est donc pas isentropique.
- https://sci-hub.se/https://aapt.scitation.org/doi/abs/10.1119/1.197364
- http://www.asimow.com/reprints/PhilTrans_355_255.pdf
- http://www.mhtl.uwaterloo.ca/courses/me354/lectures/pdffiles/ch2.pdf
Dernière mise à jour : 11 juin 2023
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Piyush Yadav a passé les 25 dernières années à travailler comme physicien dans la communauté locale. C'est un physicien passionné par l'idée de rendre la science plus accessible à nos lecteurs. Il est titulaire d'un baccalauréat en sciences naturelles et d'un diplôme d'études supérieures en sciences de l'environnement. Vous pouvez en savoir plus sur lui sur son page bio.
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