Les moteurs thermiques pouvant passer par une séquence complexe d’étapes, un modèle simplifié est souvent utilisé pour illustrer les principes de la thermodynamique. En particulier, considérons un gaz qui se dilate et se contracte dans un cylindre avec un piston mobile dans un ensemble prescrit de conditions. Il existe deux ensembles de conditions particulièrement importants. Une condition, connue sous le nom d’expansion isotherme, consiste à maintenir le gaz à une température constante. Comme le gaz agit contre la force de retenue du piston, il doit absorber la chaleur afin de conserver l’énergie. Sinon, il refroidirait en se dilatant (ou au contraire chaufferait en étant comprimé). Ceci est un exemple d’un processus dans lequel la chaleur absorbée est entièrement convertie en travail avec une efficacité de 100%. Le processus ne viole cependant pas les limitations fondamentales d’efficacité, car une seule expansion n’est pas en soi un processus cyclique.

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Philosophie de la physique: Thermodynamique

Un compte rendu concis, puissant et général de l’asymétrie temporelle des processus physiques ordinaires était progressivement reconstitué dans le cours …

La deuxième condition, connue sous le nom d’expansion adiabatique (du grec adiabatos, signifiant « infranchissable »), est celui dans lequel le cylindre est supposé être parfaitement isolé de sorte qu’aucune chaleur ne puisse entrer ou sortir du cylindre. Dans ce cas, le gaz se refroidit en se dilatant, car, selon la première loi, le travail effectué contre la force de retenue sur le piston ne peut provenir que de l’énergie interne du gaz. Ainsi, la variation de l’énergie interne du gaz doit être ΔU = −W, comme se manifeste par une diminution de sa température. Le gaz se refroidit, même e Ouais il n’y a pas de flux de chaleur, car il travaille aux dépens de sa propre énergie interne. La quantité exacte de refroidissement peut être calculée à partir de la capacité calorifique du gaz.

De nombreux phénomènes naturels sont effectivement adiabatiques car le temps est insuffisant pour qu’un flux de chaleur significatif se produise. Par exemple, lorsque l’air chaud monte dans l’atmosphère, il se dilate et se refroidit lorsque la pression diminue avec l’altitude, mais l’air est un bon isolant thermique et il n’y a donc pas de flux de chaleur significatif de l’air environnant. Dans ce cas, l’air ambiant joue le rôle à la fois des parois isolées du cylindre et du piston mobile. L’air chaud agit contre la pression fournie par l’air ambiant lorsqu’il se dilate et sa température doit donc baisser. Une analyse plus détaillée de cette expansion adiabatique explique l’essentiel de la diminution de la température avec l’altitude, expliquant le fait familier qu’il fait plus froid au sommet d’une montagne qu’à sa base.