Thermodynamique

Détente isotherme — variation d'entropie

Détente isotherme réversible  : ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T.

Détente isotherme — variation d'entropie — simulation interactive de Thermodynamique. Détente isotherme réversible  : ΔS = nR ln(V₂/V₁) = Q/T. Laboratoire virtuel de physique gratuit dans le navigateur, avec mesures SI en direct et tutoriel guidé.

Variation d'entropie

Detente isotherme reversible : dS = nR ln(V2/V1) = Q/T.

Le changement d'entropie mesure à quel point l'énergie devient dispersée. Dans une expansion isotherme réversible, le gaz absorbe une chaleur Q pendant que sa température reste fixe, et l'entropie augmente car la même énergie occupe un volume plus grand avec plus de micro-états.

• Variation d'entropie ΔS = nR ln(V₂/V₁)
• Variation d'entropie ΔS = Q_rev/T

Résumé de l'investigation

Planifiez la question avant d'ouvrir le laboratoire

Le brief reprend la page pré-rendue  : question directrice, prédictions concurrentes, rôles des variables, lois directrices, préparation et consignes d’analyse et de prolongement restent visibles et dans cet ordre.

Question directrice

Un gaz se dilate de manière isotherme et réversible jusqu'à un volume plus grand. Son entropie augmente-t-elle, diminue-t-elle ou reste-t-elle la même ?

Prédictions à évaluer

• L'entropie diminue à mesure que le gaz se propage.
• L'entropie reste constante puisque le processus est réversible.
• L'entropie augmente - le gaz a plus d'arrangements microscopiques possibles avec un plus grand volume.

Rôles des variables

Ce que vous définissez  :

• Volume final V₂ (L)

Ce que vous mesurez  :

• Chaleur échangée Q (J)
• Variation d'entropie ΔS (J/K)

Comment se déroule l'enquête

1. Ouvrez le préréglage « entropie isotherme » et appuyez sur Réinitialiser. 1 mole d'argon commence à 20 L, 300 K.
2. Activez les lectures d’échange de chaleur et de changement d’entropie.
3. Définissez le volume cible (final) pour chaque essai et enregistrez la chaleur échangée et le changement d’entropie.

Équation gouvernante

Changement d'entropie dans un processus isotherme réversible — ΔS = Q/T

Pour une expansion isotherme réversible, le changement d'entropie est égal à la chaleur échangée divisée par la température constante, ce qui équivaut à ΔS = nR · ln (V₂/V₁) pour un gaz parfait - l'entropie croît avec le logarithme du rapport volumique.

Ce que la feuille de travail imprimable demande aux élèves de résoudre

• Pour un essai, calculez Q = nRT·ln(V₂/V₁) en utilisant n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K, puis ΔS = Q/T (de manière équivalente ΔS = nR·ln(V₂/V₁) directement). Comparez les deux au tableau.
• Expliquez pourquoi ΔS est positif dans chaque essai ici, et pourquoi une expansion plus importante (V₂ plus grand) produit une augmentation d'entropie plus importante.

Où cela apparaît au-delà du laboratoire

• Cette expérience suppose une expansion réversible (infiniment lente). Une expansion libre (non contrôlée) dans le vide jusqu'au même volume final produirait exactement le même ΔS pour le gaz, même si aucune chaleur n'est échangée (Q = 0) et qu'aucun travail n'est effectué. Expliquez pourquoi l'entropie est une fonction d'état qui ne se soucie pas de la manière dont le gaz est passé de V₁ à V₂.
• La deuxième loi dit que l'entropie totale (gaz et environnement) ne peut jamais diminuer pour un processus réel. Pour cette expansion isotherme réversible, l'environnement (le réservoir de chaleur fournissant Q) perd exactement autant d'entropie que le gaz en gagne. Expliquez pourquoi cela rend le changement d'entropie total nul – la signature d'un processus réversible.

• AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
• IB Physics — B.4 Thermodynamics
• General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
• NGSS High School Physics — Thermal energy transfer

1. Bienvenue dans l'entropie isotherme
2. Sélectionnez la enceinte
3. Appuyez sur Lecture
4. Entropie due au changement de volume
5. Ouvrez le panneau des Propriétés
6. Bravo !

Ouvrez la simulation interactive pour construire la scène, appuyez sur Lecture et explorez avec des mesures en direct et un tutoriel guidé.

Ouvrir le laboratoire interactif →

Télécharger la fiche de laboratoire →

Entropie et le deuxième principe