thermodynamique
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Description
Introduction au livre
« La seule théorie universelle qui ne sera jamais ébranlée. »
Des concepts fondamentaux de la thermodynamique à son application et à son histoire de développement,
Une introduction à la thermodynamique à portée de main
Un ouvrage d'introduction à la thermodynamique écrit pour le grand public par le chimiste physicien de renommée mondiale Stephen Berry.
La thermodynamique est la science qui étudie la chaleur, le travail, l'énergie et l'entropie. Comme l'a dit Einstein, c'est « la seule théorie universelle qui ne sera jamais ébranlée ». Elle est fondamentale et, comme en témoignent les réfrigérateurs et les climatiseurs, elle est profondément ancrée dans notre quotidien. La révolution industrielle, tournant majeur de l'histoire de l'humanité, ayant débuté avec la machine à vapeur, en est un exemple éloquent : c'est un domaine d'étude très ancien.
De ce fait, les termes « thermodynamique » et « entropie » se rencontrent facilement dans divers domaines tels que les manuels scientifiques, la sociologie et l'économie, mais les ouvrages scientifiques qui traitent exclusivement de ces sujets sont presque exclusivement spécialisés ou destinés à la jeunesse, ce qui rend difficile la recherche de livres d'introduction pour le grand public intéressé.
L'auteur, qui enseigne la thermodynamique aux étudiants et aux adultes depuis longtemps, explique dans ce livre ce qu'est la thermodynamique, pourquoi nous ne pouvons pas remonter le temps, où et comment elle est utilisée, comment elle s'est développée et quels défis restent à relever, et si les lois de la thermodynamique sont parfois violées, d'une manière facile et claire à comprendre même pour ceux qui n'ont pas beaucoup de connaissances scientifiques.
Des concepts fondamentaux de la thermodynamique à son application et à son histoire, ce livre fournit des connaissances essentielles sur la thermodynamique ainsi qu'un aperçu de la science elle-même.
Des concepts fondamentaux de la thermodynamique à son application et à son histoire de développement,
Une introduction à la thermodynamique à portée de main
Un ouvrage d'introduction à la thermodynamique écrit pour le grand public par le chimiste physicien de renommée mondiale Stephen Berry.
La thermodynamique est la science qui étudie la chaleur, le travail, l'énergie et l'entropie. Comme l'a dit Einstein, c'est « la seule théorie universelle qui ne sera jamais ébranlée ». Elle est fondamentale et, comme en témoignent les réfrigérateurs et les climatiseurs, elle est profondément ancrée dans notre quotidien. La révolution industrielle, tournant majeur de l'histoire de l'humanité, ayant débuté avec la machine à vapeur, en est un exemple éloquent : c'est un domaine d'étude très ancien.
De ce fait, les termes « thermodynamique » et « entropie » se rencontrent facilement dans divers domaines tels que les manuels scientifiques, la sociologie et l'économie, mais les ouvrages scientifiques qui traitent exclusivement de ces sujets sont presque exclusivement spécialisés ou destinés à la jeunesse, ce qui rend difficile la recherche de livres d'introduction pour le grand public intéressé.
L'auteur, qui enseigne la thermodynamique aux étudiants et aux adultes depuis longtemps, explique dans ce livre ce qu'est la thermodynamique, pourquoi nous ne pouvons pas remonter le temps, où et comment elle est utilisée, comment elle s'est développée et quels défis restent à relever, et si les lois de la thermodynamique sont parfois violées, d'une manière facile et claire à comprendre même pour ceux qui n'ont pas beaucoup de connaissances scientifiques.
Des concepts fondamentaux de la thermodynamique à son application et à son histoire, ce livre fournit des connaissances essentielles sur la thermodynamique ainsi qu'un aperçu de la science elle-même.
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Aperçu
indice
préface
Chapitre 1 : Qu'est-ce que la thermodynamique ? (Première loi)
Chapitre 2 : Pourquoi ne pouvons-nous pas remonter le temps ? (La deuxième et la troisième loi)
Chapitre 3 Comment la thermodynamique classique a-t-elle vu le jour ?
Chapitre 4 Comment utilisons-nous, ou pouvons-nous utiliser, la thermodynamique ?
Chapitre 5 : Comment la thermodynamique a-t-elle évolué ?
Chapitre 6 Comment pouvons-nous aller au-delà du champ d'application traditionnel de la thermodynamique ?
Chapitre 7 Que peut nous apprendre la thermodynamique sur les sciences ?
Note du traducteur
Recherche
Chapitre 1 : Qu'est-ce que la thermodynamique ? (Première loi)
Chapitre 2 : Pourquoi ne pouvons-nous pas remonter le temps ? (La deuxième et la troisième loi)
Chapitre 3 Comment la thermodynamique classique a-t-elle vu le jour ?
Chapitre 4 Comment utilisons-nous, ou pouvons-nous utiliser, la thermodynamique ?
Chapitre 5 : Comment la thermodynamique a-t-elle évolué ?
Chapitre 6 Comment pouvons-nous aller au-delà du champ d'application traditionnel de la thermodynamique ?
Chapitre 7 Que peut nous apprendre la thermodynamique sur les sciences ?
Note du traducteur
Recherche
Dans le livre
L'objectif de ce livre est très précis.
En utilisant la thermodynamique comme paradigme, je montrerai ce qu'est la science, ce qu'elle fait, comment nous l'utilisons, comment la science est apparue et comment elle évolue à mesure que les humains abordent et tentent de résoudre des questions de plus en plus complexes sur la nature.
--- p.5
La thermodynamique occupe une place particulière en science.
La thermodynamique traite de tout, mais d'un autre côté, elle ne traite de rien de réel, du moins de rien qui soit concrètement tangible.
À notre connaissance, la thermodynamique s'applique à tout ce qui est observé dans l'univers, des plus petites particules subatomiques aux galaxies entières.
--- p.12
La lumière, le son, l'électricité et le magnétisme, la gravité, tout mouvement, qu'il soit constant ou changeant, la « colle » qui maintient les noyaux atomiques ensemble, et même la masse elle-même, sont tous des exemples d'énergie.
De plus, il existe des formes d'énergie que nous ne comprenons pas encore, appelées « matière noire » et « énergie noire ».
À bien y réfléchir, il est surprenant et merveilleux que l'esprit humain ait reconnu un phénomène aussi universel dans le monde naturel.
--- p.33
En termes simples, l'entropie est une mesure du nombre de façons dont tous les atomes constitutifs peuvent exister, même s'ils nous apparaissent identiques.
--- p.51
Contrairement au modèle « des principes fondamentaux aux applications », les origines de la thermodynamique étaient historiquement liées à des problèmes très pratiques.
Par exemple, imaginons que je possède une mine et que, pour la maintenir en activité, j'aie besoin d'une pompe pour évacuer l'eau qui s'infiltre dans le sol.
Car si vous ne videz pas l'eau, elle débordera.
J'essaie d'alimenter la pompe avec du charbon.
Quelle est la quantité minimale de charbon nécessaire pour drainer suffisamment d'eau afin d'exploiter une mine ? C'est cette question qui a inspiré la réflexion ayant mené à la science de la thermodynamique.
--- p.60
Une propriété importante à connaître concernant le moteur idéal de Carnot est qu'il doit fonctionner très lentement, infiniment lentement pour être précis, afin qu'aucune perte de chaleur ne se produise en raison du frottement.
Le moteur doit tourner si lentement qu'à tout moment, il est impossible de dire s'il avance ou recule.
Un moteur de ce type est appelé moteur réversible.
L'idée d'utiliser un moteur idéal et réversible pour réaliser un processus réel est irréaliste, mais même si elle est inaccessible, le concept lui-même constitue une limitation du processus réel.
--- p.86
La question fondamentale de la nature exacte de la fièvre fait l'objet de débats depuis de nombreuses années.
Il y avait deux points de vue opposés.
Une première conception, apparue au XVIIIe siècle, affirmait que la chaleur était le mouvement des particules qui constituent la matière, tandis qu'une autre soutenait que la chaleur était un fluide appelé « calorique » qui ne pouvait être ni comprimé ni détruit.
Bien que l'ancienne conception reliant l'énergie cinétique à la chaleur soit désormais acceptée, certains termes du modèle fluide sont encore utilisés, comme lorsqu'on dit que « la chaleur circule du chaud vers le froid ».
--- p.90~91
Il serait impossible d'observer une situation où toutes les molécules d'air se déplaceraient d'un côté de la pièce, même un instant, ne laissant rien de l'autre côté.
Cependant, si l'on considère seulement 10 molécules d'air dans une boîte de 1 centimètre cube, on peut parfois les trouver toutes les 10 d'un seul côté de la boîte.
Plus un système est composé d'entités élémentaires, moins il est probable que nous observions des écarts par rapport à l'état macroscopique le plus probable de ce système, jusqu'à atteindre une valeur proche de zéro.
--- p.158
Les « lois » de la science et la science elle-même ne doivent pas être considérées comme des affirmations permanentes et inviolables sur la nature.
--- p.167
À notre connaissance, une propriété commune à toutes les formes que peut prendre l'énergie est sa conservation.
C'est véritablement remarquable, et peut-être l'un des rares faits concernant la nature qui, du moins à notre époque, est facilement accepté comme une propriété véritable et inébranlable de la nature.
Cela soulève une question intéressante que le lecteur devrait examiner.
L'énergie a-t-elle été découverte ou inventée par l'esprit humain ?
En utilisant la thermodynamique comme paradigme, je montrerai ce qu'est la science, ce qu'elle fait, comment nous l'utilisons, comment la science est apparue et comment elle évolue à mesure que les humains abordent et tentent de résoudre des questions de plus en plus complexes sur la nature.
--- p.5
La thermodynamique occupe une place particulière en science.
La thermodynamique traite de tout, mais d'un autre côté, elle ne traite de rien de réel, du moins de rien qui soit concrètement tangible.
À notre connaissance, la thermodynamique s'applique à tout ce qui est observé dans l'univers, des plus petites particules subatomiques aux galaxies entières.
--- p.12
La lumière, le son, l'électricité et le magnétisme, la gravité, tout mouvement, qu'il soit constant ou changeant, la « colle » qui maintient les noyaux atomiques ensemble, et même la masse elle-même, sont tous des exemples d'énergie.
De plus, il existe des formes d'énergie que nous ne comprenons pas encore, appelées « matière noire » et « énergie noire ».
À bien y réfléchir, il est surprenant et merveilleux que l'esprit humain ait reconnu un phénomène aussi universel dans le monde naturel.
--- p.33
En termes simples, l'entropie est une mesure du nombre de façons dont tous les atomes constitutifs peuvent exister, même s'ils nous apparaissent identiques.
--- p.51
Contrairement au modèle « des principes fondamentaux aux applications », les origines de la thermodynamique étaient historiquement liées à des problèmes très pratiques.
Par exemple, imaginons que je possède une mine et que, pour la maintenir en activité, j'aie besoin d'une pompe pour évacuer l'eau qui s'infiltre dans le sol.
Car si vous ne videz pas l'eau, elle débordera.
J'essaie d'alimenter la pompe avec du charbon.
Quelle est la quantité minimale de charbon nécessaire pour drainer suffisamment d'eau afin d'exploiter une mine ? C'est cette question qui a inspiré la réflexion ayant mené à la science de la thermodynamique.
--- p.60
Une propriété importante à connaître concernant le moteur idéal de Carnot est qu'il doit fonctionner très lentement, infiniment lentement pour être précis, afin qu'aucune perte de chaleur ne se produise en raison du frottement.
Le moteur doit tourner si lentement qu'à tout moment, il est impossible de dire s'il avance ou recule.
Un moteur de ce type est appelé moteur réversible.
L'idée d'utiliser un moteur idéal et réversible pour réaliser un processus réel est irréaliste, mais même si elle est inaccessible, le concept lui-même constitue une limitation du processus réel.
--- p.86
La question fondamentale de la nature exacte de la fièvre fait l'objet de débats depuis de nombreuses années.
Il y avait deux points de vue opposés.
Une première conception, apparue au XVIIIe siècle, affirmait que la chaleur était le mouvement des particules qui constituent la matière, tandis qu'une autre soutenait que la chaleur était un fluide appelé « calorique » qui ne pouvait être ni comprimé ni détruit.
Bien que l'ancienne conception reliant l'énergie cinétique à la chaleur soit désormais acceptée, certains termes du modèle fluide sont encore utilisés, comme lorsqu'on dit que « la chaleur circule du chaud vers le froid ».
--- p.90~91
Il serait impossible d'observer une situation où toutes les molécules d'air se déplaceraient d'un côté de la pièce, même un instant, ne laissant rien de l'autre côté.
Cependant, si l'on considère seulement 10 molécules d'air dans une boîte de 1 centimètre cube, on peut parfois les trouver toutes les 10 d'un seul côté de la boîte.
Plus un système est composé d'entités élémentaires, moins il est probable que nous observions des écarts par rapport à l'état macroscopique le plus probable de ce système, jusqu'à atteindre une valeur proche de zéro.
--- p.158
Les « lois » de la science et la science elle-même ne doivent pas être considérées comme des affirmations permanentes et inviolables sur la nature.
--- p.167
À notre connaissance, une propriété commune à toutes les formes que peut prendre l'énergie est sa conservation.
C'est véritablement remarquable, et peut-être l'un des rares faits concernant la nature qui, du moins à notre époque, est facilement accepté comme une propriété véritable et inébranlable de la nature.
Cela soulève une question intéressante que le lecteur devrait examiner.
L'énergie a-t-elle été découverte ou inventée par l'esprit humain ?
--- p.169
Avis de l'éditeur
« La thermodynamique est la seule théorie physique capable de rendre compte de tout ce qui se trouve dans l’univers dans son cadre. »
« Elle ne sera jamais ébranlée. » – Albert Einstein
Des particules microscopiques aux galaxies entières
Une théorie qui s'applique à tout ce qui est observé dans l'univers
Un livre qui explique les fondements de la thermodynamique
Même si vous ne vous intéressez pas particulièrement aux sciences, il y a probablement peu de gens qui n'ont jamais entendu parler des termes « thermodynamique » ou « entropie ».
La thermodynamique est littéralement l'étude de la relation entre la « chaleur » et le « travail », et c'est une science qui s'applique à tout ce qui est observé dans l'univers, des particules ultra-petites aux galaxies entières.
Comme l'a dit Einstein, « c'est la seule théorie universelle qui ne sera jamais ébranlée », la thermodynamique est fondamentale et profondément ancrée dans notre quotidien, comme en témoignent les réfrigérateurs et les climatiseurs. C'est aussi un domaine à l'histoire millénaire, illustrée par le fait que la révolution industrielle, tournant majeur de l'histoire de l'humanité, a débuté avec la machine à vapeur.
Malgré sa longue histoire, sa profonde présence dans la vie quotidienne et son caractère fondamental, les ouvrages relatifs à la thermodynamique se limitent à des textes spécialisés ou destinés aux jeunes, ce qui rend difficile la recherche de textes d'introduction pour le grand public intéressé par la thermodynamique.
Même un livre qu'il est difficile de considérer comme un ouvrage scientifique a longtemps figuré sur les rayons scientifiques des librairies en raison de son titre, « Entropie ».
Ce petit livre, écrit par le chimiste physicien de renommée mondiale Stephen Berry, renferme le savoir-faire pédagogique d'un chercheur chevronné qui enseigne la thermodynamique aux étudiants et aux adultes depuis de nombreuses années.
Afin de clarifier scientifiquement le concept de thermodynamique et de poursuivre la discussion, l'auteur explique directement les trois lois de la thermodynamique plutôt que de retracer l'histoire de cette discipline.
Dans cet ouvrage, l'auteur explique clairement et de manière concise ce qu'est la thermodynamique, comment nous l'utilisons, comment elle est apparue et comment elle s'est développée.
Cependant, puisque la « thermodynamique » est aussi un autre nom pour la « science », les lecteurs pourront en apprendre davantage sur des questions concernant la science elle-même, telles que ce qu'est la science, ce que fait la science, comment nous l'utilisons et comment la science se développe, en plus des connaissances essentielles sur la thermodynamique.
« Pouvez-vous expliquer la deuxième loi de la thermodynamique ? »
Elle trouve son origine dans le débat sur les « deux cultures » déclenché par Percy Snow.
Un guide clair et accessible de la thermodynamique, rédigé par un scientifique de renommée mondiale.
Le facteur décisif qui a conduit l'auteur Stephen Barry à écrire ce livre est lié au célèbre débat sur les « deux cultures » mené par le chimiste physicien et romancier britannique Charles Percy Snow.
Dans son ouvrage intitulé Les Deux Cultures et les Révolutions Scientifiques, publié en 1959 et basé sur des conférences données à l'Université de Cambridge, Snow évoquait le fossé, les malentendus et le manque de communication entre la culture des scientifiques et la culture des humanistes, citant la « deuxième loi de la thermodynamique » comme exemple.
Selon Snow, la question « Pouvez-vous expliquer la deuxième loi de la thermodynamique ? » est l'équivalent littéraire de « Avez-vous déjà lu Shakespeare ? »
La conférence et le livre de Snow sur « Deux cultures » ont eu un impact considérable dans le monde entier.
L'expression « deux cultures » est devenue une expression courante, et un débat constant et intense s'en est suivi.
Cependant, indépendamment du débat sur les « deux cultures » elles-mêmes, l'auteur note que dans l'édition révisée et augmentée de *Les Deux Cultures : Réflexions ultérieures*, publiée en 1964, « la deuxième loi de la thermodynamique » a été remplacée par « la biologie moderne ».
« Même à l’époque, je n’étais pas d’accord avec cette révision, mais avec les progrès de la biologie, il est maintenant devenu clair que son idée originale était correcte. »
Car pour comprendre la biologie aujourd'hui, il faut apprendre beaucoup de choses, beaucoup de faits, alors que pour comprendre la thermodynamique, il suffit de connaître quelques faits.
« La thermodynamique est une discipline qui s’appuie sur quelques concepts plutôt que sur un raisonnement systématique basé sur une grande quantité d’informations, comme la biologie moderne. » (p. 6) S’appuyant sur le sentiment intuitif que chacun a à propos de la chaleur et de la température, l’auteur explique clairement et gentiment les concepts de base de la thermodynamique étape par étape.
Nous examinerons également brièvement les questions restantes en thermodynamique.
Dans l'interview de l'auteur, décédé à l'été 2020 après avoir écrit son dernier livre, nous découvrons son amour pour la science.
« Quand j'étais en études supérieures, personne ne voulait étudier la thermodynamique. »
Parce que je pensais que toutes les questions relatives à la thermodynamique avaient déjà été posées et explorées, et qu'il ne restait plus aucune question.
Mais mes recherches sur la « thermodynamique à temps fini » montrent à quel point cette idée est fausse et absurde.
La science n'est pas un domaine clos.
C'est ce qui rend la science amusante." (Chicago News, 2019.
4. 26.)
Des concepts fondamentaux de la thermodynamique à son application et à son histoire du développement
Une introduction à la thermodynamique à portée de main
Ce livre comporte un total de 7 chapitres.
Voici un bref aperçu du contenu de chaque chapitre :
Le chapitre 1, « Qu'est-ce que la thermodynamique ? », présente les concepts de base de la thermodynamique, notamment la température, la pression, le volume, la chaleur, le travail, l'énergie, l'équilibre et l'entropie, ainsi que la première loi de la thermodynamique.
« L’énergie ne peut être ni créée ni détruite ; elle ne peut que changer de forme et d’emplacement. »
« La variation d'énergie d'un système entre son état initial et son état final dépend uniquement de la différence d'énergie entre ces deux états, et non du chemin parcouru entre eux. » Cela peut paraître évident et trivial, mais « si l'on considère toutes les formes que peut prendre l'énergie — chaleur, travail, ondes électromagnétiques, gravité, masse — on réalise à quel point cette loi est remarquable et merveilleuse. »
Le chapitre 2, « Pourquoi ne pouvons-nous pas remonter le temps ? », explore les deuxième et troisième lois.
La deuxième loi nous indique le sens du temps en distinguant ce qui peut arriver et ce qui ne peut pas arriver.
La variable la plus importante de la deuxième loi est « l’entropie ».
Depuis son introduction, le concept d'« entropie » a été largement appliqué à divers domaines tels que la sociologie, la biologie et les sciences politiques. Il s'agit d'un concept fondamental de la thermodynamique. En termes simples, c'est « une mesure du nombre de façons dont les atomes constitutifs peuvent exister, même s'ils nous apparaissent identiques ».
La troisième loi stipule qu'il existe une limite inférieure absolue à la température appelée « zéro absolu », et que le zéro absolu ne peut être atteint en un nombre fini d'étapes.
Le chapitre 3, « Comment la thermodynamique classique est-elle apparue ? », revient sur l'histoire de la thermodynamique.
La thermodynamique est une science née du problème de l'amélioration du fonctionnement des pompes qui extraient l'eau des mines.
À cet égard, il aborde les principes et l'histoire du développement des premières machines à vapeur, ainsi que les scientifiques qui ont participé à ce processus, tels que Joseph Black, Benjamin Thompson, John Dalton, Joseph Gay-Lussac, Sadi Carnot, André-Marie Ampère, James Prescott Joule, William Thomson, Victor Regnault et Willard Gibbs.
Le processus par lequel les concepts d'énergie et de conservation de l'énergie se sont développés à travers le débat sur l'identité de la chaleur est également présenté.
Le chapitre 4, « Comment la thermodynamique est-elle utilisée ou peut-elle l'être ? », explore comment et dans quels domaines la thermodynamique est réellement utilisée.
Parmi les exemples représentatifs, citons les domaines liés au processus de refroidissement, tels que la réfrigération et la climatisation ; la production d'énergie, qui convertit diverses formes d'énergie en une forme spécifique appelée électricité ; et l'éclairage, qui convertit l'énergie électrique en lumière visible, comme les lampes à incandescence, les lampes fluorescentes et les LED.
La thermodynamique est si profondément ancrée dans notre vie quotidienne qu'elle nous guide sur la manière de maximiser les avantages de la conversion d'énergie.
Le chapitre 5, « Comment la thermodynamique a-t-elle évolué ? », explique comment la thermodynamique s'est développée depuis que ses pionniers en ont établi les fondements.
L'émergence des statistiques et de la mécanique statistique a permis de combler le fossé entre l'approche macroscopique de la thermodynamique traditionnelle et la description microscopique basée sur les éléments constitutifs de base, les atomes.
Nous allons comprendre étape par étape le « cycle d'Otto », qui est à la base des moteurs à essence actuels, et nous étudierons également la relation entre la thermodynamique et la mécanique quantique.
Le chapitre 6, « Comment pouvons-nous aller au-delà du champ d'application traditionnel de la thermodynamique ? », aborde les questions restantes en thermodynamique, un domaine que l'on pensait autrefois avoir répondu à toutes les questions qui valaient la peine d'être explorées.
La thermodynamique traite fondamentalement de l'équilibre, mais à proprement parler, rien n'est en équilibre.
Au cours du XXe siècle, le domaine de la thermodynamique s'est étendu aux systèmes hors d'équilibre, et ce chapitre décrit le contenu et les applications de cette extension.
C'est également là le principal accomplissement de l'auteur.
Le chapitre 7, « Que peut nous apprendre la thermodynamique sur la science ? », offre une vue d'ensemble. Il s'appuie sur la thermodynamique pour explorer la nature et le rôle de la science, la manière dont les connaissances scientifiques sont vérifiées ou réfutées, et le développement des outils et méthodes permettant d'explorer de nouveaux concepts.
Contrairement à nos idées préconçues sur la « science », celle-ci a historiquement évolué en développant des concepts qui, sans être nécessairement corrects, sont utiles et cohérents avec tous les faits observés.
Dans ce chapitre, l'auteur souligne que la connaissance scientifique n'est jamais une vérité fixe et absolue.
« Elle ne sera jamais ébranlée. » – Albert Einstein
Des particules microscopiques aux galaxies entières
Une théorie qui s'applique à tout ce qui est observé dans l'univers
Un livre qui explique les fondements de la thermodynamique
Même si vous ne vous intéressez pas particulièrement aux sciences, il y a probablement peu de gens qui n'ont jamais entendu parler des termes « thermodynamique » ou « entropie ».
La thermodynamique est littéralement l'étude de la relation entre la « chaleur » et le « travail », et c'est une science qui s'applique à tout ce qui est observé dans l'univers, des particules ultra-petites aux galaxies entières.
Comme l'a dit Einstein, « c'est la seule théorie universelle qui ne sera jamais ébranlée », la thermodynamique est fondamentale et profondément ancrée dans notre quotidien, comme en témoignent les réfrigérateurs et les climatiseurs. C'est aussi un domaine à l'histoire millénaire, illustrée par le fait que la révolution industrielle, tournant majeur de l'histoire de l'humanité, a débuté avec la machine à vapeur.
Malgré sa longue histoire, sa profonde présence dans la vie quotidienne et son caractère fondamental, les ouvrages relatifs à la thermodynamique se limitent à des textes spécialisés ou destinés aux jeunes, ce qui rend difficile la recherche de textes d'introduction pour le grand public intéressé par la thermodynamique.
Même un livre qu'il est difficile de considérer comme un ouvrage scientifique a longtemps figuré sur les rayons scientifiques des librairies en raison de son titre, « Entropie ».
Ce petit livre, écrit par le chimiste physicien de renommée mondiale Stephen Berry, renferme le savoir-faire pédagogique d'un chercheur chevronné qui enseigne la thermodynamique aux étudiants et aux adultes depuis de nombreuses années.
Afin de clarifier scientifiquement le concept de thermodynamique et de poursuivre la discussion, l'auteur explique directement les trois lois de la thermodynamique plutôt que de retracer l'histoire de cette discipline.
Dans cet ouvrage, l'auteur explique clairement et de manière concise ce qu'est la thermodynamique, comment nous l'utilisons, comment elle est apparue et comment elle s'est développée.
Cependant, puisque la « thermodynamique » est aussi un autre nom pour la « science », les lecteurs pourront en apprendre davantage sur des questions concernant la science elle-même, telles que ce qu'est la science, ce que fait la science, comment nous l'utilisons et comment la science se développe, en plus des connaissances essentielles sur la thermodynamique.
« Pouvez-vous expliquer la deuxième loi de la thermodynamique ? »
Elle trouve son origine dans le débat sur les « deux cultures » déclenché par Percy Snow.
Un guide clair et accessible de la thermodynamique, rédigé par un scientifique de renommée mondiale.
Le facteur décisif qui a conduit l'auteur Stephen Barry à écrire ce livre est lié au célèbre débat sur les « deux cultures » mené par le chimiste physicien et romancier britannique Charles Percy Snow.
Dans son ouvrage intitulé Les Deux Cultures et les Révolutions Scientifiques, publié en 1959 et basé sur des conférences données à l'Université de Cambridge, Snow évoquait le fossé, les malentendus et le manque de communication entre la culture des scientifiques et la culture des humanistes, citant la « deuxième loi de la thermodynamique » comme exemple.
Selon Snow, la question « Pouvez-vous expliquer la deuxième loi de la thermodynamique ? » est l'équivalent littéraire de « Avez-vous déjà lu Shakespeare ? »
La conférence et le livre de Snow sur « Deux cultures » ont eu un impact considérable dans le monde entier.
L'expression « deux cultures » est devenue une expression courante, et un débat constant et intense s'en est suivi.
Cependant, indépendamment du débat sur les « deux cultures » elles-mêmes, l'auteur note que dans l'édition révisée et augmentée de *Les Deux Cultures : Réflexions ultérieures*, publiée en 1964, « la deuxième loi de la thermodynamique » a été remplacée par « la biologie moderne ».
« Même à l’époque, je n’étais pas d’accord avec cette révision, mais avec les progrès de la biologie, il est maintenant devenu clair que son idée originale était correcte. »
Car pour comprendre la biologie aujourd'hui, il faut apprendre beaucoup de choses, beaucoup de faits, alors que pour comprendre la thermodynamique, il suffit de connaître quelques faits.
« La thermodynamique est une discipline qui s’appuie sur quelques concepts plutôt que sur un raisonnement systématique basé sur une grande quantité d’informations, comme la biologie moderne. » (p. 6) S’appuyant sur le sentiment intuitif que chacun a à propos de la chaleur et de la température, l’auteur explique clairement et gentiment les concepts de base de la thermodynamique étape par étape.
Nous examinerons également brièvement les questions restantes en thermodynamique.
Dans l'interview de l'auteur, décédé à l'été 2020 après avoir écrit son dernier livre, nous découvrons son amour pour la science.
« Quand j'étais en études supérieures, personne ne voulait étudier la thermodynamique. »
Parce que je pensais que toutes les questions relatives à la thermodynamique avaient déjà été posées et explorées, et qu'il ne restait plus aucune question.
Mais mes recherches sur la « thermodynamique à temps fini » montrent à quel point cette idée est fausse et absurde.
La science n'est pas un domaine clos.
C'est ce qui rend la science amusante." (Chicago News, 2019.
4. 26.)
Des concepts fondamentaux de la thermodynamique à son application et à son histoire du développement
Une introduction à la thermodynamique à portée de main
Ce livre comporte un total de 7 chapitres.
Voici un bref aperçu du contenu de chaque chapitre :
Le chapitre 1, « Qu'est-ce que la thermodynamique ? », présente les concepts de base de la thermodynamique, notamment la température, la pression, le volume, la chaleur, le travail, l'énergie, l'équilibre et l'entropie, ainsi que la première loi de la thermodynamique.
« L’énergie ne peut être ni créée ni détruite ; elle ne peut que changer de forme et d’emplacement. »
« La variation d'énergie d'un système entre son état initial et son état final dépend uniquement de la différence d'énergie entre ces deux états, et non du chemin parcouru entre eux. » Cela peut paraître évident et trivial, mais « si l'on considère toutes les formes que peut prendre l'énergie — chaleur, travail, ondes électromagnétiques, gravité, masse — on réalise à quel point cette loi est remarquable et merveilleuse. »
Le chapitre 2, « Pourquoi ne pouvons-nous pas remonter le temps ? », explore les deuxième et troisième lois.
La deuxième loi nous indique le sens du temps en distinguant ce qui peut arriver et ce qui ne peut pas arriver.
La variable la plus importante de la deuxième loi est « l’entropie ».
Depuis son introduction, le concept d'« entropie » a été largement appliqué à divers domaines tels que la sociologie, la biologie et les sciences politiques. Il s'agit d'un concept fondamental de la thermodynamique. En termes simples, c'est « une mesure du nombre de façons dont les atomes constitutifs peuvent exister, même s'ils nous apparaissent identiques ».
La troisième loi stipule qu'il existe une limite inférieure absolue à la température appelée « zéro absolu », et que le zéro absolu ne peut être atteint en un nombre fini d'étapes.
Le chapitre 3, « Comment la thermodynamique classique est-elle apparue ? », revient sur l'histoire de la thermodynamique.
La thermodynamique est une science née du problème de l'amélioration du fonctionnement des pompes qui extraient l'eau des mines.
À cet égard, il aborde les principes et l'histoire du développement des premières machines à vapeur, ainsi que les scientifiques qui ont participé à ce processus, tels que Joseph Black, Benjamin Thompson, John Dalton, Joseph Gay-Lussac, Sadi Carnot, André-Marie Ampère, James Prescott Joule, William Thomson, Victor Regnault et Willard Gibbs.
Le processus par lequel les concepts d'énergie et de conservation de l'énergie se sont développés à travers le débat sur l'identité de la chaleur est également présenté.
Le chapitre 4, « Comment la thermodynamique est-elle utilisée ou peut-elle l'être ? », explore comment et dans quels domaines la thermodynamique est réellement utilisée.
Parmi les exemples représentatifs, citons les domaines liés au processus de refroidissement, tels que la réfrigération et la climatisation ; la production d'énergie, qui convertit diverses formes d'énergie en une forme spécifique appelée électricité ; et l'éclairage, qui convertit l'énergie électrique en lumière visible, comme les lampes à incandescence, les lampes fluorescentes et les LED.
La thermodynamique est si profondément ancrée dans notre vie quotidienne qu'elle nous guide sur la manière de maximiser les avantages de la conversion d'énergie.
Le chapitre 5, « Comment la thermodynamique a-t-elle évolué ? », explique comment la thermodynamique s'est développée depuis que ses pionniers en ont établi les fondements.
L'émergence des statistiques et de la mécanique statistique a permis de combler le fossé entre l'approche macroscopique de la thermodynamique traditionnelle et la description microscopique basée sur les éléments constitutifs de base, les atomes.
Nous allons comprendre étape par étape le « cycle d'Otto », qui est à la base des moteurs à essence actuels, et nous étudierons également la relation entre la thermodynamique et la mécanique quantique.
Le chapitre 6, « Comment pouvons-nous aller au-delà du champ d'application traditionnel de la thermodynamique ? », aborde les questions restantes en thermodynamique, un domaine que l'on pensait autrefois avoir répondu à toutes les questions qui valaient la peine d'être explorées.
La thermodynamique traite fondamentalement de l'équilibre, mais à proprement parler, rien n'est en équilibre.
Au cours du XXe siècle, le domaine de la thermodynamique s'est étendu aux systèmes hors d'équilibre, et ce chapitre décrit le contenu et les applications de cette extension.
C'est également là le principal accomplissement de l'auteur.
Le chapitre 7, « Que peut nous apprendre la thermodynamique sur la science ? », offre une vue d'ensemble. Il s'appuie sur la thermodynamique pour explorer la nature et le rôle de la science, la manière dont les connaissances scientifiques sont vérifiées ou réfutées, et le développement des outils et méthodes permettant d'explorer de nouveaux concepts.
Contrairement à nos idées préconçues sur la « science », celle-ci a historiquement évolué en développant des concepts qui, sans être nécessairement corrects, sont utiles et cohérents avec tous les faits observés.
Dans ce chapitre, l'auteur souligne que la connaissance scientifique n'est jamais une vérité fixe et absolue.
SPÉCIFICATIONS DES PRODUITS
- Date de publication : 29 mars 2021
Nombre de pages, poids, dimensions : 184 pages | 288 g | 142 × 205 × 10 mm
- ISBN13 : 9788934989868
- ISBN10 : 8934989866
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Langue coréenne
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