Branche de la physique qui étudie les propriétés des systèmes où interviennent les notions de température et de chaleur.

Nicolas Léonard Sadi Carnot

• James Prescott Joule

Principe zéro

« Deux corps en équilibre thermique avec un même troisième sont en équilibre thermique entre eux. ».

Premier principe

Il existe une fonction U (l'énergie interne) dont la variation au cours d'une transformation dépend uniquement de l'état initial et de l'état final. Pour un système fermé, cette variation s'écrit

Deuxième principe (ou principe de Carnot)

Il exprime l'irréversibilité des processus macroscopiques spontanés. Il existe de nombreux énoncés, tous équivalents, du deuxième principe :

– énoncé de Clausius : il n'existe pas de processus dont le seul effet serait de faire passer de la chaleur d'une source froide à une source chaude ;

– énoncé de Kelvin : il n'existe pas de moteur thermique qui puisse fournir du travail à partir d'une seule source de chaleur ;

– formulation à l'aide de l'entropie : au cours d'une transformation, la variation d'entropie ΔS ne dépend que de l'état initial et de l'état final et vérifie la relation : , où δQ est la quantité de chaleur reçue par le système lorsque sa température est T. Cette relation devient une égalité lorsque la transformation est réversible.

L'évolution spontanée d'un système isolé se traduit donc toujours par une augmentation de son entropie, puisque la quantité de chaleur qu'il reçoit est nulle. L'état d'équilibre thermodynamique d'un système est l'état compatible avec les contraintes extérieures pour lequel l'entropie prend la valeur maximale.

Troisième principe

À la température 0 K, l'entropie de tous les systèmes est nulle.

Les deux premiers principes s'expriment sous forme mathématique en écrivant que la fonction d'état caractéristique du système est une différentielle. Les fonctions d'état les plus utilisées sont l'énergie interne U et l'enthalpie H. Les relations obtenues permettent de prévoir le comportement des systèmes thermodynamiques.