Par Nick Robinson | Mis à jour le 24 mars 2022
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La thermodynamique est la branche de la physique qui explore le comportement de l'énergie dans les grands systèmes. Il relie le mouvement des particules (énergie cinétique) et l’énergie stockée de leurs positions (énergie potentielle) à la chaleur et au travail qu’un système peut générer. Au fil des siècles, des scientifiques tels qu'Isaac Newton et James Joule ont distillé ces connaissances dans les trois lois fondamentales qui régissent tous les échanges énergétiques.
La loi dite « zéro » établit la notion d’équilibre thermique. Il stipule que si deux systèmes sont chacun en équilibre avec un troisième système, ils sont en équilibre entre eux. En pratique, cela signifie que lorsque vous chauffez une casserole d'eau, la chaleur se propage uniformément jusqu'à ce que chaque molécule de la casserole atteigne la même température, même si la chaleur n'a été appliquée qu'au fond.
Également connue sous le nom de loi de conservation de l’énergie, la première loi nous dit que l’énergie ne peut pas être créée ou détruite, mais seulement transformée. L'énergie totale d'un système fermé (la somme de l'énergie cinétique et potentielle) est égale à la chaleur ajoutée moins le travail effectué. Ce principe explique pourquoi une voiture doit faire le plein :l'énergie potentielle chimique de l'essence est convertie en travail mécanique et en chaleur perdue lorsque le moteur tourne.
La deuxième loi introduit le concept incontournable d'entropie, mesure du désordre ou de l'énergie inutilisable dans un système. Il affirme qu’aucun processus ne peut convertir toute l’énergie disponible en travail utile; une fraction deviendra toujours de la chaleur perdue. Dans les moteurs à combustion, même les conceptions les plus efficaces perdent de l'énergie à cause de l'entropie, ce qui exclut également les machines à mouvement perpétuel.