Chaleur et Expansion libre

Le travail effectué par un système thermodynamique dépend du trajet dans toutes les conditions.

Considérons un système de deux cylindres reliés par une soupape de pression. Initialement, le cylindre A est rempli d’un gaz parfait, tandis que le cylindre B est vide

Sur le cylindre de chauffage A, le gaz absorbe la chaleur, augmentant temporairement la pression à l’intérieur du cylindre A, ce qui ouvre la soupape de pression. Le gaz se dilate isothermiquement dans le cylindre B, diminuant la pression à l’intérieur du cylindre A.

Si l’on considère les particules de gaz négligeables dans les tubes de connexion, le volume final de gaz est égal à la somme des volumes de gaz dans les deux bouteilles.

Ici, le travail est effectué sur la soupape de pression en raison de l’échauffement du gaz.

Dans un autre processus, considérons le même système dans son état initial, isolé de son environnement, de sorte qu’aucune chaleur n’est échangée.

Si la soupape est retirée, le gaz subit une expansion libre rapide dans le cylindre B, atteignant finalement le même volume final que lors du premier processus.

Pendant cette expansion, aucune frontière ne bouge, indiquant que le travail effectué par le gaz est nul en expansion libre.