Équilibre thermodynamique
Définition :
Un système (\[\cal{S}\]), fermé, est dit à l'équilibre thermodynamique si :
les vitesses des points matériels sont nulles et ses variables d'état sont constantes dans le temps
la température du système est homogène (dans l'espace)
les actions extérieures qui assurent les valeurs constantes des variables d'état sont uniques
La première condition indique simplement qu'un système à l'équilibre est au repos n'évolue plus. Elle inclut en particulier la condition d'équilibre mécanique (les variables d'état spatiales sont constantes : il n'y a pas de mouvement du système). Cela impose qu'un système à l'équilibre n'échange pas d'énergie mécanique avec l'extérieur, et n'est pas le siège de transferts internes d'énergie mécanique.
Pour expliquer la deuxième condition (absence de transferts), considérons le contre-exemple d'une tige métallique dont les deux extrémités sont maintenues à des températures différentes (on peut par exemple faire tremper une extrémité dans de la glace fondante à 0°C, l'autre dans de l'eau bouillante à 100°C). Au bout d'un temps de mise en régime stationnaire, la température en chaque point sera constante dans le temps (par exemple, la température au milieu sera de 50°C), mais cette température diffère d'un point à un autre : elle n'est pas homogène. (voir la figure). Le système n'est pas à l'équilibre parce qu'il est le siège d'un transfert de chaleur entre les deux récipients, dont la non-homogénéité de la température est une manifestation. On constate d'ailleurs qu'il faut fournir de l'énergie pour maintenir l'eau en ébullition d'un côté et renouveler régulièrement la glace de l'autre côté).
Il est clair qu'un tel système est le siège de transferts thermiques.
La troisième condition dit que si l'on modifie les actions extérieures sur le système, son état doit changer (il va tendre vers un autre état d'équilibre).
Dans la pratique, cela exclut les situations où les actions extérieures sont des frottements solides.
