Etat d'un système

Définition de l'état d'un système

Définition

L'état d'un système est défini par un certain nombre de variables que l'on appelle variables d'état. Ce sont par exemple, la pression[1] totale, la température[2], le volume[3], les nombres de moles[4] de chacune des espèces présentes, la masse[5], etc....

Par exemple, l'état d'un système sera parfaitement défini si l'on connaît sa composition ( nature des constituants du système, état physique de ces constituants et quantité de matière de ces constituants ), sa température, son volume, sa masse, la pression qui règne dans le système ...

Un système peut être homogène si tous ses constituants appartiennent à une seule phase ou hétérogène si le système comprend plusieurs phases de nature différentes.

Variables indépendantes.

Ces variables ne sont pas toujours indépendantes les une des autres ( par exemple, si le système[6] comprend \(n\) moles de gaz parfait il va exister une relation entre les variables pression \(p\) , volume \(V\), nombre de moles \(n\) et température \(T\)).

En effet, ces quatre grandeurs d'état sont reliées par la loi des gaz parfaits : \(p.V = n. \textrm R. T\) . De ce fait, si trois de ces quatre variables sont fixées, la valeur de la quatrième est obligatoirement imposée. Dans cette relation, le symbole \(\textrm R\) représente la constante des gaz parfaits qui vaut 8,31 J.K-1.mol-1. \(\textrm R\) n'est bien sûr pas une variable d'état puisqu'il s'agit d'une constante par définition invariable...

Par exemple, si un système a un volume de 30 litres, contient 1 mole de gaz sous la pression de 1 bar = 105 Pa, alors sa température est obligatoirement de 361 K, soit 88 °C. (On calcule cette température aprés avoir converti le volume en unité du système international d'unités[7] SI, c'est à dire en m3. ) Il est absolument impossible que ce système se trouve à une autre température sans que l'une des variables pression , volume ou quantité de matière ne change. Ces quatre variables ne sont donc pas indépendantes.

Variables intensives et extensives.

Lorsqu'on fait l'addition de deux systèmes identiques, certaines variables comme la température ou les concentrations ne vont pas varier, ce sont les variables intensives .

Les autres comme le volume, la masse, le nombre de moles vont doubler, ce sont les variables extensives.

Par exemple si l'on additionne deux systèmes[6] identiques ayant les caractéristiques suivantes :

           volume 30 L, pression 1 bar, température 361 K, quantité de matière 1 mol ,

on obtient un nouveau système ayant les caractéristiques suivantes :

           volume 60 L, pression 1 bar, température 361 K, quantité de matière 2 mol .

La pression[1] et la température[2] sont en effet des variables intensives, le volume[3] et la quantité de matière[8] des variables extensives. Dans ce nouveau système, les concentrations[9] et les fractions molaires[10] n'ont pas varié (variables intensives) alors que la masse[5] du système a doublé (variable extensive).