La distribution de Boltzmann

La batterie plomb-acide est la première batterie rechargeable, inventée par Gaston Planté en 1859. Elle fonctionne avec une anode en plomb (Pb) et une cathode en dioxyde de plomb (PbO₂) immergées dans un électrolyte d'acide sulfurique (H₂SO₄). Lors de la décharge, les deux électrodes se transforment en sulfate de plomb (PbSO₄), un processus inversé lors de la charge, permettant ainsi le stockage et la réutilisation de l'énergie.

Il s'agit de la forme différentielle de la loi d'induction de Faraday, l'une des quatre équations de Maxwell. Elle stipule qu'un champ magnétique variable dans le temps ([latex]\mathbf{B}[/latex]) accompagne toujours un champ électrique variable dans l'espace et non conservatif ([latex]\mathbf{E}[/latex]). La relation s'exprime comme suit : [latex]\nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}[/latex]. Cette équation régit la manière dont les champs magnétiques changeants créent des champs électriques en un point spécifique de l'espace.

Les équations de Maxwell sont un ensemble de quatre équations aux dérivées partielles couplées qui constituent le fondement de l'électromagnétisme classique. Elles décrivent comment les champs électriques et magnétiques sont générés et modifiés l'un par l'autre et par les charges et les courants. Il s'agit de la loi de Gauss, de la loi de Gauss pour le magnétisme, de la loi de Faraday sur l'induction et de la loi d'Ampère-Maxwell.

La force électromotrice (FEM) et la différence de potentiel électrique (tension) sont des concepts distincts, bien que toutes deux soient mesurées en volts. La FEM est le travail par unité de charge fourni par une force non conservative (par exemple, une réaction chimique, un champ magnétique variable) pour déplacer une charge au sein d'une source. La différence de potentiel est le travail par unité de charge fourni par le champ électrostatique conservative entre deux points.

Cette formule fondamentale relie la quantité thermodynamique macroscopique d'entropie (S) au nombre d'arrangements microscopiques possibles, ou micro-états (W), correspondant à l'état macroscopique du système. L'équation [latex]S = k_B \ln W[/latex] révèle que l'entropie est une mesure du désordre statistique ou du hasard. La constante [latex]k_B[/latex] est la constante de Boltzmann, qui relie l'énergie au niveau des particules à la température.

La première batterie rechargeable à succès commercial. Elle utilise une anode en plomb (Pb), une cathode en dioxyde de plomb (PbO₂) et un électrolyte à base d'acide sulfurique (H₂SO₄). Lors de la décharge, les deux électrodes sont converties en sulfate de plomb (PbSO₄), ce qui consomme l'acide sulfurique. Ce processus est chimiquement réversible par application d'un courant externe, ce qui en fait un système de stockage d'énergie pratique et robuste.

L'une des quatre équations de Maxwell, la loi de Gauss pour le magnétisme stipule que le flux magnétique net sortant de toute surface fermée est nul. Elle s'exprime mathématiquement par [latex]\oint_S \vec{B} \cdot d\vec{A} = 0[/latex]. Cette loi est un énoncé de l'observation expérimentale selon laquelle les monopôles magnétiques (pôles nord ou sud isolés) n'ont jamais été détectés. Les lignes de champ magnétique forment toujours des boucles fermées.

Les ondes électromagnétiques sont des perturbations du champ électromagnétique qui se propagent dans l'espace en transportant de l'énergie. Elles sont créées par l'accélération de charges électriques et consistent en des oscillations synchronisées et perpendiculaires des champs électriques et magnétiques. Dans le vide, elles se déplacent à la vitesse de la lumière, soit [latex]c[/latex]. Le spectre électromagnétique comprend les ondes radio, les micro-ondes, les infrarouges, la lumière visible, les ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma.

La température critique est la température au-dessus de laquelle une phase liquide distincte ne peut se former, quelle que soit la pression appliquée. Chaque gaz possède une température critique unique. Pour liquéfier un gaz, il faut d'abord le refroidir en dessous de cette température. Ce concept, établi par Thomas Andrews, est fondamental pour comprendre les conditions requises pour tout processus de liquéfaction.

La diffusion Rayleigh est la diffusion élastique de la lumière par des particules bien plus petites que sa longueur d'onde. Ce phénomène est responsable de la couleur bleue du ciel diurne. Les longueurs d'onde bleues, plus courtes, de la lumière solaire sont mieux diffusées par les molécules d'azote et d'oxygène de l'atmosphère que les longueurs d'onde rouges, plus longues, ce qui donne au ciel une apparence bleue du point de vue de l'observateur.

Le cycle d'Otto idéal est un modèle thermodynamique pour les moteurs à allumage commandé. Il se compose de quatre transformations réversibles : compression isentropique (1-2), apport de chaleur isochore (2-3), détente isentropique (3-4) et rejet de chaleur isochore (4-1). Ce cycle constitue le fondement théorique de l'analyse des performances des moteurs à essence, en considérant un gaz parfait comme fluide de travail.

Ce procédé de liquéfaction de gaz, mis au point par Raoul Pictet, liquéfie un gaz en utilisant une série d'autres gaz dont le point d'ébullition s'abaisse progressivement. Le premier gaz est liquéfié sous pression à température ambiante. Son évaporation sert ensuite à refroidir et liquéfier un second gaz, plus volatil, qui à son tour refroidit et liquéfie le gaz cible, créant ainsi une cascade d'étapes de refroidissement.