Le Chatelier’s Principle of Dynamic Equilibrium

La distribution de Boltzmann décrit la probabilité qu'un système en équilibre thermique à la température T se trouve dans un micro-état spécifique d'énergie E. Cette probabilité est proportionnelle au facteur de Boltzmann, [latex]e^{-E / k_B T}[/latex]. Elle implique que les états à faible énergie ont exponentiellement plus de chances d'être occupés que les états à énergie plus élevée, la température modulant cette préférence.

La sublimation, transition de phase directe du solide au gaz, se produit à des températures et des pressions inférieures au point triple d'une substance. Le point triple est l'état thermodynamique unique où les phases solide, liquide et gazeuse peuvent coexister à l'équilibre. Sur un diagramme de phases, la courbe de sublimation sépare les phases solide et gazeuse, partant de l'origine et se terminant au point triple.

Le nombre de Mach (M) est une grandeur sans dimension représentant le rapport entre la vitesse de l'écoulement au-delà d'une limite et la vitesse locale du son : [latex]M = v/a[/latex], où v est la vitesse de l'écoulement et a la vitesse du son. C'est le principal indicateur des effets de compressibilité. Lorsque le nombre de Mach approche et dépasse 1, la densité de l'air change de manière significative, ce qui modifie les forces aérodynamiques.

La CEM de mouvement est générée lorsqu'un conducteur se déplace dans un champ magnétique. La composante magnétique de la force de Lorentz, [latex]\mathbf{F} = q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})[/latex], agit sur les porteurs de charge à l'intérieur du conducteur, provoquant leur déplacement et créant une séparation de charge. Cette séparation crée un champ électrique et une différence de potentiel. La force électromotrice résultante est donnée par l'intégrale de ligne [latex]\mathcal{E} = \oint (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \cdot d\mathbf{l}[/latex].

Les équations de Navier-Stokes moyennées de Reynolds (RANS) sont des équations de mouvement moyennées dans le temps pour les écoulements turbulents. Cette approche, appelée décomposition de Reynolds, sépare les variables d'écoulement en une composante moyenne et une composante fluctuante. Le processus de moyennage introduit un terme supplémentaire, le tenseur de contraintes de Reynolds, qui représente l'effet de la turbulence et doit être modélisé pour aboutir à une clôture, rendant ainsi les simulations exploitables par calcul.

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.

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.

Le nombre de Reynolds ([latex]\text{Re}[/latex]) est une quantité sans dimension en mécanique des fluides utilisée pour prédire les schémas d'écoulement en représentant le rapport entre les forces inertielles et les forces visqueuses. Les nombres de Reynolds faibles caractérisent un écoulement laminaire lisse et ordonné, tandis que les nombres de Reynolds élevés indiquent un écoulement turbulent chaotique et rempli de tourbillons. Il est essentiel pour déterminer le comportement dynamique d'un fluide et pour dimensionner les expériences.

L'épaississement par cisaillement, ou dilatance, est un comportement non newtonien où la viscosité augmente avec la vitesse de contrainte de cisaillement. Un exemple classique est une suspension d'amidon de maïs dans l'eau (oobleck), qui semble liquide lorsqu'on l'agite lentement, mais devient presque solide lorsqu'on la frappe ou l'agite rapidement. Ce phénomène est dû au blocage des particules en suspension sous un cisaillement élevé.

L'équation de Nernst relie le potentiel de réduction d'une demi-cellule (ou la tension totale d'une cellule électrochimique) au potentiel standard de l'électrode, à la température et aux activités (souvent approximées par des concentrations) des espèces chimiques subissant l'oxydoréduction. L'équation est [latex]E = E^{\circ} - \frac{RT}{nF} \ln Q[/latex], où Q est le quotient de réaction.

Dans les cellules électrochimiques telles que les batteries et les piles à combustible, la FEM est générée par des réactions chimiques. La séparation de la charge est entraînée par des réactions d'oxydation et de réduction se produisant sur deux électrodes différentes. La FEM maximale d'une cellule est liée à la variation de l'énergie libre de Gibbs ([latex]\Delta G[/latex]) de la réaction par [latex]\mathcal{E} = -\frac{\Delta G}{nF}[/latex], où [latex]n[/latex] est le nombre de moles d'électrons et [latex]F[/latex] la constante de Faraday.

Dans un système en équilibre thermodynamique, le potentiel électrochimique, [latex]\bar{\mu}_i[/latex], pour une espèce chargée donnée `i` doit être uniforme dans toutes les phases. S'il existe un gradient ([latex]\nabla \bar{\mu}_i \neq 0[/latex]), les ions se déplacent spontanément des régions de potentiel supérieur vers les régions de potentiel inférieur, créant un courant ou un flux, jusqu'à ce que ce gradient soit éliminé et que l'équilibre soit rétabli.