Les Principes De La Thermodynamique

Question 1

Définir l’énergie d’un système thermodynamique

Answer 1

Question 2

Énoncer le premier principe de la thermodynamique

Answer 2

• il existe une fonction d’état extensive telle que :
• Etot = Em + U
• on l’appelle énergie interne et on la note U
• alors : ΔE = ΔEm + ΔU = W + Q

Question 3

Donner la forme différentielle du premier principe de la thermodynamique

Answer 3

Question 4

Donner la forme puissance du premier principe de la thermodynamique

Answer 4

Question 5

Quel est le cas usuel en thermodynamique ?

Answer 5

Question 6

Comment calculer Q en thermodynamique ?

Answer 6

Q = ΔU - W

Question 7

Que peut-on dire du caractère conservatif du premier principe ?

Answer 7

ΔU ne dépend pas du chemin suivi, bien que W et Q en dépendent

Question 8

Si on a un écoulement de débit massique Dm, donner la puissance reçue des forces non conservatives et la puissance reçue des transferts thermiques

Answer 8

Question 9

Si la transformation est isochore et que ΔE = ΔU, exprimer Q

Answer 9

Question 10

Si la pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation monobare, exprimer ΔU

Answer 10

Question 11

Si la force de pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation isobare, exprimer Q

Answer 11

Question 12

Si la force de pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation isotherme, exprimer Q

Answer 12

Question 13

Si la force de pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation où Ti=Tf, exprimer Q

Answer 13

Question 14

Si la pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation adiabatique, exprimer ΔU

Answer 14

Question 15

Que faut-il utiliser pour passer d’une loi de Laplace à l’autre ?

Answer 15

PV/T = n.R = cste

Question 16

Démontrer la loi de Laplace en utilisant le premier principe de la thermodynamique uniquement

Answer 16

Question 17

Déterminer l’état final, ΔU, W et Q, si les parois sont diathermanes et la transformation quasi-statique

(C’est un gaz parfait)

Answer 17

Question 18

Écrire la première loi de la thermodynamique avec H

Answer 18

dH = δQ + δW* (travail sauf les forces de pression)

Question 19

Exprimer ΔU en fonction de CV ou CP, de même avec ΔH

Answer 19

Question 20

Déterminer l’état final et ΔU, si les parois sont athermanes et la transformation quasi-statique

Answer 20

Question 21

Déterminer l’état final, ΔU, W et Q, si les parois sont diathermanes et la transformation brutale

Answer 21

Question 22

Déterminer l’état final, ΔU, W et Q, si les parois sont athermanes et la transformation brutale

Answer 22

Question 23

Qu’est-ce qu’une détente de Joule Gay-Lussac ?
Déterminer l’état final

Answer 23

Question 24

A quoi faut-il faire attention quand on étudie un déplacement de matière entre plusieurs compartiments ?

Answer 24

Il ne faut pas appliquer le premier principe par compartiment : soit à la matière qui se déplace, soit au tout (matière + compartiments)

Question 25

Comment qualifie-t-on une réaction où ΔU = 0 ?

Answer 25

Elle est isoénergétique

Question 26

Qu’appelle-t-on phase condensée ?

Answer 26

Liquide ou solide

Question 27

Déterminer W_cycle et Q_cycle en fonction de T1 et x

Answer 27

Question 28

Déterminer l’état final

Answer 28

Question 29

Peut-on utiliser la loi de Laplace quand il y a un travail autre celui des forces de pression ?

Answer 29

❌❌❌

Question 30

Déterminer ΔUB, WB et QB

Answer 30

Question 31

Déterminer ΔUA, WA et QA et en déduire Δt

Answer 31

Question 32

Comment traduire mathématiquement dans une équation qu’une transformation est réversible ?

Answer 32

Le changement de variable t’=-t ne change pas l’équation

Question 33

Qu’est-ce que l’experience de Rüchardt ? Quel est son intérêt ? Justif

Answer 33

Question 34

Justifier graphiquement le « meilleur » choix entre une transformation isotherme et une adiabatique réversible pour passer d’une pression P1 à une pression P2>P1

Answer 34

Question 35

Qu’est-ce qu’un calorimètre ?

Answer 35

C’est une enceinte adiabatique (à parois athermanes)

Question 36

Quel système prend-on quand on applique le premier principe de la thermodynamique à un calorimètre ?

Answer 36

On prend le système : {Calorimètre + Contenu}

Question 37

Appliquer le premier principe de la thermodynamique à un calorimètre uniquement (sans son contenu)

Answer 37

Question 38

Définir la valeur en eau du calorimètre

Answer 38

Question 39

Dans un calorimètre, déterminer c_fer en fonction des données, de μ et de c_eau

Answer 39

c : c_eau

Question 40

Déterminer l’expression littérale de Δh_fusion, sachant que tout cela se passe dans un calorimètre

Answer 40

Question 41

Déterminer μ (on est dans un calorimètre)

Answer 41

Question 42

Donner un ordre de grandeur de μ pour un calorimètre

Answer 42

≈20g

Question 43

Montrer la conservation du débit massique

Answer 43

Question 44

Démontrer le premier principe pour un système ouvert en régime permanent

Answer 44

Question 45

Quelle supposition fait-on toujours sur q, ΔeC et ΔeP, dans le premier principe pour un système ouvert en régime permanent ? Écrire alors le principe

Answer 45

On suppose toujours q=0 et on néglige ΔeC et ΔeP Alors, Δu = w = c_V × ΔT

Question 46

Exprimer w et wu lorsque q=0 un système ouvert

Answer 46

Question 47

Qu’est-ce qu’un échangeur thermique ?

Answer 47

C’est un système qui permet de transférer de la chaleur d’un fluide à un autre, sans les mélanger

Question 48

Dans un échangeur thermique, réécrire le premier principe industriel

Answer 48

Il n’y a pas de pièces mobiles, donc w_utile = 0, donc Δh = q

Question 49

Exprimer Δu et Δh dans un cycle, en déduire une égalité

Answer 49

Question 50

Qu’est-ce que l’effet Venturi ?

Answer 50

Les zones de fortes vitesses sont celles de basses pressions

Question 51

Déterminer v2 en fonction de h1 et h2

Answer 51

Question 52

Déterminer v2 si le gaz est parfait, puis en supposant la transformation réversible

Answer 52

Question 53

Exprimer la conservation du débit massique et donner la différentielle logarithmique

Answer 53

Question 54

Établir la différentielle logarithmique de la loi de Laplace avec la température et la masse volumique

Answer 54

Question 55

Trouver une relation entre dv/v et dS/S, en introduisant c=√(γ.r.T)

Answer 55

Question 56

On suppose la vitesse monotone croissante, déduire ce qu’il se passe dans le cas d’une tuyère convergente, puis d’une tuyère convergente-divergente

Answer 56

Question 57

Quel principe utilise-t-on lors d’une conservation ?

Answer 57

Le premier principe

Question 58

Quel principe utilise-t-on lors d’une évolution ?

Answer 58

Le deuxième principe

Question 59

Donner le deuxième principe de la thermodynamique, en définissant tous les termes

Answer 59

- il existe une fonction d’état extensive caractérisant le désordre - on l’appelle entropie et on la note S - dS = δS_échangée + δS_créée - δS_créée ≥ 0

Question 60

Exprimer Sc pour un système fermé calorifugé

Answer 60

Question 61

Exprimer ΔS pour une transformation réversible

Answer 61

Question 62

Que peut-on dire d’une transformation adiabatique réversible ?

Answer 62

Elle est isentropique (car Se=Sc=0)

Question 63

Démontrer la première identité thermodynamique

Answer 63

Puisque U et S sont des fonctions d’état, dU ne dépend pas du chemin suivi donc on peut les déterminer en imaginant une transformation réversible

Question 64

Montrer que dH = T.dS + V.dP

Answer 64

Question 65

Montrer que

Answer 65

Question 66

Montrer que

Answer 66

Question 67

Montrer que En déduire la loi de Laplace

Answer 67

Question 68

Exprimer ΔS dans une phase condensée, en justifiant

Answer 68

Question 69

Qu’est-ce qu’un diagramme entropique ?

Answer 69

Question 70

Exprimer le théorème des moments pour l’entropie massique

Answer 70

Question 71

Montrer que pour une isobare dans le domaine vapeur

Answer 71

Question 72

Représenter sur un diagramme entropique, dans le domaine vapeur, une transformation : - isentropique - isotherme - isobare - isochore

Answer 72

Question 73

Représenter sur un diagramme entropique, deux isobares P et P’, P’>P

Answer 73

Question 74

Donner lien entre Δs et Δh lorsqu’on passe d’un état 1 à un état 2, à température constante T

Answer 74

Immédiat par analyse dimensionnelle

Question 75

Exprimer le Δs pour aller de 0 à 2, de 1 à 2, de 1 à 0

Answer 75

Question 76

Comment détermine-t-on ΔS, Se, Sc ?

Answer 76

Question 77

Quel est la caractéristique de Sc à vérifier à la fin d’un calcul ?

Answer 77

Sc ≥ 0

Question 78

Déterminer ΔS, Se et Sc pour une détente de Joule Gay-Lussac et en déduire une caractéristique de la réaction

Answer 78

Question 79

Déterminer T2

Answer 79

Question 80

Déterminer ΔS, Se et Sc

Answer 80

Question 81

Exprimer Q dans le cas d’une transformation isobare

Answer 81

Q=ΔH

Question 82

Déterminer x

Answer 82

Question 83

On retire d’un coup les deux sources de chaleurs de la barre et on calorifuge, déterminer T2

Answer 83

(On veut faire comme dans un calorimètre : ΔH = 0 et ΔH = ΣΔHi, sauf qu’ici c’est continu donc on met une intégrale)

Question 84

Justifier qualitativement le plus grand entre T2B et T2A

Answer 84

Question 85

Résoudre le système pour déterminer l’état final

Answer 85

Question 86

Lors d’une transformation en deux étapes, lorsqu’on connait les variations d’entropie totale et de la première étape, comment calculer celle de la deuxième étape ?

Answer 86

La variation dépend du chemin suivit, donc ΔS2 = ΔS_tot - ΔS1

Question 87

Lorsqu’on a trouvé le bon nombre d’équations par rapport au nombre d’inconnues, comment savoir par laquelle commencer ?

Answer 87

On utilise dans l’ordre celles qui comportent le moins d’inconnues

Question 88

Que peut-on dire du travail des forces extérieures lors d’une détente dans le vide ?

Answer 88

Il est nul

Question 89

Quel est le plus pentu sur un diagramme T,s entre une transformation isochore et isobare ? Justif

Answer 89

C’est l’isochore

Question 90

Quelle est la méthode pour déterminer ΔS à chaque fois ?

Answer 90

**1. Si le ΔS est dû à une variation des variables d’état :** - Déterminer les valeurs d’au moins deux variables d’état - Intégrer la bonne identité thermodynamique pour avoir l’expression de ΔS **2. S’il est dû à un changement d’état :** - ΔS = ΔH/T

Question 91

Exprimer Q dans le cas d’une transformation isochore ? Isobare ? Justif

Answer 91

Question 92

Démontrer de deux manières différentes la loi de Laplace

Answer 92

Question 93

Lorsqu’on a une transformation adiabatique et qu’il nous manque une relation en T, P et V pour tous les déterminer à l’état final, comment faire ?

Answer 93

On a ΔU = W, on peut tous les deux les exprimer en fonction de P, V et T, ça nous donne une équation supplémentaire

Question 94

À quoi faut-il faire attention lors d’une détente adiabatique réversible avec un travail autre que celui des forces de pression ?

Answer 94

On ne peut pas utiliser la loi de Laplace !

Question 95

Comment justifier que ω = ωu dans un cycle ?

Answer 95

On a du = dh = 0, donc ω + q = ωu + q, donc ω = ωu

Question 96

Comment trouver une relation entre dS/S, dv/v et c dans un tuyère ?

Answer 96

Utiliser les équations suivantes : - différentielle logarithmique de la conservation du débit - premier principe sous forme différentielle - différentielle logarithmique de la loi de Laplace en variables (T,ρ) On utilise l’expression de c = √(γ.R.T/M), la vitesse du son dans un gaz parfait

Question 97

Comment calculer S ?

Answer 97

On regarde les deux qu’on connait parmi P, V et T et on utilise l’identité thermodynamique qui fait intervenir les dP, dV ou dT qu’on connait. On intègre ensuite.

Question 98

Comment calculer Se ?

Answer 98

Par sa définition : Se = Q/Te

Question 99

Comment calculer Sc ?

Answer 99

Sc = S - Se, on calcule S avec une identité thermodynamique et Se avec sa définition

Question 100

Exprimer ΔS pour un changement d’état à température constante

Answer 100

ΔS = ΔH/T

Question 101

Faire un bilan sur la méthode pour déterminer toutes les fonctions d’état, lorsqu’on connaît les états initial et final du système

Answer 101

Question 102

Lorsqu’on fait un RFD, quand fait-on aussi un RFD à l’équilibre ?

Answer 102

Lorsqu’il va y a voir un équilibre déjà, et lorsque la position de l’objet à l’équilibre n’est pas en 0

Question 103

Quel est le lien entre le premier et le deuxième principe ?

Answer 103

Le deuxième principe ne contredit pas le premier, au contraire ! - le premier principe dit que l’énergie se conservera quelle que soit la transformation que l’on fait, c’est un bilan - le deuxième principe impose une certaine manière pour l’énergie de se répartir (on ne pas chauffer un gaz sans pertes car δSc > 0 par exemple, donc forcément une partie de l’énergie est dissipée), il impose un rendement maximal Le premier principe dit que l’énergie doit se conserver et le deuxième décrit comment elle peut se conserver