Partiel de thermodynamique avec QCM du 14 novembre 2012

I.P.S.A.
Date de l'Epreuve :
14 novembre 2012
5 / 9 rue Maurice
Grandcoing
94200 Ivry Sur Seine
Tél. : 01.56.20.60.71
Classe :
AERO.2- A, B
PARTIEL
THERMODYNAMIQUE
1h30
Durée :
2 h 00
3 h 00
Avec (1)
Notes de Cours
Sans (1)
(1) Rayer la mention inutile
Professeur : Monsieur BOUGUECHAL
sans (1)
NOM :
Calculatrice
NON programmable
Prénom :
N° de
Table :
PARTIEL DE THERMODYNAMIQUE :
Répondez directement sur la copie.
Inscrivez vos nom, prénom et classe.
Justifiez vos affirmations si nécessaire.
Il sera tenu compte du soin apporté à la rédaction.
Si au cours de l’épreuve, vous repérez ce qui vous parait être une erreur ou un oubli dans
l’énoncé, vous le signalez clairement dans votre copie et vous poursuivez l’examen en
proposant une solution.
Barème donné à titre indicatif.
NOM :
PRENOM : :
CLASSE :
NUMERO : ::
T.S.V.P.
1/12
Partiel de thermodynamique du 14 novembre 2012
Exercice 1 : Second principe et définitions en thermodynamique (3 points)
A.
Le deuxième principe de la thermodynamique définit une fonction d’état :
1.□ S appelée entropie
2.□ S appelée enthalpie
3.□ U appelée énergie
interne
4.□ H appelée entropie
5.□ aucune réponse ne convient
B.
L’unité SI de l’entropie est le :
1.□ joule
2.□ joule/ kelvin
3.□ joule.kelvin
aucune réponse ne convient
4.□ joule/°C
5.□
C.
La variation sur un cycle de l’entropie totale d’un système est toujours :
1.□ positive
2.□ négative 3.□ nulle
4.□ positive, négative ou nulle
5.□ aucune réponse ne convient
D.
L’entropie interne, créée à l’intérieur du système est toujours :
1.□ positive
2.□ négative 3.□ positive ou nulle
4.□ négative ou nulle
5.□ aucune réponse ne convient
E.
L’entropie est une grandeur :
1.□ extensive
2.□ intensive
5.□ aucune réponse ne convient
3.□ constante
4.□ nulle
F.
Une transformation isentropique est une transformation :
1.□ adiabatique uniquement 2.□ réversible uniquement
3.□ adiabatique et
réversible
4.□ isotherme 5.□ aucune réponse ne convient
G.
l’entropie totale d’un gaz parfait, lors d’une transformation réversible, dépend :
1.□ uniquement de la température 2.□ ne dépend d’aucune variable 3.□ dépend de
deux variables 4.□ dépend de trois variables 5.□ aucune réponse ne convient
H.
L’entropie est liée, au niveau microscopique :
1.□ à l’agitation des molécules 2.□ aux chocs des molécules 3.□ au désordre des
molécules
4.□ à la structure des molécules 5.□ aucune réponse ne convient
I. La capacité calorifique à pression constante est définie par :
1.□
2.□
3.□
4.□
5.□ aucune réponse.
J. La capacité calorifique à volume constant est définie par :
1.□
2.□
3.□
4.□
2/12
5.□ aucune réponse.
Cochez la ou les bonne(s) case(s).
EXERCICE 1
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
1
2
3
4
5
Exercice 2 : Relations importantes en thermodynamique (2points)
sont respectivement les capacités calorifiques à volume et pression constantes et
la constante adiabatique.
A. La capacité calorifique molaire à volume constant d’un gaz parfait monoatomique
est donnée par :
1.□
2.□
3.□
4.□
5.□ aucune réponse.
B. La capacité calorifique molaire à volume constant d’un gaz parfait diatomique aux
températures intermédiaires est donnée par :
1.□
2.□
3.□
4.□
5.□ aucune réponse.
C. La capacité calorifique molaire à volume constant d’un gaz parfait s’écrit :
1.□
2.□
3.□
4.□
5.□ aucune réponse.
D. La capacité calorifique molaire à pression constante d’un gaz parfait s’écrit :
1.□
2.□
3.□
4.□
5.□ aucune réponse.
EXERCICE 2
A
B
C
D
1
2
3
3/12
4
5
Exercice 3 : Point critique d’un fluide de Van Der Waals ( 7,5 points)
L’équation d’état d’un fluide de Van Der Waals est donnée par :
a , b et R étant des constantes positives. P, V et T représentent respectivement la
pression, le volume molaire et la température.
1. Donner l’unité de a, b et R dans le système international.
2. Exprimer P en fonction de T et V
3. Calculer les dérivées partielles :
4. Montrer qu’il existe un seul point C, appelé point critique, pour lequel on a :
On déterminera les coordonnées du point :
en fonction de a, b et R.
-3
5. On donne pour l’hélium : a = 3.46 10 S.I ; b = 0.0238 10-3 S.I et R = 8.31 SI.
Déterminer les coordonnées du point critique de l’hélium.
6. Montrer qu’il est alors possible d’exprimer a et b en fonction des coordonnées du
point C dans le cas général.
7. On définit les coordonnées réduites par :
a) Donner la dimension et l’unité de ces coordonnées réduites.
b) Etablir l’équation de Van Der Waals en coordonnées réduites.
Réponse :
4/12
5/12
6/12
7/12
Exercice 4 : Détente de Joule/Gay-Lussac
( 7,5 points )
Un récipient fermé contient un gaz à la pression P = P1. Dans le récipient mitoyen il y a du vide.
Un robinet permet de faire communiquer les deux récipients. Le système est adiabatique. On
ouvre le robinet.
vide
P1
1.
2.
3.
4.
Cette transformation est-elle réversible ? Justifiez.
Déterminer la quantité de chaleur Q échangée lors de cette transformation. Justifiez.
Déterminer le travail W échangé lors de cette transformation. Justifiez.
Déterminer la variation d’énergie interne ΔU du système lors de cette
transformation. Justifiez.
5. Donner l’expression de l’énergie interne dU d’un gaz parfait.
6. Que peut-on dire de la température finale par rapport à la température initiale lors
de cette transformation pour un gaz parfait ? Justifiez.
7. Donner l’expression de l’énergie interne dU d’un gaz de Van Der Waals.
On rappelle l’équation de Van Der Waals :
Etablir l’expression de la température finale en fonction de la température initiale et
des paramètres du gaz.
8. Que peut-on dire de la température finale par rapport à la température initiale lors
de cette transformation dans le cas d’un gaz de Van Der Waals ? justifiez.
9. Que peut-on dire de la variation de l’entropie lors de la détente de Joule/Gay-Lussac.
Expliquez et justifiez.
Réponse :
8/12
9/12
10/12
11/12
Exercice 5 : Transformation élémentaire réversible ( Bonus 1,5 points )
On considère un gaz parfait subissant une transformation élémentaire réversible.
Donner l’expression de dU, dH, δQ, δW et dS en fonction uniquement des variations
élémentaires dT, dP, dV de la température, de la pression et du volume et de la
constante des gaz parfait R et la constante adiabatique γ .
Ne pas utiliser le CV et CP.
U, H, Q, W et S étant respectivement l’énergie interne, l’enthalpie, la quantité de
chaleur, le travail et l’entropie.
Remplir uniquement le tableau.
On pourra justifier éventuellement à la suite du tableau.
Expressions
dU
dH
δQ
δW
dS
12/12