Du 06/05 au 10/05/2019 – La Physique en PCSI

En cette semaine de rentrée, les colles de Physique sont consacrées :

à la thermodynamique : tout le programme de PCSI, changements d’état compris.
à la mécanique (révisions) : tout le programme de PCSI !

La semaine suivante, le programme de colles sera identique. Les étudiants ayant colle la semaine suivante sont donc aussi invités à profiter des vacances pour réviser ! 😉

QUESTIONS DE COURS DE CETTE SEMAINE

Chaque étudiant aura une question de cours au hasard sur les chapitres suivants :

C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8
D1, D2, D3, D4, D5, D6
(chapitre D7 de Statique des fluides, exclu)

Vous pouvez vous entraîner ici.

COMPÉTENCES ÉVALUABLES CETTE SEMAINE DANS LES EXERCICES

MÉCANIQUE

Tout le programme de PCSI !

THERMODYNAMIQUE

Travail des forces de pression. Transformations isochore, monobare.
– Calculer le travail par découpage en travaux élémentaires et sommation sur un chemin donné dans le cas d’une seule variable.
– Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme de Clapeyron.Transfert thermique. Transformation adiabatique. Thermostat, transformations monotherme et isotherme.
– Distinguer qualitativement les trois types de transferts thermiques : conduction, convection et rayonnement.
– Identifier dans une situation expérimentale le ou les systèmes modélisables par un thermostat.
– Proposer de manière argumentée le modèle limite le mieux adapté à une situation réelle entre une transformation adiabatique et une transformation isotherme.Premier principe de la thermodynamique :

$\Delta U + \Delta {\cal E}_M = Q + W$

.
– Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan énergétique faisant intervenir le travail et le transfert thermique

$Q$

.
– Exploiter l’intensivité de l’énergie interne.
– Distinguer le statut de la variation d’énergie interne du statut des termes d’échange.
– Calculer le transfert thermique

$Q$

sur un chemin donné connaissant le travail

$W$

et la variation de l’énergie interne

$\Delta U$

.
Enthalpie d’un système. Capacité thermique à pression constante dans le cas du gaz parfait et d’une phase condensée incompressible et indilatable.
– Exprimer l’enthalpie

$H_m(T)$

du gaz parfait à partir de l’énergie interne.
– Comprendre pourquoi l’enthalpie

$H_m$

d’une phase condensée peu compressible peu dilatable peut être considérée comme une fonction de l’unique variable

$T$

.
– Exprimer le premier principe sous forme de bilan d’enthalpie dans le cas d’une transformation monobare avec équilibre mécanique dans l’état initial et final.
– Connaître l’ordre de grandeur de la capacité thermique massique de l’eau liquide.
Loi de Laplace.
– Connaître la loi de Laplace et ses conditions d’application.
Deuxième principe : fonction d’état entropie, entropie créée, entropie échangée.

$\Delta S = S_{ech} + S_{cr}$

avec

$S_{ech}=\sum_{i} \frac{Q_i}{T_i}$

.
– Définir un système fermé et rétablir pour ce système un bilan entropique. Relier l’existence d’une entropie créée à une ou plusieurs causes physiques d’irréversibilité.
– Interpréter qualitativement l’entropie en terme de désordre en s’appuyant sur la formule de Boltzmann (a fait l’objet en classe d’une activité documentaire).
Variation d’entropie d’un système.
– Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
– Exploiter l’extensivité de l’entropie.
Application du premier principe et du deuxième principe aux machines thermiques cycliques dithermes : rendement, efficacité, théorème de Carnot.
– Donner le sens des échanges énergétiques pour un moteur ou un récepteur thermique ditherme.
– Analyser un dispositif concret et le modéliser par une machine cyclique ditherme.
– Définir un rendement ou une efficacité et la relier aux énergies échangées au cours d’un cycle. Justifier et utiliser le théorème de Carnot.
– Citer quelques ordres de grandeur des rendements des machines thermiques réelles actuelles.
Corps pur diphasé en équilibre. Diagramme de phases

$(P,T)$

. Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron

$(P,v)$

, titre en vapeur.
– Analyser un diagramme de phase expérimental

$(P,v)$

.
– Proposer un jeu de variables d’état suffisant pour caractériser l’état d’équilibre d’un corps pur diphasé soumis aux seules forces de pression.
– Positionner les phases dans les diagrammes

$(P,T)$

$(P,v)$

.
– Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme

$(P,v)$

.
– Expliquer la problématique du stockage des fluides.
Equilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte.
– Utiliser la notion de pression partielle pour adapter les connaissances sur l’équilibre liquide-vapeur d’un corps pur au cas de l’évaporation en présence d’une atmosphère inerte.
Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie de fusion, enthalpie de vaporisation, enthalpie de sublimation.
– Exploiter l’extensivité de l’enthalpie et réaliser des bilans énergétiques en prenant en compte des transitions de phases.
Deuxième principe : bilan d’entropie. Cas particulier d’une transition de phase.
– Connaître et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d’enthalpie associées à une transition de phase :

$\Delta h_{12}(T)= T\Delta s_{12}$

.
Exemples d’études de machines thermodynamiques réelles à l’aide de diagrammes

$(P,h)$

.
– Utiliser le 1^er principe dans un écoulement stationnaire sous la forme

$h_2-h_1 = w_u+q$

, pour étudier une machine thermique.

Bon travail à tous !

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