D3 (1er principe de la thermodynamique : bilans d'énergie)

Remarque : Attention, savoir répondre correctement à ce quiz est nécessaire mais n’est en rien suffisant ! S’entraîner à résoudre les exercices vus en TD, ainsi que la connaissance en profondeur du cours (définitions, démonstrations, remarques…) est évidemment indispensable.

[rapid_quiz question= »L’énergie interne est de nature microscopique. » answer= »VRAI » options= »VRAI|FAUX » notes= »L’énergie interne, c’est l’énergie cinétique à l’échelle microscopique dans le système (c’est-à-dire l’énergie cinétique liée à l’agitation des molécules), ainsi que l’énergie potentielle microscopique (énergie potentielle d’interaction électrostatique entre les particules). »]
[rapid_quiz question= »Le rôle d’une isolation thermique est de maintenir la température constante. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »Si les parois du système sont calorifugées (= adiabatiques = ne laissent pas passer la chaleur), cela ne veut pas forcément dire que le système gardera une température constante. En effet, pensez par exemple à un gaz que l’on comprime dans un piston dont les parois sont calorifugées : la température du gaz dans le piston va augmenter. Autre exemple : le gaz est dans un récipient calorifugé, et à l’intérieur se trouve une résistance électrique chauffante. La température du gaz va augmenter. Remarque : dans le premier exemple, le système reçoit de l’extérieur un travail mécanique

    \[W=\\int_{(i)}^{(f)} -P_{ext} \\, \\mathrm dV\]

, tandis que dans le deuxième exemple le système reçoit de l’extérieur un travail électrique

    \[W=\\int_{(i)}^{(f)} RI^2 \\, \\mathrm dt\]

. »]
[rapid_quiz question= »Le travail des forces de pression s’écrit toujours

    \[W=\\int -P \\, \\mathrm dV\]

 » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »L’expression générale est

    \[W=\\int -P_{ext} \\, \\mathrm dV\]

. Toutefois, dans le cas où au cours de la transformation, le système reste à chaque instant à l’équilibre mécanique avec l’extérieur (transformation très lente : réversible), la pression

    \[P\]

du système est en permanence égale à la pression extérieure

    \[P_{ext}\]

: on peut alors écrire

    \[W=\\int -P \\, \\mathrm dV\]

, et remplacer

    \[P\]

par

    \[\\frac{nRT}{V}\]

si c’est un gaz parfait. »]
[rapid_quiz question= »Pendant une transformation monobare,

    \[P=cste\]

. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »Transformation monobare :

    \[P_{ext}=cste\]

. »]
[rapid_quiz question= »L’enthalpie

    \[H\]

est une fonction d’état. » answer= »VRAI » options= »VRAI|FAUX » notes= »Sa variation ne dépend pas du chemin suivi entre l’état initial et l’état final. »]
[rapid_quiz question= »Au cours d’une transformation, de manière générale, la variation d’une fonction d’état dépend du chemin suivi. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »Par définition, une fonction d’état ne dépend que de l’état du système, donc la variation de cette fonction au cours d’une transformation ne dépend que de l’état initial et de l’état final, mais pas du chemin suivi entre ces deux états.

    \[\\Delta X = X_f-X_i\]

(si

    \[X\]

est une fonction d’état : par exemple

    \[U\]

ou

    \[H\]

). »]
[rapid_quiz question= »Il existe trois modes de transfert thermique. » answer= »VRAI » options= »VRAI|FAUX » notes= »La conduction, la convection, et le rayonnement (il faut savoir à quoi ils correspondent…). »]
[rapid_quiz question= »L’enthalpie molaire d’un gaz parfait monoatomique vaut

    \[H_m=\\frac{7}{2}nRT\]

. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »Définition de l’enthalpie :

    \[H=U+PV\]

. Or pour un gaz parfait monoatomique,

    \[U=\\frac{3}{2}nRT\]

et

    \[PV=nRT\]

. Donc L’enthalpie d’un gaz parfait monoatomique vaut

    \[H=\\frac{3}{2}nRT+nRT=\\frac{5}{2}nRT\]

. L’enthalpie molaire d’un g.p.m. est alors

    \[H_m=\\frac{H}{n}=\\frac{5}{2}RT\]

(par nombre de moles de g.p.m.). »]
[rapid_quiz question= »L’enthalpie d’un liquide dépend de son volume. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »On a vu en cours (sur l’exemple de l’eau liquide) qu’une phase condensée peut très raisonnablement être considérée comme une fonction uniquement de la température : elle suit la deuxième loi de Joule. C’est le modèle des phases condensées incompressibles et indilatables (qui est un modèle très souvent valable : les solides et les liquides sont très difficiles à comprimer !). »]
[rapid_quiz question= »Au cours d’une transformation thermodynamique, toutes les variables d’état sont définies à chaque instant. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »Faux dans le cas général. Vrai seulement dans le cas particulier d’une transformation réversible, donc quasi-statique. »]
[rapid_quiz question= »Par définition de l’enthalpie,

    \[\\Delta H = Q\]

. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »

    \[\\Delta H = Q\]

n’est valable que pour une transformation monobare (ou isobare) en équilibre mécanique avec l’extérieur à l’état initial et à l’état final. (Remarquez aussi que s’il y a un travail

    \[W\]

autre que celui des forces de pression, il faut le prendre en compte dans le bilan d’enthalpie.) »]
[rapid_quiz question= »Si un système reçoit de la chaleur (

    \[Q>0\]

), sa température augmente. » answer= »FAUX » options= »VRAI|FAUX » notes= »Pas forcément ! Imaginez un gaz dans un récipient déformable (piston…) et perméable à la chaleur, laissé au soleil. Par rayonnement, les rayons du soleil vont fournir lentement un transfert thermique

    \[Q\]

au gaz, mais si ce gaz est dans un thermostat (l’atmosphère, de température ambiante constante), il sera à chaque instant à l’équilibre thermique avec l’extérieur donc rester à température ambiante (par contre, le récipient étant déformable, son volume va augmenter). »]