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Document de 966 ko, dans Physique/Cours - TD/Thermo 3: Premier principe de la thermodynamique

Questions de cours et exercices sur la thermodynamique

1) Qu’est-ce que la thermodynamique ? Pour la définir, on précisera son but et on utilisera entre autres l’ordre de grandeur de la constante d’Avogadro.

2) Définir l’échelle mésoscopique.

3) Définir un système fermé, un système ouvert, et un système isolé.

4) Donner un ordre de grandeur du libre parcours moyen dans un gaz, puis dans un liquide.

5) Définir l’énergie interne d’un système thermodynamique.

6) Définir l’équilibre thermodynamique. Établir l’état d’équilibre d’un système soumis aux forces de pression et à une force de frottement solide constante.

7)Différencier les variables d’état extensives et intensives et donner des exemples pour chacune

8) Définir la vitesse quadratique moyenne à l’aide d’une moyenne d’ensemble

9). Donner sans aucune démonstration l’expression de l’énergie cinétique moyenne d’une particule de gaz parfait monoatomique en fonction de la constante de Boltzmann kB et de la température. b. En déduire l’expression de la vitesse quadratique moyenne u en fonction de m, kB et T.

10) Donner la relation entre la pression cinétique P, la densité particulaire d’un gaz n, la masse d’une particule de gaz m et la vitesse quadratique moyenne u. Etablir très précisément cette relation.

11) Quel est l’ordre de grandeur de la vitesse quadratique moyenne des particules d’un gaz parfait à T ambiante ?

12) Quelles sont les hypothèses du modèle du gaz « parfait » ?

13) Donner l’équation d’état d’un gaz parfait.

14) Quand peut-on dire qu’un gaz réel se comporte comme un gaz parfait ? Pour répondre, on pourra s’appuyer sur des réseaux d’isothermes expérimentales en coordonnées de Clapeyron(ou Watt) et d’Amagat.

15) Définir la capacité thermique à volume constant C_V, la capacité thermique molaire à volume constant C_Vm, et la capacité thermique massique à volume constant c_Vmasse. On donnera les unités de chacune de ces grandeurs. Quelle est la signification physique de c_Vm ? de cVmasse ?

16) Comment calculer la variation d’énergie interne ΔU lors d'une transformation à volume constant d’un système passant d’une température T_i à une température T_f, connaissant la capacité thermique à volume constant ?

17 Donner l’expression de l’énergie interne d’un gaz parfait monoatomique en fonction de n, R et T.

18 Donner l’expression de l’énergie interne molaire Um d’un gaz parfait monoatomique. faire le lien avec la première loi de Joule ( Um ne depend que de T pour un GP)

19 Comment calculer la variation d’énergie interne ΔU lors d'une transformation quelconque d’un solide ou d’un liquide passant d’une température T_i à une température T_f, connaissant la capacité thermique à volume constant (que l’on considère indépendante de la température) ? Même question si on connait C_Vm, et même question si on connait c_Vmasse.

20) Donner la valeur numérique de la capacité thermique massique de l’eau.

Questions de cours et exercices sur le premier principe de la thermodynamique

1 Définir rapidement une transformation isochore, monotherme, isotherme, monobare, isobare, quasi-statique, mécaniquement réversible, réversible.

2 Qu’est-ce qu’un thermostat en thermodynamique ? En donner un exemple.

3 Etablir l’expression du travail élémentaire δW des forces de pression extérieures s’exerçant sur un piston mobile d’une enceinte cylindrique horizontale contenant un gaz. Commenter le signe en fonction de l'augmentation ou de la diminution du volume.

4 Généralisation : donner l’expression du travail W des forces de pression au cours d’une transformation d’un état initial i à un état final f.

5 Donner l’expression de W dans le cas : 5.a D’une transformation isochore ; 5.b D’une transformation monobare ; 5.c D’une transformation mécaniquement réversible ; 5.d D’une transformation isobare mécaniquement réversible.

6 Etablir l’expression du travail des forces de pression lors d’une transformation isotherme mécaniquement réversible d’un gaz parfait d’un volume Vi à un volume Vf.

7 Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme de Clapeyron.

8 Comment appelle-t-on un cycle parcouru dans le sens trigonométrique dans le diagramme de Clapeyron ? Comment appelle-t-on un cycle parcouru dans le sens horaire dans le diagramme de Clapeyron ? Justifier.

9 Quels sont les trois types de transferts thermiques ? Les expliquer très rapidement (schéma).

10 Qu’est-ce qu’une transformation adiabatique ?

. 11 Enoncer très clairement et de façon complète le premier principe de la thermodynamique.

12 Comment s’exprime (simplement) le transfert thermique Q lors d’une transformation isochore d’un système thermodynamique macroscopiquement au repos, les seules forces extérieures étant les forces de pression ?

13 Définir l’enthalpie H d’un système thermodynamique.

14 Comment s’exprime (simplement) le transfert thermique Q lors d’une transformation « à pression constante » les seules forces extérieures étant les forces de pression ? N.B. : par « pression constante », on entend soit isobare mécaniquement réversible, soit monobare avec, à l’état initial et l’état final, Pint=Pext.

15 Montrer que, pour un gaz parfait, Hm=Hm(T) (deuxième loi de Joule).

17 l’enthalpie massique de vaporisation de l’eau liquide est L_V=ΔhL V=2257kJ.kg^-1. Qu’est-ce que cela signifie ?

18 Définir la capacité thermique à pression constante C_p, la capacité thermique molaire à pression constante C_Pm, et la capacité thermique massique à pression constante c_P. On donnera à chaque fois les unités.

19 Etablir la relation entre C_Vm et C_Pm pour un gaz parfait (relation de Mayer).

20 En déduire l’expression de CPm pour un gaz parfait monoatomique en fonction de R. Même question pour un gaz parfait diatomique.

22 Que dire de C_Vm et C_Pm pour une phase incompressible et indilatable (elles sont égales) ?

23 Pour une phase incompressible et indilatable, comment calculer ΔH connaissant ΔT et la capacité thermique C ? Même question connaissant ΔT et C_m. Même question connaissant ΔT et c_masse.

24 Exprimer le premier principe dans le cas général d’un système thermodynamique fermé subissant une transformation monobare, avec à l’état initial et à l’état final, Pext=Pint.

Document de 140 ko, dans Chimie/S2/partie D diagramme E-pH

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Questions de cours et exercices sur la thermodynamique

1) Qu’est-ce que la thermodynamique ? Pour la définir, on précisera son but et on utilisera entre autres l’ordre de grandeur de la constante d’Avogadro.

2) Définir l’échelle mésoscopique.

3) Définir un système fermé, un système ouvert, et un système isolé.

4) Donner un ordre de grandeur du libre parcours moyen dans un gaz, puis dans un liquide.

5) Définir l’énergie interne d’un système thermodynamique.

6) Définir l’équilibre thermodynamique. Établir l’état d’équilibre d’un système soumis aux forces de pression et à une force de frottement solide constante.

7)Différencier les variables d’état extensives et intensives et donner des exemples pour chacune

8) Définir la vitesse quadratique moyenne à l’aide d’une moyenne d’ensemble

9). Donner sans aucune démonstration l’expression de l’énergie cinétique moyenne d’une particule de gaz parfait monoatomique en fonction de la constante de Boltzmann kB et de la température. b. En déduire l’expression de la vitesse quadratique moyenne u en fonction de m, kB et T.

10) Donner la relation entre la pression cinétique P, la densité particulaire d’un gaz n, la masse d’une particule de gaz m et la vitesse quadratique moyenne u. Etablir très précisément cette relation.

11) Quel est l’ordre de grandeur de la vitesse quadratique moyenne des particules d’un gaz parfait à T ambiante ?

12) Quelles sont les hypothèses du modèle du gaz « parfait » ?

13) Donner l’équation d’état d’un gaz parfait.

14) Quand peut-on dire qu’un gaz réel se comporte comme un gaz parfait ? Pour répondre, on pourra s’appuyer sur des réseaux d’isothermes expérimentales en coordonnées de Clapeyron(ou Watt) et d’Amagat.

15) Définir la capacité thermique à volume constant C_V, la capacité thermique molaire à volume constant C_Vm, et la capacité thermique massique à volume constant c_Vmasse. On donnera les unités de chacune de ces grandeurs. Quelle est la signification physique de c_Vm ? de cVmasse ?

16) Comment calculer la variation d’énergie interne ΔU lors d'une transformation à volume constant d’un système passant d’une température T_i à une température T_f, connaissant la capacité thermique à volume constant ?

17 Donner l’expression de l’énergie interne d’un gaz parfait monoatomique en fonction de n, R et T.

18 Donner l’expression de l’énergie interne molaire Um d’un gaz parfait monoatomique. faire le lien avec la première loi de Joule ( Um ne depend que de T pour un GP)

19 Comment calculer la variation d’énergie interne ΔU lors d'une transformation quelconque d’un solide ou d’un liquide passant d’une température T_i à une température T_f, connaissant la capacité thermique à volume constant (que l’on considère indépendante de la température) ? Même question si on connait C_Vm, et même question si on connait c_Vmasse.

20) Donner la valeur numérique de la capacité thermique massique de l’eau.

Questions de cours et exercices sur le premier principe de la thermodynamique

1 Définir rapidement une transformation isochore, monotherme, isotherme, monobare, isobare, quasi-statique, mécaniquement réversible, réversible.

2 Qu’est-ce qu’un thermostat en thermodynamique ? En donner un exemple.

3 Etablir l’expression du travail élémentaire δW des forces de pression extérieures s’exerçant sur un piston mobile d’une enceinte cylindrique horizontale contenant un gaz. Commenter le signe en fonction de l'augmentation ou de la diminution du volume.

4 Généralisation : donner l’expression du travail W des forces de pression au cours d’une transformation d’un état initial i à un état final f.

5 Donner l’expression de W dans le cas : 5.a D’une transformation isochore ; 5.b D’une transformation monobare ; 5.c D’une transformation mécaniquement réversible ; 5.d D’une transformation isobare mécaniquement réversible.

6 Etablir l’expression du travail des forces de pression lors d’une transformation isotherme mécaniquement réversible d’un gaz parfait d’un volume Vi à un volume Vf.

7 Interpréter géométriquement le travail des forces de pression dans un diagramme de Clapeyron.

8 Comment appelle-t-on un cycle parcouru dans le sens trigonométrique dans le diagramme de Clapeyron ? Comment appelle-t-on un cycle parcouru dans le sens horaire dans le diagramme de Clapeyron ? Justifier.

9 Quels sont les trois types de transferts thermiques ? Les expliquer très rapidement (schéma).

10 Qu’est-ce qu’une transformation adiabatique ?

. 11 Enoncer très clairement et de façon complète le premier principe de la thermodynamique.

12 Comment s’exprime (simplement) le transfert thermique Q lors d’une transformation isochore d’un système thermodynamique macroscopiquement au repos, les seules forces extérieures étant les forces de pression ?

13 Définir l’enthalpie H d’un système thermodynamique.

14 Comment s’exprime (simplement) le transfert thermique Q lors d’une transformation « à pression constante » les seules forces extérieures étant les forces de pression ? N.B. : par « pression constante », on entend soit isobare mécaniquement réversible, soit monobare avec, à l’état initial et l’état final, Pint=Pext.

15 Montrer que, pour un gaz parfait, Hm=Hm(T) (deuxième loi de Joule).

17 l’enthalpie massique de vaporisation de l’eau liquide est L_V=ΔhL V=2257kJ.kg^-1. Qu’est-ce que cela signifie ?

18 Définir la capacité thermique à pression constante C_p, la capacité thermique molaire à pression constante C_Pm, et la capacité thermique massique à pression constante c_P. On donnera à chaque fois les unités.

19 Etablir la relation entre C_Vm et C_Pm pour un gaz parfait (relation de Mayer).

20 En déduire l’expression de CPm pour un gaz parfait monoatomique en fonction de R. Même question pour un gaz parfait diatomique.

21 Que dire de C_Vm et C_Pm pour une phase incompressible et indilatable (elles sont égales) ?

22 Pour une phase incompressible et indilatable, comment calculer ΔH connaissant ΔT et la capacité thermique C ? Même question connaissant ΔT et C_m. Même question connaissant ΔT et c_masse.

23 Exprimer le premier principe dans le cas général d’un système thermodynamique fermé subissant une transformation monobare, avec à l’état initial et à l’état final, Pext=Pint.

Questions de cours et exercices sur le mouvement dans un champ à force centrale

1) définir une force centrale)

2) Déduire de la loi du moment cinétique la conservation du moment cinétique.

3) Connaître les conséquences de la conservation du moment cinétique : mouvement plan, loi des aires.

4) Exprimer la conservation de l’énergie mécanique et construire une énergie potentielle effective.

5) Décrire qualitativement le mouvement radial à l’aide de l’énergie potentielle effective. Relier le caractère borné à la valeur de l’énergie mécanique (Em >0 ou Em<0 ).

6) Énoncer les lois de Kepler pour les planètes et les transposer au cas des satellites terrestres.

7) Cas particulier du mouvement circulaire a) Montrer que le mouvement est uniforme (de vitesse v0), et exprimer v0 en fonction de G, M et R . b) Établir la troisième loi de Kepler dans le cas particulier de la trajectoire circulaire (en calculant la période). Exploiter sans démonstration sa généralisation au cas d’une trajectoire elliptique.

7) Satellite géostationnaire. a) Calculer l’altitude du satellite et justifier sa localisation dans le plan équatorial. b) Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement circulaire. c) Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement elliptique en fonction du demi-grand axe. d) Vitesses cosmiques (vitesse en orbite basse et vitesse de libération) : Exprimer ces vitesses et connaître leur ordre de grandeur en dynamique terrestre.

Questions de cours sur la thermodynamique

8) Qu’est-ce que la thermodynamique ? Pour la définir, on précisera son but et on utilisera entre autres l’ordre de grandeur de la constante d’Avogadro.

9) Définir l’échelle mésoscopique.

10) Définir un système fermé, un système ouvert, et un système isolé.

11) Donner un ordre de grandeur du libre parcours moyen dans un gaz, puis dans un liquide.

12) Définir l’énergie interne d’un système thermodynamique.

13) Définir l’équilibre thermodynamique. Établir l’état d’équilibre d’un système soumis aux forces de pression et à une force de frottement solide constante.

14)Différencier les variables d’état extensives et intensives et donner des exemples pour chacune

15 Définir la vitesse quadratique moyenne à l’aide d’une moyenne d’ensemble

16). Donner sans aucune démonstration l’expression de l’énergie cinétique moyenne d’une particule de gaz parfait monoatomique en fonction de la constante de Boltzmann kB et de la température. b. En déduire l’expression de la vitesse quadratique moyenne u en fonction de m, kB et T.

17) Donner la relation entre la pression cinétique P, la densité particulaire d’un gaz n, la masse d’une particule de gaz m et la vitesse quadratique moyenne u. Etablir très précisément cette relation.

18) Quel est l’ordre de grandeur de la vitesse quadratique moyenne des particules d’un gaz parfait à T ambiante ?

19) Quelles sont les hypothèses du modèle du gaz « parfait » ?

20) Donner l’équation d’état d’un gaz parfait.

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Document de 84 ko, dans Chimie/S2/partie C équilibre d'oxydoréduction

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Document de 136 ko, dans Chimie/S2 PC

Document de 118 ko, dans Chimie/S2 PC

Document de 11 Mo, dans Anglais/Topic 7 : The Environment (in-class activities)

Document de 2 Mo, dans Physique/DS

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Questions de cours sur la statique des fluides

1) On considère une portion de fluide Σ de masse MTOT, de volume V et de surface S. Déterminer la résultante des forces de pression s’appliquant sur Σ sous forme d’une intégrale double.

2) Etablir la loi fondamentale de l’hydrostatique (ou équation locale de la statique des fluides) en réalisant un bilan de force sur une particule de fluide de hauteur dz et section S.

3) Ordres de grandeur : de combien varie la pression lorsqu’on « descend » de 10m dans l’eau ? Dans l’air ? Commenter.

4) On cherche à déterminer l’évolution de la pression avec l’altitude dans l’atmosphère. Pour cela, on choisit le modèle de l’atmosphère isotherme, c’est-à-dire qu’on modélise l’air par un gaz parfait et on considère que, quelle que soit l’altitude, T=cste. a Etablir l’équation différentielle vérifiée par P(z). b La résoudre en prenant P(z=0)=P0. Tracer l’allure de P en fonction de z. c Définir une hauteur caractéristique et en donner une signification physique. d Définir le facteur de Boltzmann. Donner sa signification physique.

5) On cherche à déterminer l’évolution de la pression avec l’altitude pour un fluide incompressible et homogène. a Etablir l’expression de P(z), en choisissant P(z=0)=P0. b Equation barométrique : quelle est l’expression de la pression à une profondeur h de liquide, sachant qu’à la surface du liquide, P=P0 ? Justifier.

6) Définir la poussée d’Archimède. Quelle en est l’origine ?

7) Calculer la résultante des forces pressantes sur un barrage droit de hauteur d'eau H et largeur L

8) Donner, en justifiant, l’expression de l’équivalent volumique des forces de pression. ( - le gradient du champ de pression )

Questions de cours et exercices sur le mouvement dans un champ à force centrale

9) définir une force centrale)

10) Déduire de la loi du moment cinétique la conservation du moment cinétique.

11) Connaître les conséquences de la conservation du moment cinétique : mouvement plan, loi des aires.

12) Exprimer la conservation de l’énergie mécanique et construire une énergie potentielle effective.

13) Décrire qualitativement le mouvement radial à l’aide de l’énergie potentielle effective. Relier le caractère borné à la valeur de l’énergie mécanique (Em >0 ou Em<0 ).

14) Énoncer les lois de Kepler pour les planètes et les transposer au cas des satellites terrestres.

15) Cas particulier du mouvement circulaire a) montrer que le mouvement est uniforme et savoir calculer sa période. b) Établir la troisième loi de Kepler dans le cas particulier de la trajectoire circulaire. Exploiter sans démonstration sa généralisation au cas d’une trajectoire elliptique.

16) Satellite géostationnaire. a) Calculer l’altitude du satellite et justifier sa localisation dans le plan équatorial. b) Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement circulaire. c) Exprimer l’énergie mécanique pour le mouvement elliptique en fonction du demi-grand axe. d) Vitesses cosmiques (vitesse en orbite basse et vitesse de libération) : Exprimer ces vitesses et connaître leur ordre de grandeur en dynamique terrestre.

Document de 876 ko, dans Physique/Cours - TD/Thermodynamique 2: introduction à la thermo

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