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Questions de cours:

- Chapitre 25: Transition de phase

• Corps pur, phase, système diphasé en équilibre, états de la matière et noms des changements d’état.
• Diagramme de phases (P,T). Changement d’état à pression constante. Tracés T(t).
• Analyser un diagramme de phase expérimental (P,T). Interpréter l’expérience du fil à travers la glace avec ce diagramme.
• Diagramme (P,T) de l’eau et d’un corps pur quelconque.
• Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron (P,v), isothermes d’Andrews, obtention.
• Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v).
• Titre en vapeur, théorème des moments (énoncé et démo)
• 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.
• Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v).
• Stockage des fluides.
• Équilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte. Humidité relative. Expliquer la rosée matinale, la différence de température minimale pour l'évaporation et l'ébullition.
• Utiliser la notion de pression partielle pour étudier les conditions de l’équilibre liquide-vapeur en présence d’une atmosphère inerte.
• Identifier les conditions d’évaporation et de condensation.
• Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie molaire de changement d’état, 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, utilisation pour prédire l'état final d'un système composé de deux phases (exemple: eau liquide+glaçon)
• Déterminer l’état d’équilibre par hypothèse.
• Entropie: Cas particulier d’une transition de phase.
• Citer, démontrer et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d’enthalpie associées à une transition de phase (démo), utilisation pour prédire le caractère réversible ou non d'une transformation avec changement de phase (exemple: eau liquide+glaçon).

- Chapitre 26: Machines thermiques

• Cycle Beau de Rochas: modélisation, diagramme de Clapeyron, démo du rendement et expression en fonction du taux de remplissement, ordre de grandeur du rendement.
• Définition générale du rendement.
• Définition d’une machine thermique.
• Modélisation d’une machine ditherme.
• Inégalité de Clausius (démo).
• Montrer qu’une machine monotherme ne peut pas fournir de travail.
• Moteur ditherme, rendement, théorème de Carnot (démo), ordres de grandeur.
• Cogénération.
• Cycle de Carnot.
• Machine frigorifique ditherme, signe des transferts énergétiques, fonctionnement, efficacité énergétique, Théorème de Carnot pour un réfrigérateur (démo), ordre de grandeur.
• Pompe à chaleur ditherme, signe des transferts énergétiques, fonctionnement, efficacité énergétique, Théorème de Carnot pour une pompe à chaleur (démo), ordre de grandeur.

Exercices:

- Chapitre 24: Deuxième principe, bilan d'entropie

• Caractère réversible d’une transformation, sources d’irréversibilité.
• Fonction d’état entropie, propriétés.
• Interpréter qualitativement l’entropie en termes de désordre statistique à l’aide de la formule de Boltzmann fournie.
• Deuxième principe de la thermodynamique : entropie créée, entropie échangée.
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan entropique.
• Relier la création d’entropie à une ou plusieurs causes physiques de l’irréversibilité.
• Analyser le cas particulier d’un système en évolution adiabatique.
• Utiliser la variation d’entropie d’un système. Calculer les entropies échangée et créée.
• Application à la détente de Joule-Gay-Lussac
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• Loi de Laplace (démo).
• Citer et utiliser la loi de Laplace et ses conditions d’application.
• Variation d'entropie d'un thermostat (démo).

- Chapitre 25: Transition de phase

• Idem partie cours

Questions de cours:

- Chapitre 24: Deuxième principe de la thermodynamique, bilan d'entropie

• Caractère réversible d’une transformation, sources d’irréversibilité.
• Fonction d’état entropie, propriétés.
• Interpréter qualitativement l’entropie en termes de désordre statistique à l’aide de la formule de Boltzmann fournie.
• Deuxième principe de la thermodynamique : entropie créée, entropie échangée.
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan entropique.
• Relier la création d’entropie à une ou plusieurs causes physiques de l’irréversibilité.
• Analyser le cas particulier d’un système en évolution adiabatique.
• Utiliser la variation d’entropie d’un système. Calculer les entropies échangée et créée.
• Application à la détente de Joule-Gay-Lussac
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• Loi de Laplace (démo).
• Citer et utiliser la loi de Laplace et ses conditions d’application.
• Variation d'entropie d'un thermostat (démo).

- Chapitre 25: Transition de phase

• Corps pur, phase, système diphasé en équilibre, états de la matière et noms des changements d’état.
• Diagramme de phases (P,T). Changement d’état à pression constante. Tracés T(t).
• Analyser un diagramme de phase expérimental (P,T). Interpréter l’expérience du fil à travers la glace avec ce diagramme.
• Diagramme (P,T) de l’eau et d’un corps pur quelconque.
• Cas de l’équilibre liquide-vapeur : diagramme de Clapeyron (P,v), isothermes d’Andrews, obtention.
• Positionner les phases dans les diagrammes (P,T) et (P,v).
• Titre en vapeur, théorème des moments (énoncé et démo)
• 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.
• Déterminer la composition d’un mélange diphasé en un point d’un diagramme (P,v).
• Stockage des fluides.
• Équilibre liquide-vapeur de l’eau en présence d’une atmosphère inerte. Humidité relative. Expliquer la rosée matinale, la différence de température minimale pour l'évaporation et l'ébullition.
• Utiliser la notion de pression partielle pour étudier les conditions de l’équilibre liquide-vapeur en présence d’une atmosphère inerte.
• Identifier les conditions d’évaporation et de condensation.
• Enthalpie associée à une transition de phase : enthalpie molaire de changement d’état, 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, utilisation pour prédire l'état final d'un système composé de deux phases (exemple: eau liquide+glaçon)
• Déterminer l’état d’équilibre par hypothèse.
• Entropie: Cas particulier d’une transition de phase.
• Citer, démontrer et utiliser la relation entre les variations d’entropie et d’enthalpie associées à une transition de phase (démo), utilisation pour prédire le caractère réversible ou non d'une transformation avec changement de phase (exemple: eau liquide+glaçon).

Exercices:

- Chapitre 23: Premier principe, bilan d'énergie

• Premier principe de la thermodynamique. (formes intégrée, infinitésimale et en terme de puissance)
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan énergétique faisant intervenir travail et transfert thermique.
• Utiliser le premier principe de la thermodynamique entre deux états voisins.
• Exploiter l’extensivité de l’énergie interne.
• Calculer le transfert thermique sur un chemin donné connaissant le travail et la variation de l’énergie interne.
• Enthalpie d’un système.
• 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 dans l’état final.
• Capacité thermique à pression constante dans le cas du gaz parfait et d’une phase condensée incompressible et indilatable.
• Relation de Mayer pour un gaz parfait (démo).
• Cœfficient de Laplace. Expressions de Cv et Cp en fonction de $\gamma$ (démo).
• Enthalpie d’une phase condensée et approximation.
• Calorimétrie: masse en eau du calorimètre, température d’équilibre
• Détente de Joule-Gay-Lussac: montrer la conservation de l'énergie interne (démo).

- Chapitre 24: Deuxième principe, bilan d'entropie

• Idem partie cours

- Chapitre 25: Transition de phase

• Idem partie cours

Questions de cours:

Les transitions de phase ne sont pas au programme encore! Les exercices et questions de cours ne doivent porter que sur des systèmes monophasés.

- Chapitre 23: Premier principe de la thermodynamique

Les transitions de phase ne sont pas encore au programme

• Premier principe de la thermodynamique. (formes intégrée, infinitésimale et en terme de puissance)
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan énergétique faisant intervenir travail et transfert thermique.
• Utiliser le premier principe de la thermodynamique entre deux états voisins.
• Exploiter l’extensivité de l’énergie interne.
• Calculer le transfert thermique sur un chemin donné connaissant le travail et la variation de l’énergie interne.
• Enthalpie d’un système.
• 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 dans l’état final.
• Capacité thermique à pression constante dans le cas du gaz parfait et d’une phase condensée incompressible et indilatable.
• Relation de Mayer pour un gaz parfait (démo).
• Cœfficient de Laplace. Expressions de Cv et Cp en fonction de $\gamma$ (démo).
• Enthalpie d’une phase condensée et approximation.
• Calorimétrie: masse en eau du calorimètre, température d’équilibre
• Détente de Joule-Gay-Lussac: montrer la conservation de l'énergie interne (démo).

- Chapitre 24: Deuxième principe de la thermodynamique, bilan d'entropie

• Caractère réversible d’une transformation, sources d’irréversibilité.
• Fonction d’état entropie, propriétés.
• Interpréter qualitativement l’entropie en termes de désordre statistique à l’aide de la formule de Boltzmann fournie.
• Deuxième principe de la thermodynamique : entropie créée, entropie échangée.
• Définir un système fermé et établir pour ce système un bilan entropique.
• Relier la création d’entropie à une ou plusieurs causes physiques de l’irréversibilité.
• Analyser le cas particulier d’un système en évolution adiabatique.
• Utiliser la variation d’entropie d’un système. Calculer les entropies échangée et créée.
• Application à la détente de Joule-Gay-Lussac
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• Loi de Laplace (démo).
• Citer et utiliser la loi de Laplace et ses conditions d’application.
• Variation d'entropie d'un thermostat (démo).

Exercices:

- Chapitre 22: Energie échangée au cours d'une transformation

• Transformation thermodynamique subie par un système.
• Définitions des évolutions isochore, isotherme, isobare, monobare, monotherme, quasi-statique.
• Définir un système adapté à une problématique donnée.
• Exploiter les conditions imposées par le milieu extérieur pour déterminer l’état d’équilibre final.
• Travail des forces de pression (démo).
• Travail dans le cadre des transformations isochore et monobare.
• Évaluer un 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.
• Caractère moteur ou récepteur d’un cycle en fonction du sens parcouru sur le diagramme de Clapeyron
• Transferts thermiques.
• 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.

- Chapitre 23: Premier principe, bilan d'énergie

• Idem partie cours

- Chapitre 24: Deuxième principe, bilan d'entropie

• Idem partie cours

Document de 34 ko, dans Chimie (Option SI)/Option PSI/Programme de colles