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Questions de cours:

- 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.

- Chapitre 27: Statique des fluides

• Propriétés de la particule de fluide.
• Forces surfaciques, forces volumiques. Citer des exemples de chaque type de forces.
• Densité volumique de force de pesanteur (démo).
• Résultante de forces de pression
• Équivalent volumique des forces de pression.
• Exprimer l’équivalent volumique des forces de pression à l’aide d’un gradient (démo).
• Équation locale de la statique des fluides (démo).
• Établir l’équation locale de la statique des fluides.
• Statique dans le champ de pesanteur uniforme : relation dP/dz = − rho g (démo)
• Citer des ordres de grandeur des champs de pression dans le cas de l’océan et de l’atmosphère.
• Exprimer l’évolution de la pression avec l’altitude dans le cas d’un fluide incompressible et homogène et dans le cas de l’atmosphère isotherme dans le modèle du gaz parfait (démo).
• Poussée d’Archimède (démo pour un cube immergé).
• Expliquer l’origine de la poussée d’Archimède.
• Exploiter la loi d’Archimède.
• Loi de Boltzmann: énoncé, expression du facteur de Boltzmann
• S’appuyer sur la loi d’évolution de la densité moléculaire de l’air dans le cas de l’atmosphère isotherme pour illustrer la signification du facteur de Boltzmann (démo).
• Utiliser k_b T comme référence des énergies mises en jeu à l’échelle microscopique / nombre d'atomes pour un système à deux niveaux
• Exprimer une surface élémentaire dans un système de coordonnées adaptées.
• Utiliser les symétries pour déterminer la direction d’une résultante de forces de pression.
• Évaluer une résultante de forces de pression.
• Résultante des forces de pression sur un barrage droit ou hémicylindrique, moment des forces de pression sur un barrage droit

Exercices:

- Chapitre 25: Transition de phases

• 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

• Idem partie cours

Pas de colle, on révise les épreuves communes!

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:

Bien que non au programme de colle, les précédents chapitres de thermodynamique sont considérés comme acquis et pourront être utilisés

- Chapitre 24: Second 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
• Montrer qu'une transformation adiabatique quasi-statique est réversible (démo).
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• 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
• Montrer qu'une transformation adiabatique quasi-statique est réversible (démo).
• Utiliser l’expression fournie de la fonction d’état entropie.
• Exploiter l’extensivité de l’entropie.
• 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.

Exercices:

- Chapitre 23: Premier principe de la thermodynamique

Les transitions de phase ne sont pas encore au programme pour les exercices

• 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.
• Montrer qu'une transformation isotherme ne peut pas être adiabatique s'il y a apport de travail.
• 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).
• Loi de Laplace (démo).
• Citer et utiliser la loi de Laplace et ses conditions d’application.
• 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: Second principe, bilan d'entropie

• Idem partie cours