Les Principes De La Thermodynamique Flashcards
Définir l’énergie d’un système thermodynamique
Énoncer le premier principe de la thermodynamique
- il existe une fonction d’état extensive telle que :
- Etot = Em + U
- on l’appelle énergie interne et on la note U
- alors : ΔE = ΔEm + ΔU = W + Q
Donner la forme différentielle du premier principe de la thermodynamique
Donner la forme puissance du premier principe de la thermodynamique
Quel est le cas usuel en thermodynamique ?
Comment calculer Q en thermodynamique ?
Q = ΔU - W
Que peut-on dire du caractère conservatif du premier principe ?
ΔU ne dépend pas du chemin suivi, bien que W et Q en dépendent
Si on a un écoulement de débit massique Dm, donner la puissance reçue des forces non conservatives et la puissance reçue des transferts thermiques
Si la transformation est isochore et que ΔE = ΔU, exprimer Q
Si la pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation monobare, exprimer ΔU
Si la force de pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation isobare, exprimer Q
Si la force de pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation isotherme, exprimer Q
Si la force de pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation où Ti=Tf, exprimer Q
Si la pression est la seule non conservative à travailler et que ΔE = ΔU, dans le cas d’une transformation adiabatique, exprimer ΔU
Que faut-il utiliser pour passer d’une loi de Laplace à l’autre ?
PV/T = n.R = cste
Démontrer la loi de Laplace en utilisant le premier principe de la thermodynamique uniquement
Déterminer l’état final, ΔU, W et Q, si les parois sont diathermanes et la transformation quasi-statique
(C’est un gaz parfait)
Écrire la première loi de la thermodynamique avec H
dH = δQ + δW* (travail sauf les forces de pression)
Exprimer ΔU en fonction de CV ou CP, de même avec ΔH
Déterminer l’état final et ΔU, si les parois sont athermanes et la transformation quasi-statique
Déterminer l’état final, ΔU, W et Q, si les parois sont diathermanes et la transformation brutale
Déterminer l’état final, ΔU, W et Q, si les parois sont athermanes et la transformation brutale
Qu’est-ce qu’une détente de Joule Gay-Lussac ?
Déterminer l’état final
A quoi faut-il faire attention quand on étudie un déplacement de matière entre plusieurs compartiments ?
Il ne faut pas appliquer le premier principe par compartiment : soit à la matière qui se déplace, soit au tout (matière + compartiments)
Comment qualifie-t-on une réaction où ΔU = 0 ?
Elle est isoénergétique
Qu’appelle-t-on phase condensée ?
Liquide ou solide
Déterminer W_cycle et Q_cycle en fonction de T1 et x
Déterminer l’état final
Peut-on utiliser la loi de Laplace quand il y a un travail autre celui des forces de pression ?
❌❌❌
Déterminer ΔUB, WB et QB
Déterminer ΔUA, WA et QA et en déduire Δt
Comment traduire mathématiquement dans une équation qu’une transformation est réversible ?
Le changement de variable t’=-t ne change pas l’équation
Qu’est-ce que l’experience de Rüchardt ?
Quel est son intérêt ?
Justif
Justifier graphiquement le «meilleur» choix entre une transformation isotherme et une adiabatique réversible pour passer d’une pression P1 à une pression P2>P1
Qu’est-ce qu’un calorimètre ?
C’est une enceinte adiabatique (à parois athermanes)
Quel système prend-on quand on applique le premier principe de la thermodynamique à un calorimètre ?
On prend le système : {Calorimètre + Contenu}
Appliquer le premier principe de la thermodynamique à un calorimètre uniquement (sans son contenu)
Définir la valeur en eau du calorimètre
Dans un calorimètre, déterminer c_fer en fonction des données, de μ et de c_eau
c : c_eau
Déterminer l’expression littérale de Δh_fusion, sachant que tout cela se passe dans un calorimètre
Déterminer μ (on est dans un calorimètre)
Donner un ordre de grandeur de μ pour un calorimètre
≈20g
Montrer la conservation du débit massique
Démontrer le premier principe pour un système ouvert en régime permanent
Quelle supposition fait-on toujours sur q, ΔeC et ΔeP, dans le premier principe pour un système ouvert en régime permanent ? Écrire alors le principe
On suppose toujours q=0 et on néglige ΔeC et ΔeP
Alors, Δu = w = c_V × ΔT
Exprimer w et wu lorsque q=0 un système ouvert
Qu’est-ce qu’un échangeur thermique ?
C’est un système qui permet de transférer de la chaleur d’un fluide à un autre, sans les mélanger
Dans un échangeur thermique, réécrire le premier principe industriel
Il n’y a pas de pièces mobiles, donc w_utile = 0, donc Δh = q
Exprimer Δu et Δh dans un cycle, en déduire une égalité
Qu’est-ce que l’effet Venturi ?
Les zones de fortes vitesses sont celles de basses pressions
Déterminer v2 en fonction de h1 et h2
Déterminer v2 si le gaz est parfait, puis en supposant la transformation réversible
Exprimer la conservation du débit massique et donner la différentielle logarithmique
Établir la différentielle logarithmique de la loi de Laplace avec la température et la masse volumique
Trouver une relation entre dv/v et dS/S, en introduisant c=√(γ.r.T)
On suppose la vitesse monotone croissante, déduire ce qu’il se passe dans le cas d’une tuyère convergente, puis d’une tuyère convergente-divergente
Quel principe utilise-t-on lors d’une conservation ?
Le premier principe
Quel principe utilise-t-on lors d’une évolution ?
Le deuxième principe
Donner le deuxième principe de la thermodynamique, en définissant tous les termes
- il existe une fonction d’état extensive caractérisant le désordre
- on l’appelle entropie et on la note S
- dS = δSéchangée + δScréée
- δScréée ≥ 0
Exprimer Sc pour un système fermé calorifugé
Exprimer ΔS pour une transformation réversible
Que peut-on dire d’une transformation adiabatique réversible ?
Elle est isentropique (car Se=Sc=0)
Démontrer la première identité thermodynamique
Puisque U et S sont des fonctions d’état, dU ne dépend pas du chemin suivi donc on peut les déterminer en imaginant une transformation réversible
Montrer que dH = T.dS + V.dP
Montrer que
Montrer que
Montrer que
En déduire la loi de Laplace
Exprimer ΔS dans une phase condensée, en justifiant
Qu’est-ce qu’un diagramme entropique ?
Exprimer le théorème des moments pour l’entropie massique
Montrer que pour une isobare dans le domaine vapeur
Représenter sur un diagramme entropique, dans le domaine vapeur, une transformation :
- isentropique
- isotherme
- isobare
- isochore
Représenter sur un diagramme entropique, deux isobares P et P’, P’>P
Donner lien entre Δs et Δh lorsqu’on passe d’un état 1 à un état 2, à température constante T
Immédiat par analyse dimensionnelle
Exprimer le Δs pour aller de 0 à 2, de 1 à 2, de 1 à 0
Comment détermine-t-on ΔS, Se, Sc ?
Quel est la caractéristique de Sc à vérifier à la fin d’un calcul ?
Sc ≥ 0
Déterminer ΔS, Se et Sc pour une détente de Joule Gay-Lussac et en déduire une caractéristique de la réaction
Déterminer T2
Déterminer ΔS, Se et Sc
Exprimer Q dans le cas d’une transformation isobare
Q=ΔH
Déterminer x
On retire d’un coup les deux sources de chaleurs de la barre et on calorifuge, déterminer T2
(On veut faire comme dans un calorimètre : ΔH = 0 et ΔH = ΣΔHi, sauf qu’ici c’est continu donc on met une intégrale)
Justifier qualitativement le plus grand entre T2B et T2A
Résoudre le système pour déterminer l’état final
Lors d’une transformation en deux étapes, lorsqu’on connait les variations d’entropie totale et de la première étape, comment calculer celle de la deuxième étape ?
La variation dépend du chemin suivit, donc ΔS2 = ΔS_tot - ΔS1
Lorsqu’on a trouvé le bon nombre d’équations par rapport au nombre d’inconnues, comment savoir par laquelle commencer ?
On utilise dans l’ordre celles qui comportent le moins d’inconnues
Que peut-on dire du travail des forces extérieures lors d’une détente dans le vide ?
Il est nul
Quel est le plus pentu sur un diagramme T,s entre une transformation isochore et isobare ?
Justif
C’est l’isochore
Quelle est la méthode pour déterminer ΔS à chaque fois ?
1. Si le ΔS est dû à une variation des variables d’état :
- Déterminer les valeurs d’au moins deux variables d’état
- Intégrer la bonne identité thermodynamique pour avoir l’expression de ΔS
2. S’il est dû à un changement d’état :
- ΔS = ΔH/T
Exprimer Q dans le cas d’une transformation isochore ? Isobare ?
Justif
Démontrer de deux manières différentes la loi de Laplace
Lorsqu’on a une transformation adiabatique et qu’il nous manque une relation en T, P et V pour tous les déterminer à l’état final, comment faire ?
On a ΔU = W, on peut tous les deux les exprimer en fonction de P, V et T, ça nous donne une équation supplémentaire
À quoi faut-il faire attention lors d’une détente adiabatique réversible avec un travail autre que celui des forces de pression ?
On ne peut pas utiliser la loi de Laplace !
Comment justifier que ω = ωu dans un cycle ?
On a du = dh = 0, donc ω + q = ωu + q, donc ω = ωu
Comment trouver une relation entre dS/S, dv/v et c dans un tuyère ?
Utiliser les équations suivantes :
- différentielle logarithmique de la conservation du débit
- premier principe sous forme différentielle
- différentielle logarithmique de la loi de Laplace en variables (T,ρ)
On utilise l’expression de c = √(γ.R.T/M), la vitesse du son dans un gaz parfait
Comment calculer S ?
On regarde les deux qu’on connait parmi P, V et T et on utilise l’identité thermodynamique qui fait intervenir les dP, dV ou dT qu’on connait. On intègre ensuite.
Comment calculer Se ?
Par sa définition : Se = Q/Te
Comment calculer Sc ?
Sc = S - Se, on calcule S avec une identité thermodynamique et Se avec sa définition
Exprimer ΔS pour un changement d’état à température constante
ΔS = ΔH/T
Faire un bilan sur la méthode pour déterminer toutes les fonctions d’état, lorsqu’on connaît les états initial et final du système
Lorsqu’on fait un RFD, quand fait-on aussi un RFD à l’équilibre ?
Lorsqu’il va y a voir un équilibre déjà, et lorsque la position de l’objet à l’équilibre n’est pas en 0
Quel est le lien entre le premier et le deuxième principe ?
Le deuxième principe ne contredit pas le premier, au contraire !
- le premier principe dit que l’énergie se conservera quelle que soit la transformation que l’on fait, c’est un bilan
- le deuxième principe impose une certaine manière pour l’énergie de se répartir (on ne pas chauffer un gaz sans pertes car δSc > 0 par exemple, donc forcément une partie de l’énergie est dissipée), il impose un rendement maximal
Le premier principe dit que l’énergie doit se conserver et le deuxième décrit comment elle peut se conserver
