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TD de Thermodynamique2 "SMP - S3" Série n◦01 Exercice - 1 Calcul des coefficients élastiques du gaz de Van der Waals Une mole de gaz carbonique obéit à l’équation de Van der Waals : (P + a )(V − b) = RT V2 1. Exprimer en fonction des variables indépendantes : Volume V et température T , les coefficients de dilatation à pression constante α et à volume constant β. 2. Trouver la relation générale entre le coefficient χ de compressibilité isotherme, les coefficients α et β et la pression P du gaz. En déduire le coefficient χ du gaz de Van der Waals 3. Dans le cas où l’on peut négliger la pression interne du gaz, montrer que : χ= V α2 R β Exercice - 2 Vérification du principe de l’équivalence On considère les trois transformations cycliques réversibles d’une mole de gaz parfait, représentées par un rectangle : – sur le diagramme de Clapeyron (P, V ) – sur le diagramme (T, V ) – sur le diagramme (T, P ) Calculer dans chaque cas le travail et la quantité de chaleur échangés au cours de chaque transformation 1 → 2, 2 → 3, 3 → 4, 4 → 1, et du cycle entier, entre le système gazeux et le milieu extérieur, en fonction de γ et des coordonnées indiquées dans chacun des diagrammes. Vérifier le principe d’équivalence. 1 FP-LARACHE Thermodynamique2 2014-2015 Exercice - 3 Entropie d’un gaz parfait en fonction de T et V Exprimer la variation élémentaire d’entropie d’un gaz parfait, en fonction des variables indépendantes T et V . En déduire la variation d’entropie d’une mole de gaz parfait, lorsqu’on triple simultanément la température initiale et le volume initial du gaz. On indiquera deux méthodes de résolution Exercice - 4 Entropies de systèmes liquide-liquide et liquide-solide N.B. les deux questions sont indépendantes l’une à l’autre. 1. Mélange de deux liquides : On mélange, à pression constante, une masse m1 = 0, 5Kg de pétrole, à la température T1 = 77˚C, avec une masse m2 = 2Kg de pétrole à la température T2 = 17˚C. Déterminer littéralement, puis numériquement, la variation de l’entropie du système. On donne chaleur massique du pétrole (à P=cte) Cp = 2, 1J/g/degr = Cte. 2. Mélange d’un solide et d’un liquide : On mélange, sous la pression atmosphérique, M1 = 10Kg d’eau, à la température T1 = 27˚C, et M2 = 1Kg de glace, à la température T2 = −10˚C. Déterminer littéralement, puis numériquement, la température d’équilibre T et la variation d’entropie du système. On donne : chaleur massique d’eau : C1 = 4, 2J/g/degr ; chaleur massique de la glace : C2 = 2, 15J/g/degr ; chaleur latente de fusion de la glace à T0 = 273K : L = 336J/g. Exercice - 5 Détermination du rendement d’un cycle variation entropique. On considère 1Kg d’air (gaz parfait), subissant un cycle de Carnot ABCDA : AB et CD isothermes et BC et DA adiabatiques réversibles. La température au point A est T1 = 300K. Les pressions aux points A, B et C sont respectivement P1 = 1atm, P2 = 3atm et P3 = 9atm. Cp 7 On donne Cp = 103 J/Kg.K et γ = = . Cv 5 1. Calculer le rendement thermodynamique du cycle de deux manières : (a) en faisant le bilan thermique du cycle ; (b) à partir des températures extrêmes du cycle. 2. Calculer les variations d’entropie de l’air, au cours des quatre transformations du cycle. 2/7 1 On donne = 0, 73 3 Pr. Aziz OUADOUD 2