STPI-2 GSI

ISTIA – Université d’Angers
IUP-1
IUP-1 GSI
Examen final
STPI-2 GSI
THERMODYNAMIQUE
STPI-2 MI
Nom :
2ème Session
Durée 1h30
Calculatrice autorisée
1 feuille recto/verso avec notes
A annoter et à rendre
Prénoms :
Donnée : Constante des GP : R = 8.314 J.K-1.mol-1
Exercice 1 (10 points) :
Un récipient indéformable, de section 25 cm2 contient V0 = 5 dm3 de gaz parfait (GP) en équilibre avec l’atmosphère
extérieure (Pe = 105 Pa), il en est séparé par un piston de masse négligeable. La température initiale du GP est T0 = 20
°C.
1) Le GP est comprimé de façon adiabatique de sorte que le piston s’abaisse brusquement de 5 cm. La pression
atteinte est P1 = 2Pe. Déterminer à la fin de cette transformation irréversible :
a) le volume V1 du GP
b) le travail échangé W1
c) la variation d'énergie interne U1
d) la température finale T1
2) La température du GP enfermé dans le cylindre revient lentement de façon isobare à la température initiale T0.
Déterminer à l’issue de cette transformation réversible :
a) le volume V2 du GP
b) le travail échangé W2
c) Peut on déterminer avec les données dont on dispose la chaleur échangée Q 2 et la variation d'énergie interne
U2 ? – Justifier
3) Le système revient finalement dans l'état initial par une détente isotherme réversible. Déterminer lors de cette 3ème
transformation :
a) le travail échangé W3,
b) la chaleur Q3,
c) la variation d'énergie interne U3
4) Conclure sur la variation d’énergie interne totale U du cycle et en déduire U2 et Q2
Exercice 2 (10 points) :
Un récipient indéformable de volume V1 = 1 dm3, contient un mélange de vapeur d’eau (H2O)(g) (m1 = 100 g) et de
dioxyde de carbone (CO2)(g) (m2 = 30 g), à la température T1 = 20 oC. Les gaz seront considérés parfaits.
1) Calculer :
a) les nombres de moles des 2 gaz : nH2O et nCO2 et le nombre total de moles n
b) les fractions molaires des 2 gaz : xH2O et xCO2
c) les pressions partielles (en Pa) des 2 gaz : PCO2 et PH2O
d) la pression totale (en Pa) du mélange : P1
Données :
M(O) = 16 g. mol-1
M(H) = 1 g. mol-1
M(C) = 12 g. mol-1
2) On considère la détente isotherme du mélange de GP, effectuée à la température T1 = 20 °C, telle que le gaz
initialement dans l’état 1 (P1, V1, T1) passe dans l’état 2 (P2, V2, T1) tel que V2 = 5V1 . Cette détente est effectuée
irréversiblement (Détente de Joule).
a) Calculer la pression finale P2
b) Exprimer et calculer le travail Wirr et la chaleur Qirr échangés par le système.
c) En déduire la variation d’entropie de l’extérieur Sext = -Se.
d) Exprimer et calculer la variation d’entropie du système S.
e) En déduire la création irréversible d’entropie i
Suniv, au cours de cette détente - Conclure sur le second
principe de thermodynamique
Emmanuelle RICHARD
1
2ème session - 2001/2002