[1]_QCA energetique 2004

Le 03 novembre 2004
Matière : énergétique
Durée : 1 H
Nom du professeur : Pascale Bouvier
Question 1 : Dans un système fermé, il peut y avoir
a)
b)
c)
d)
Un transfert de masse avec le milieu extérieur
Un transfert de chaleur avec le milieu extérieur
Un transfert de travail avec le milieu extérieur
Aucun échange avec le milieu extérieur
Question 2 : L’équilibre thermodynamique de m kg de gaz parfait est caractérisé par
l’équation d’état du gaz parfait. La pression p du gaz vérifie les conditions suivantes
p : pression en Pa
n : nombre de môles en mol
R : constante des gaz parfaits
r : constante massique du gaz
T : température en Kelvin (K)
V : volume en m3
mrT
a) p 
V
mRT
b) p 
V
 p 
 p 
c) dp  
 dT  
 dV
 T V
 V T
 p 
 p 
d) dp  
 dT    dV
 V T
 T V
Question 3 : Dans le cas général de toute transformation, le travail élémentaire reçu par un
système fermé au cours d’une transformation irréversible est égal à
a)
b)
c)
d)
W
W
W
W
  pext dVext
 pext dVext
  pext dV
  pdV
Question 4 : La somme du travail et de la chaleur échangés au cours d’une transformation
faisant passer un système fermé de l’état d’équilibre thermodynamique 1 à l’état d’équilibre
thermodynamique 2
a)
b)
c)
d)
est une fonction d’état
a une valeur qui dépend du chemin suivi pour aller de l’état 1 à l’état 2
a une valeur qui ne dépend pas du chemin suivi pour aller de l’état 1 à l’état 2
est égale à la variation d’enthalpie H 2  H1
1
Question 5 :
a)
b)
c)
d)
L’énergie interne d’un système isolé est constante
L’énergie interne d’un système fermé est constante
Au cours d’une transformation isochore d’un gaz réel, on a dU  mcv dT
Au cours d’une transformation isochore d’un gaz réel, on a dU  0
Question 6 : Dans le cas d’un système ouvert
a) Le premier principe peut prendre la forme suivante H  W '  Q
b) Le travail utile possède l’expression suivante W '    pdV
c) W '  W  WT où WT est le travail de transvasement qui sert à véhiculer le fluide dans
la machine
d) H  mcv T au cours d’une transformation isobare ( cv  c ste )
Question 7 :
a) Un corps froid peut se réchauffer spontanément sans action du milieu extérieur
b) Au cours d’une transformation réversible, on a S   e S   avec   0
c) Les transformation naturelles s’accompagnent d’une augmentation de l’entropie de
l’univers
d) Au cours d’une transformation infinitésimale quasi-statique réversible, on peut écrire
dH  TdS  Vdp
Question 8 :
a) Dans une machine de Carnot, le gaz enfermé dans le cylindre est mis en contact avec
une seule source de chaleur
b) Dans une machine de Carnot, les transformations subies par le gaz sont réversibles
c) Le cycle de Carnot est composé de deux transformations isothermes réversibles et de
deux transformations isochores réversibles
T
d) Le rendement de la machine de Carnot est égal à 1  F
TC
Question 9 : Un verre contenant 100 g d ’eau à 80°C est abandonné au contact de
l ’atmosphère à température constante 25°C. On constate que l ’eau se met en équilibre
thermique avec l ’atmosphère et prend la température de celle-ci.
a)
b)
c)
d)
La variation d’entropie S du système est négative
L’entropie créée  à l’intérieur du système est négative
La variation d’entropie S du système est positive
L’entropie créée  à l’intérieur du système est positive
2
Question 10 : 1 kg de gaz parfait vérifie les conditions suivantes (  
a) c p 

cp
cv
):
 1
b) du  c p T dT
c) pv  rT  0
d) H  H T 
Question 11 : Au cours d’une transformation quasi statique isotherme d’un système fermé
d’un état d’équilibre thermodynamique (1) à un état d’équilibre thermodynamique (2), on a :
a) U12  W12
V 
b) W12  mrT1 ln  2 
 V1 
p 
c) Q12  mrT1 ln  2 
 p1 
d) S12 
Q12
T1
Question 12 : Au cours d’une transformation adiabatique réversible d’un système ouvert
a) H12  mcv T2  T1 
b) pV   K  p1V1  p2V2
c) W12'  H 12
d) Q12 

 1
 p2V2  p1V1 
Question 13 :
a)
p
2
1
Figure 1
v
La surface hachurée représente le travail reçu par un système ouvert d’un état d’équilibre 1 à
un état d’équilibre 2 au cours d’une transformation quasi statique isotherme.
3
b) Sur la Figure 1, de 1 vers 2, le travail est négatif, il s’agit d’une détente
c)
P2
T
2
P1
1
Figure 2
s
Sur la figure 2, la surface hachurée représente la quantité de chaleur reçue par un système
fermé au cours d’une transformation quasi statique isotherme qui fait passer le système d’un
état d’équilibre 1 à un état d’équilibre 2.
d) Sur la figure 2, la surface hachurée représente la quantité de chaleur reçue par un
système ouvert au cours d’une transformation quasi statique isotherme qui fait passer le
système d’un état d’équilibre 1 à un état d’équilibre 2.
Question 14 : Dans le domaine de saturation d’un corps pur,
a) Le titre de vapeur est la fraction de gaz contenue dans le mélange
b) L’enthalpie possède l’expression suivante h  xhL  1  x hV où hL est l’enthalpie du
liquide saturé et hV , l’enthalpie de la vapeur saturée
c) A une pression fixée, la température n’est pas constante dans tout le domaine de
saturation
d) Au cours de la condensation, la pression du corps pur reste constante
Question 14b : En utilisant le diagramme psychrométrique joint au QCA, un air humide,
contenant 1 kg d’air sec, caractérisé par une température sèche égale à 33°C et une humidité
relative égale à 80% :
a)
b)
c)
d)
a une enthalpie égale à 24 Kcal.kg-1
une température de rosée égale à 32°C
une masse volumique égale à 1,136 kg.m-3
aura 10 g d’eau en moins si on lui enlève 7,3 Kcal.kg-1
Question 15 : On considère une pompe à chaleur. Soient TF, la température de la source
froide, TC, la température de la source chaude, QF la quantité de chaleur relative à la source
froide et QC, la quantité de chaleur relative à la source chaude.
a) Son coefficient de performance est égal à
QC
W
4
TF
TC  TF
c) Le détendeur sert à augmenter la pression du fluide frigorigène
d) Le fluide de travail « absorbe » de la chaleur lorsqu’il traverse l’évaporateur
b) Le coefficient de la machine de Carnot équivalente est égal à
Question 16 : Dans une machine frigorifique réelle caractérisée par les points 12'234 (1 :
entrée du compresseur, 2 : sortie du compresseur, 2’ : sortie du compresseur idéal, 3 : sortie
du condenseur, 4 : entrée dans l’évaporateur),
a)
b)
c)
d)
La compression réelle est adiabatique réversible
La détente est isenthalpique
L’évaporation s’effectue à température et pression constantes
Entre l’entrée et la sortie du condenseur, la pression et la température du fluide
frigorigène restent constantes
Question 17 : Dans une machine frigorifique réelle caractérisée par les points 12'234 (1 :
entrée du compresseur, 2 : sortie du compresseur, 2’ : sortie du compresseur idéal, 3 : sortie
du condenseur, 4 : entrée dans l’évaporateur),
a) Le fluide absorbe le travail h2  h1 lorsqu’il traverse le compresseur
h h
b) Le rendement de compression isentropique vaut 2 1
h2'  h1
c) Dans le condenseur, la chaleur cédée par le fluide frigorigène est égale à la chaleur
latente de condensation du fluide frigorigène
d) Le fluide frigorigène n’est pas toujours à l’état de vapeur saturée à son entrée dans le
compresseur
Question 18 :
a) Pour réaliser un cycle de Linde, l’installation doit comporter un compresseur, un
échangeur de chaleur, un détendeur et un séparateur.
b) L’échangeur de chaleur sert à réchauffer les vapeurs issues du compresseur
c) La compression réelle est adiabatique irréversible dans le cycle de Linde
d) Le travail du compresseur idéal a pour expression w13' '  h3'  h1   T1 s1  s3' 
5
Question 19 : le cycle de Linde est le suivant
T(K)
3
1
3’
4
6
5
7
s(KJ.kg-1.K-1)
a) Dans l’échangeur de chaleur, la pression et la température sont constantes
b) h3  h4  1  X h1  h7  traduit le bilan thermique de l’échangeur
w13'
est le travail spécifique de l’installation
X
d) Le travail spécifique s’exprime en Joules
c)  
6
7