3MG04/ Semaine de 12 au 19 septembre 2011 p TV p

3MG04/
Semaine
de
12
au
19
septembre
2011
Questions.
1.
Un
gaz
monoatomique
auquel
on
a
transféré
une
chaleur
de
1000
J
à
volume
constant,
subit
une
augmentation
de
température
de
50°C.
Quelle
aurait
été
sa
variation
de
température
si
on
lui
avait
fourni
1000
J
à
pression
constante?
2.
Quel
est
le
rendement
maximal
d'un
moteur
fonctionnant
entre
560
°C
et
315
°C?
3.
On
triple
l'énergie
cinétique
moyenne
des
molécules
d'un
gaz
parfait
contenu
dans
un
volume
fixe.
Comment
varie
sa
pression
?
4.
Même
question,
mais
on
triple
la
vitesse
quadratique
moyenne
des
molécules.
5.
Estimer
le
nombre
de
molécules
d'air
qu'il
y
a
dans
votre
chambre.
Quelle
masse
d'air
cela
fait‐il?
6.
Esquissez
la
masse
volumique
d'un
gaz
parfait
(a)
en
fonction
de
la
pression
(b)
en
fonction
de
la
température
absolue.
!
!
p T 7.
On
refroidit
un
litre
d'air
à
pression
constante
jusqu'à
ce
que
son
volume
diminue
de
moitié.
On
le
laisse
ensuite
retrouver
son
volume
initial
par
dilatation
isotherme.
Tracez
un
diagramme
de
la
pression
en
fonction
du
volume
représentant
ces
deux
processus.
p
V 8.
Est‐il
possible
que
dans
certains
systèmes,
la
température
reste
constante
même
si
de
la
chaleur
y
pénètre
ou
s'en
échappe?
Expliquez.
9.
Qu'est‐ce
qu'une
pompe
à
chaleur.
Avantages?
Inconvénients?
10.
Qu'est‐ce
que
le
CP
(coefficient
de
performance)
d'un
réfrigérateur?
Exercice
1
p (10 5 Pa)
2
1,27
1
V (m 3)
1
1,45
2
Dans
le
cycle
imaginaire
ci‐contre,
on
utilise
87
g
d'air.
(a)
Décrire
pour
chaque
processus
de
quelle
transformation
il
s'agit.
(b)
Calculer
pour
chaque
processus
le
travail
et
la
chaleur
échangés
ainsi
que
la
variation
d'énergie
interne.
(c)
Calculer
le
rendement
du
cycle.
Exercice
2
Dans
un
moteur
à
combustion
interne,
la
température
juste
après
la
combustion
(source
chaude)
vaut
1877
°C.
La
phase
d'échappement
(source
froide)
se
fait
à
327°C.
a)
Calculer
le
rendement
idéal
de
Carnot
d'un
tel
moteur.
En
réalité
ce
moteur
fournit
une
puissance
mécanique
de
30
kW
et
absorbe
120
kJ
de
chaleur
chaque
seconde.
b)
Calculer
son
rendement
réel.
c)
Calculer
la
quantité
de
chaleur
qu'il
rejette
dans
l'atmosphère
par
seconde.
Exercice
3
Une
turbine
de
centrale
nucléaire
a
un
rendement
effectif
de
34
%.
Elle
produit
une
puissance
mécanique
de
1
GW.
a)
Quelle
quantité
d'énergie
consomme‐t‐elle
par
seconde?
Comment
cette
énergie
est‐elle
produite
dans
le
cas
d'un
centrale
nucléaire
?
b)
Quelle
quantité
de
chaleur
cette
centrale
doit‐elle
évacuer
dans
l'environnement
chaque
seconde
?
Quelle
quantité
d'eau
pourrait‐on
chauffer
de
10
à
90
°C
avec
cette
chaleur
?
La
température
de
la
vapeur
(source
chaude)
est
de
285°C
et
celle
de
l'eau
de
refroidissement
(source
froide)
de
40°C.
c)
Calculer
le
rendement
idéal
de
Carnot
dans
ces
conditions.
Exercice
4
Un
réfrigérateur
idéal
de
Carnot
absorbe
la
chaleur
d'un
congélateur
à
une
température
de
‐17°C
et
la
libère
dans
l'atmosphère
ambiante
à
25°C
.
a)
Quelle
quantité
de
travail
doit‐il
effectuer
pour
transformer
500
g
d'eau
à
25°C
en
glace
à
‐17°C
?
b)
Si
la
puissance
du
compresseur
est
de
200
W,
déterminez
le
temps
minimal
requis
pour
congeler
500
g
d'eau
en
abaissant
se
température
de
25°C
à
0°C.
Exercice
5
Une
maison
nécessite
en
moyenne
un
apport
de
chaleur
de
5
kW
pour
que
la
température
à
l'intérieur
reste
à
20°C
lorsque
la
température
de
l'air
extérieur
est
à
0°C.
a)
Si
la
maison
est
chauffée
par
des
radiateurs
électriques
et
que
le
kWh
coûte
28
centimes,
quel
est
le
coût
d'une
journée
de
chauffage?
b)
Si
on
installait
une
pompe
à
chaleur
idéale
(Carnot)
quel
serait
le
coût
de
la
consommation
quotidienne
d'électricité?
(pompe
à
chaleur
électrique)
Exercice
6
A.
Un
boulet
de
canon
de
10
kg
est
projeté
à
50
m/s
d'une
falaise
de
60
m
par
rapport
au
niveau
de
la
mer.
Quelle
est
la
variation
d'entropie
de
l'univers
une
fois
que
le
boulet
est
tombé
dans
la
mer?
On
suppose
que
le
boulet,
l'air
et
la
mer
restent
à
20°C.
B.
Un
objet
à
300°C
est
mis
en
contact
avec
un
objet
à
0°C.
100
kJ
de
chaleur
s'écoulent
alors
du
corps
chaud
au
corps
froid.
De
combien
l'entropie
de
l'univers
varie‐t‐elle
au
cours
de
ce
processus
?