Energetique - 2006 - Tronc commun

1
Le 15 novembre 2006
HEI 31-32-33
Matière : Energétique
Durée : 1 H
Nom du professeur : Pascale Bouvier
Nota Bene : N’oublier pas de donner votre matricule correct dans la case en haut à gauche de
votre fiche résultat !! Les copies sans matricule ou avec un matricule incorrect ne seront pas
corrigées …
Barème : +2 pour une réponse vraie, 0 pour une abstention et –1 pour une réponse fausse.
Question 1 :
a) Dans un système ouvert, il n’y a pas de transfert de masse entre le système et le milieu
extérieur
b) Dans un système isolé, il y a transfert de masse entre le système et le milieu extérieur
c) Au cours d’une transformation adiabatique qui fait passer le système d’un état
d’équilibre vers un autre état d’équilibre, il n’y a pas de transfert de chaleur entre le
système et le milieu extérieur
d) La variation d’énergie interne d’un système isolé au cours d’une transformation
quelconque est nulle
Question 2 :
a) Au cours d’une transformation cyclique d’un système, la variation de la quantité de
chaleur reçue par le système est égale à 0
b) Au cours d’une transformation isochore, le volume du système ne varie pas
c) Au cours d’une transformation isobare, la pression du système augmente
d) Au cours d’une transformation cyclique d’un système, la variation de l’enthalpie du
système est égale à 0
Question 3 :
a) Au cours d’une transformation isotherme d’un système ouvert, la chaleur reçue par le
système est nulle
b) Au cours d’une transformation isobare d’un système ouvert, le travail utile (W’) reçu
par le système est égal à 0
c) La variation d’une fonction d’état au cours d’une transformation ne dépend que des
états d’équilibre initial et final de la transformation
d) Au cours d’une transformation isobare d’un système fermé, le travail (W) reçu par le
système est égal à 0
Question 4 :
a) L’unité de l’enthalpie est le J/kgK
b) L’unité de la puissance est le Watt
c) L’unité du travail est le Joule
d) Au cours d’une transformation isochore d’un système ouvert, la variation d’enthalpie
est égale à la chaleur échangée entre le système et le milieu extérieur QH
=
∆

2
Question 5 : Lorsque m kg de gaz se comportent comme un gaz parfait, les relations
suivantes sont vérifiées :
(on a p : pression
n : nombre de môles
ρ : masse volumique du gaz
R : constante molaire des gaz parfaits
r : constante massique du gaz
T : température
V : volume )
a)
V
mrT
p=
b)
γ
=
−
pv
cc où
v
cet
p
c sont respectivement les capacités calorifiques massiques à
volume constant et à pression constante
c)
v
p
c
c
= γ est l’exposant isentropique
d) L’énergie interne et l’enthalpie du gaz dépendent de la température et de la pression
Question 6 : Une tasse contenant 100 g d’eau à 85°C est abandonnée au contact de
l’atmosphère à température constante égale à 19°C (l’atmosphère est assimilée à un réservoir
thermique de température constante égale à 19°C). On constate que l’eau se met en équilibre
thermique avec l’atmosphère et prend la température de celle ci. La capacité calorifique de
l’eau vaut
11
..18,4
−−
=
KkgkJ c
p
.
a) Cette transformation est une transformation réversible.
b) L’entropie créée au sein du système (eau) au cours de cette transformation est positive
c) Il s’agit d’une transformation cyclique
d) La variation d’entropie du système eau ne dépend pas du type de transformation
considérée (réversible ou irréversible) mais uniquement des états initial et final du
système eau
Question 7 :
a) Il est possible de produire du travail à l’aide d’une machine thermique qui serait en
contact avec deux sources de chaleur
b) Un moteur est une machine thermique qui consomme une quantité de chaleur positive
pour fonctionner
c) Le cycle de Carnot est constitué de quatre transformations : Deux transformations
adiabatiques réversibles et deux transformations isochores réversibles
d) Dans un moteur, le travail résultant reçu par le fluide est positif
Question 8 :

3
a) Le bilan énergétique du moteur de Carnot est le suivant
(
)
0
=
∆
cycle
U
b) Le bilan entropique du cycle de Carnot est égal à zéro
c) Le rendement d’un moteur est égal à
FC
QQ
W
+
= η où
C
Q et
F
Q sont respectivement
les quantités de chaleur échangées au niveau de la source chaude et de la source froide du
cycle
d) Le rendement du moteur de Carnot ne dépend que des températures des sources
chaude
C
T et froide
F
T du cycle. Il vaut
FC
C
Carnot
TT
T
−
= η
Question 9 : Au cours d’une transformation réversible isotherme qui fait passer un système
ouvert constitué de m kg de gaz parfait d’un état d’équilibre thermodynamique (1) à un état
d’équilibre thermodynamique (2), on a :
a) 0
12
=
∆
H
b)
12
'
12
QW
=
c) =
1
2
1
'
12
ln V
V
mrpW
d)
1
12
12
T
Q
S=∆
Question 10 : Au cours d’une transformation adiabatique réversible d’un système ouvert
constitué de m kg de gaz parfait d’un état d’équilibre thermodynamique (1) à un état
d’équilibre thermodynamique (2), on a :
a)
(
)
1212
TTmcH
p
−
=
∆
b)
γγγ
2211
VpVpKpV ===
c)
'
1212
WQ
−
=
d)
2
12
12
T
Q
S=

4
Question 11 :
a) La transformation représentée sur la figure 1 est une compression de 1 vers 2
figure 1
b) La transformation représentée sur la figure 2 est une détente de 1 vers 2 :
figure 2
c) La surface hachurée sur la figure 3 représente la chaleur reçue par le fluide entre les
états 1 et 2 :
figure 3
d) Dans le diagramme indicateur (p,V), la surface du cycle correspondant au moteur de
Carnot représente le travail résultant fourni par le fluide au piston.
2
1
V
p
1
2
V
p
V
p
1
2

5
Question 12 :
a)
La vaporisation d’un corps pur dans le diagramme de Clapeyron (p=f(V)) possède l’allure
suivante :
b) Lors d’un changement de phase, la température et la pression du système sont constantes
c) Lorsqu’il se condense, le système extrait de la chaleur du milieu extérieur avec lequel il est
en contact thermique : c’est la chaleur latente de condensation
d) En valeur absolue, les chaleurs latente de vaporisation et de condensation sont égales.
Question 13 :
Dans le domaine de saturation d’un corps pur
a) Le titre de vapeur est la fraction de liquide contenue dans le mélange
b) La température possède l’expression suivante
(
)
LV
TxxTT
−
+
=
1 où x est le titre de
vapeur,
L
T , la température du liquide saturé et
V
T , la température de la vapeur saturée
c) L’entropie massique du mélange diphasique possède l’expression suivante
(
)
LV
sxxss
−
+
=
1 où
L
s est l’entropie massique du liquide saturé et
V
s , l’entropie
massique de la vapeur saturée
d) Les points situés à l’intérieur de la courbe de la saturation, correspondent à un état
diphasique (liquide-vapeur).
Question 14 : On considère une masse d’air humide (1) égale à m
1
=8000 kg pris dans les
conditions θ
1
=20°C (température sèche) et e
1
=80% (humidité relative). En utilisant le
diagramme psychrométrique joint au QCA, vérifier les affirmations suivantes :
a) L’air humide a une enthalpie égale à environ 12 Kcal.kg
-1
b) L’air humide a une température de rosée égale à environ 25°C
c) L’air humide (1) aura une humidité spécifique égale à environ 10 g/kg air sec si on lui
enlève 7 kcal/kg
d) Cette transformation (cas c) se traduit par la condensation d’une partie de la vapeur
d’eau comprise dans l’air humide.
V
p