Compilation des rapports du jury 2003

Compilation des rapports du jury 2003-2008
Leçons de thermodynamique
Les numéros des leçons renvoient à la liste de 2009, même si les titres des leçons ont pu correspondre à d'autres numéros au cours
des années précédentes et dans les rapports du jury.
12. Modèle du gaz parfait.
(2004) Le candidat doit maîtriser les ordres de grandeur des valeurs des grandeurs introduites : densité
particulaire ; nombre de collisions par unité de temps, de surface ; vitesse quadratique moyenne ; longueur
d’onde de de Broglie associée à une entité ... et savoir les utiliser de manière pertinente au cours de l’exposé.
La notion de gaz parfait polyatomique doit être abordée.
(2005) Les notions de température cinétique et de température thermodynamique doivent être clairement
dégagées.
(2008) Les notions de moyennes, de valeurs quadratiques moyennes ainsi que l’exploitation des hypothèses
formulées pour l’étude du gaz parfait sur l’évaluation de ces grandeurs sont très souvent mal introduites,
voire mal comprises.
13. Fonctions d’état caractéristiques d’un système à l’équilibre thermodynamique.
Identités thermodynamiques. Applications.
[Intitulé jusqu'en 2008 : État d’équilibre thermodynamique. Fonctions d’état. Identités
thermodynamiques. Applications. ]
(2006) Le jury constate une confusion fréquente entre la notion de fonction d’état munie de ses variables
naturelles (c’est l’objet de la leçon) et la notion de potentiel thermodynamique. On se concentre ici sur
l’équilibre thermodynamique, et sur la manière d’obtenir toute l’information sur un système à l’équilibre
thermodynamique.
(2007) La confusion est fréquente entre la fonction d’état exprimée en fonction des variables naturelles (objet
de la leçon) et le potentiel thermodynamique. Cette leçon est centrée sur l’équilibre thermodynamique et sur
la manière d’obtenir toute l’information sur un système parvenu dans cet état.
(2008) La confusion est fréquente entre la fonction d’état exprimée en fonction des variables naturelles
(objet de la leçon) et le potentiel thermodynamique. Cette leçon est centrée sur l’équilibre thermodynamique,
sur la manière d’obtenir toute l’information sur un système parvenu dans cet état et non sur la nature de cette
information. Dans la liste 2009, le titre de cette leçon est modifié.

14. Évolution et condition d’équilibre d’un système thermodynamique fermé :
potentiels thermodynamiques. Exemples.
[Intitulé jusqu'en 2008 : idem, sans « Exemples. »]
(2003) Cette leçon permet d’introduire la notion de travail récupérable.
Il est nécessaire de présenter un exemple montrant clairement que l’on peut éventuellement récupérer du
travail lors d’une transformation si celle-ci est bien conduite. Les fonctions d’état F et G ne sont pas
simplement des cas particuliers de fonctions F* et G* ; elles ont un intérêt thermodynamique propre et ne
doivent pas être confondues avec les potentiels thermodynamiques.
(2006) Le jury invite les candidats à bien distinguer les paramètres extérieurs fixés qui déterminent le
potentiel thermodynamique adapté à la recherche de l’équilibre et les variables internes libres de fluctuer
pour permettre au système d’atteindre l’équilibre.
(2007) Il faut bien distinguer les paramètres extérieurs dont la valeur fixée détermine le potentiel
thermodynamique adapté à la recherche de l’équilibre et les variables internes dont les variations permettent
au système d’atteindre l’équilibre.
(2008) Il faut bien distinguer les paramètres extérieurs dont la valeur fixée détermine le potentiel
thermodynamique adapté à la recherche de l’équilibre et les variables internes dont les variations permettent
au système d’atteindre l’équilibre. Les exemples d’application sont indispensables.
15. Thermodynamique des phénomènes irréversibles.
[Intitulé jusqu'en 2005 : Exemples de phénomènes irréversibles ; bilans d’entropie.]
(2003) Cette leçon ne doit pas se résumer à une suite de calculs de variation d’entropie qui conduisent à la
conclusion : l’entropie créée est positive. En effet, bien souvent les situations étudiées sont de toute évidence
irréversibles.
Par ailleurs, le calcul de la variation d’entropie d’un gaz parfait dans différentes transformations est souvent
répétitif et fastidieux. L’entropie est une fonction d’état dont il est possible d’établir l’expression (à une
constante additive près) dans certains cas. Ensuite, on peut en calculer la variation, le but de l’opération étant
de mettre en évidence les sources de l’irréversibilité et de savoir s’il est possible de passer à des
transformation réversibles plus intéressantes.
(2004) Rappelons qu’il faut s’attacher à identifier les causes d’irréversibilité dans les transformations
étudiées.
(2005) On note des confusions sur l’écriture même du deuxième principe. Les bilans ne doivent pas se
limiter aux irréversibilités liées aux diffusions thermique ou de particules. Les critères d’irréversibilité
doivent être dégagés. Il n’est pas nécessaire de calculer systématiquement l’entropie créée pour déterminer si
une transformation est ou n’est pas réversible.
16. Application des deux premiers principes de la thermodynamique au
fonctionnement des machines thermiques.
(2003) Au delà de l’exposé classique que l’on trouve toujours, il faut discuter les causes d’irréversibilité :
s’agit-il de frottements mécaniques ou de problèmes de diffusion thermique ? Par ailleurs, les moteurs
réversibles ont forcément un fonctionnement lent : comment peut-on alors récupérer de la puissance avec une
telle machine thermique ? Il est intéressant d’évoquer également la nature des fluides subissant les cycles.
Pourquoi certaines machines utilisent elles des fluides subissant des changements d’état ?
(2004) Le candidat peut parfaitement présenter des machines thermiques cycliques où le fluide caloporteur

subit des changements d’états.
(2006, 2007 et 2008) Les candidats ne peuvent se contenter de traiter le fonctionnement de machines
« théoriques », mais doivent développer un exemple de machine réelle.
17. Étude thermodynamique d’un système constitué par un corps pur sous plusieurs
phases. Exemples.
(2004) Il ne faut pas rester à un niveau trop descriptif : on attend l’utilisation de potentiels
thermodynamiques adaptés pour prévoir l’évolution du système et sa possibilité d’équilibre.
(2005) Cette leçon est parfois confondue avec une étude descriptive des changements d’état.
(2006) Il s’agit bien d’une étude thermodynamique fondée sur l’utilisation des potentiels thermodynamiques
et non d’une étude descriptive des changements d’état.
(2007 et 2008) Il s’agit bien d’une étude thermodynamique fondée sur l’utilisation des potentiels
thermodynamiques, et non d’une étude descriptive des changements d’état. Il importe de comprendre
l’intérêt de l’enthalpie libre pour cette leçon.
18. Notion d’état microscopique. Interprétation statistique de l’entropie. Exemples.
(2004) Il faut définir avec soin les notions de microétats et de macroétats : pour cela, on peut s’appuyer par
exemple sur un système physique discret. Ce peut être l’occasion d’introduire la notion de température
thermodynamique.
(2008) Les notions de probabilités et les statistiques mises en œuvre doivent être introduites de manière
précise.
19. Introduction au facteur de Boltzmann à partir d’un exemple au choix.
Applications.
[Intitulé de 2003 à 2006 : Facteur de Boltzmann. Applications.]
(2005) Curieusement, la valeur numérique de la constante de Boltzmann n’est pas connue. D’une manière
générale, les leçons présentées pêchent par manque d’ordres de grandeur des énergies mises en jeu.
(2006) Les conditions d’utilisation du facteur de Boltzmann doivent être précisées.
[Intitulé en 2007 : Modèle de l’atmosphère terrestre en équilibre isotherme. Introduction au facteur de
Boltzmann. Applications. ]
(2007) Les conditions d’utilisation du facteur de Boltzmann doivent être précisées. L’atmosphère en
équilibre isotherme est un exemple parmi d’autres permettant d’introduire le facteur de Boltzmann. Il n’est
pas le seul et le jury souhaite laisser davantage de liberté aux candidats. Dans la liste 2008, le titre de la leçon
correspondante est modifié dans ce sens.
[Intitulé en 2008 : Introduction au facteur de Boltzmann à partir d’un exemple au choix. Applications. ]

(2008) Les conditions d’utilisation du facteur de Boltzmann doivent être précisées. L’atmosphère en
équilibre isotherme n’est qu’un exemple parmi d’autres permettant d’introduire le facteur de Boltzmann.
20. Rayonnement d’équilibre thermique. Corps noir. Application aux transferts
thermiques radiatifs.
[Intitulé jusqu'en 2008 : Rayonnement d’équilibre thermique. Corps noir. Applications.]
(2004) Le candidat doit savoir faire la différence entre le champ de rayonnement d’équilibre et le corps noir.
L’effet de serre ne constitue pas l’unique application à envisager pour ce sujet, et les valeurs numériques
obtenues avec des modèles élémentaires de cet effet doivent être présentées avec beaucoup d’esprit critique.
(2008) La leçon doit permettre d’aborder la notion de transfert thermique radiatif et d’en présenter
des applications. La démonstration de la loi de Planck n’est pas le centre de la leçon.
21. Étude d’un phénomène de transport : conduction thermique ou diffusion de
particules. Applications.
(2006) Un modèle microscopique doit être présenté.
(2007 et 2008) L’aspect microscopique doit être abordé.
50. Capacités thermiques : description , interprétations microscopiques.
(2006, 2007 et 2008) Elle ne doit pas se limiter à un long exposé de méthodes calorimétriques mais laisser
une place importante aux modèles microscopiques. Les capacités thermiques doivent être définies à partir
des dérivées partielles de l’entropie ou de l’énergie interne.
Enfin, une remarque générale :
(2005) Les notions de système, d’état d’équilibre et de fonction d’état doivent être parfaitement maîtrisées.