Physique Générale

Physique G´en´erale
10`eme s´erie d’exercices
24 octobre 2013
2`eme Principe de la Thermodynamique
1. Un QCM sur le nombre d’´etats et l’entropie
L’´etat d’un gaz change de mani`ere isotherme (`a la temp´erature T) telle sorte que le
nombre d’´etats d´etaill´es passe de m1`a m2. La variation d’entropie est de
a) ∆S= 0 , b) ∆S=k(m2−m1) , c) ∆S=k m2/m1,d) ∆S=kln(m2·m1),
e) ∆S=kln(m2/m1) ?
La chaleur ´echang´ee est-elle
a) Q= 0 , b) Q= (m2/m1)k T ,c) Q=−(m2/m1)k T d) Q=k T ln(m2/m1) ,
e) Q=−k T ln(m2/m1) ?
2. QCM sur les machines thermiques et l’entropie
a) Une machine thermique
Aconvertit une certaine quantit´e de chaleur en une mˆeme quantit´e de travail m´ecanique,
Bconvertit une certaine quantit´e de travail m´ecanique en une mˆeme quantit´e de chaleur,
Cprend une certaine quantit´e de chaleur, produit un travail m´ecanique, et rejette de la
chaleur,
Dutilise du travail m´ecanique pour transf´erer de la chaleur d’une source froide `a une
source chaude,
Eutilise du travail m´ecanique pour transf´erer de la chaleur d’une source chaude `a une
source froide.
b) Dans un processus irr´eversible mettant en jeu un syst`eme et son environnement,
AL’entropie du syst`eme ne change pas.
BL’entropie du syst`eme augmente.
CL’entropie totale du syst`eme et de son environnement ne change pas.
DL’entropie totale du syst`eme et de son environnement augmente.
EAucun des points pr´ec´edents n’est juste.
c) Une machine thermique op`ere entre une source chaude `a 200 K et une source froide
`a 100 K. A chaque cycle, il prend 100 Joules `a la source chaude, relache 25 Joules `a la
source froide et produit 75 Joules de travail. Cette machine viole
ALe premier et le deuxi`eme principe de la Thermodynamique.
BLe premier mais pas le deuxi`eme principe de la Thermodynamique.
CLe deuxi`eme premier mais pas le premier principe de la Thermodynamique.
DNi le premier ni le deuxi`eme principe de la Thermodynamique.
EAucun des points pr´ec´edents n’est juste.
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3. Une machine de Carnot...
Une machine de Carnot dont la source chaude est `a 300K a un rendement de 30%. De
combien la temp´erature de la source froide doit-elle ˆetre chang´ee pour que son rendement
soit de 40% ?
4. Rendement d’une centrale thermique
Une centrale thermique brˆule 380 tonnes de charbon chaque heure pour fournir du
travail m´ecanique `a un taux de 750 MW. Sachant que la chaleur de combustion du
charbon (c.`a.d. la chaleur d´egag´ee lors de sa combustion) est de 28 MJ/kg, calculez le
rendement de la centrale.
5. Variation d’entropie
Deux masses ´egales et constitu´ees de la mˆeme mati`ere sont initialement aux temp´eratures
T1= 60◦C et T2= 20◦C. Les deux masses sont isol´ees de l’ext´erieur et l’une de l’autre.
On enl`eve la cloison centrale.
Isolation
T1
T1
T2
T2
>
Au bout d’un moment la temp´erature des deux masses s’´egalise `a la temp´erature
finale Tf= 40◦C. Quelle est la variation d’entropie de ce processus irr´eversible si les
masses sont de m= 1,5 kg avec une chaleur sp´ecifique de 386 J/kg ·K.
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