Physique Générale

Physique Générale
10ème série d’exercices
24 octobre 2013
2ème Principe de la Thermodynamique
1.
Un QCM sur le nombre d’états et l’entropie
L’état d’un gaz change de manière isotherme (à la température T ) telle sorte que le
nombre d’états détaillés passe de m1 à m2 . La variation d’entropie est de
a) ∆S = 0 , b) ∆S = k (m2 − m1 ) , c) ∆S = k m2 /m1 , d) ∆S = k ln(m2 · m1 ),
e) ∆S = k ln(m2 /m1 ) ?
La chaleur échangée 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
A convertit une certaine quantité de chaleur en une même quantité de travail mécanique,
B convertit une certaine quantité de travail mécanique en une même quantité de chaleur,
C prend une certaine quantité de chaleur, produit un travail mécanique, et rejette de la
chaleur,
D utilise du travail mécanique pour transférer de la chaleur d’une source froide à une
source chaude,
E utilise du travail mécanique pour transférer de la chaleur d’une source chaude à une
source froide.
b) Dans un processus irréversible mettant en jeu un système et son environnement,
A L’entropie du système ne change pas.
B L’entropie du système augmente.
C L’entropie totale du système et de son environnement ne change pas.
D L’entropie totale du système et de son environnement augmente.
E Aucun des points précédents n’est juste.
c) Une machine thermique opère entre une source chaude à 200 K et une source froide
à 100 K. A chaque cycle, il prend 100 Joules à la source chaude, relache 25 Joules à la
source froide et produit 75 Joules de travail. Cette machine viole
A Le premier et le deuxième principe de la Thermodynamique.
B Le premier mais pas le deuxième principe de la Thermodynamique.
C Le deuxième premier mais pas le premier principe de la Thermodynamique.
D Ni le premier ni le deuxième principe de la Thermodynamique.
E Aucun des points précédents n’est juste.
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3.
Une machine de Carnot...
Une machine de Carnot dont la source chaude est à 300K a un rendement de 30%. De
combien la température de la source froide doit-elle être changée pour que son rendement
soit de 40% ?
4.
Rendement d’une centrale thermique
Une centrale thermique brûle 380 tonnes de charbon chaque heure pour fournir du
travail mécanique à un taux de 750 MW. Sachant que la chaleur de combustion du
charbon (c.à.d. la chaleur dégagée lors de sa combustion) est de 28 MJ/kg, calculez le
rendement de la centrale.
5.
Variation d’entropie
Deux masses égales et constituées de la même matière sont initialement aux températures
T1 = 60◦ C et T2 = 20◦ C. Les deux masses sont isolées de l’extérieur et l’une de l’autre.
On enlève la cloison centrale.
T1
T
2
Isolation
T1 > T
2
Au bout d’un moment la température des deux masses s’égalise à la température
finale Tf = 40◦ C. Quelle est la variation d’entropie de ce processus irréversible si les
masses sont de m = 1, 5 kg avec une chaleur spécifique de 386 J/kg · K.
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