Lois des Gaz et Thermodynamique

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Questions and Answers

Dans un système thermodynamique fermé contenant un gaz parfait, si le volume est réduit de moitié et la température absolue est doublée, comment la pression évolue-t-elle selon les lois des gaz?

La pression reste inchangée car les effets du volume et de la température s'annulent.
La pression est quadruplée, résultant de la combinaison de la réduction de volume et de l'augmentation de température. (correct)
La pression est réduite de moitié, car l'augmentation de la température ne suffit pas à compenser la réduction du volume.
La pression est doublée, car la diminution du volume est compensée par l'augmentation de la température.

Un échantillon d'air est initialement à 27°C et occupe un volume de 10 L sous une pression de 1 atm. Si la température est augmentée à 327°C et la pression est réduite à 0.5 atm, quel est le nouveau volume de l'échantillon, en considérant le comportement idéal du gaz?

60 L
10 L
20 L
40 L (correct)

Considérant un cylindre rempli d'un gaz parfait, initialement à une pression de 200 kPa, un volume de 0.1 m³, et une température de 300 K, si le gaz subit une transformation isobarique (pression constante) où le volume double, quelle sera la température finale du gaz en degrés Celsius?

873 °C
600 °C
327 °C (correct)
300 °C

Un ballon de baudruche est gonflé avec de l'air à température ambiante (25°C) jusqu'à un volume de 5 litres au niveau de la mer (1 atm). Si ce ballon est ensuite emmené au sommet d'une montagne où la pression est de 0.75 atm et la température est de -5°C, quel sera le nouveau volume du ballon, en supposant que le ballon est parfaitement élastique et que l'air se comporte comme un gaz parfait?

6.3 L (B) Signup and view all the answers

Un récipient rigide et scellé contient un mélange d'azote et d'oxygène à 20°C et une pression totale de 150 kPa. Si la température du récipient est augmentée à 100°C, quelle sera la nouvelle pression totale à l'intérieur du récipient, en supposant que les gaz se comportent idéalement et qu'il n'y a pas de réaction chimique?

190 kPa (C) Signup and view all the answers

Dans le contexte de la mécanique des fluides avancée, quelle est la justification théorique la plus rigoureuse pour l'approximation d'un gaz réel en tant que gaz parfait, compte tenu des interactions intermoléculaires et des potentiels de Lennard-Jones?

Le volume molaire du gaz est significativement plus grand que le covolume de Van der Waals, rendant les interactions intermoléculaires négligeables. (C) Signup and view all the answers

Dans le cadre d'une transformation polytropique réversible d'un gaz parfait, comment l'exposant polytropique influence-t-il la relation entre le travail effectué par le système et la variation de son énergie interne, en considérant les implications thermodynamiques pour un cycle de puissance?

Un exposant polytropique égal au rapport des chaleurs spécifiques (γ) indique une transformation adiabatique où le travail est directement lié à la variation d'énergie interne. (C) Signup and view all the answers

Considérant un mélange de diazote (N₂) et de dioxygène (O₂) approché comme un gaz parfait, maintenu à température et volume constants, comment la pression partielle de chaque composant affecte-t-elle l'entropie totale du système, en tenant compte des degrés de liberté rotationnels et vibrationnels à haute température?

L'augmentation de la pression partielle de chaque composant augmente l'entropie totale en raison de l'augmentation du nombre de microétats accessibles. (D) Signup and view all the answers

Dans un scénario où un gaz parfait subit une compression adiabatique réversible, quel impact la rugosité des parois du récipient aurait-elle sur l'isentropicité du processus, et comment cela affecterait-il la validité des équations de gaz parfait?

La rugosité des parois diminuerait l'isentropicité en introduisant des gradients de température locaux et une dissipation visqueuse, invalidant ainsi l'hypothèse d'équilibre thermodynamique local. (A) Signup and view all the answers

En considérant un gaz réel qui s'écarte significativement du comportement idéal à des pressions élevées, comment la modification de l'équation d'état de Van der Waals affecte-t-elle le calcul du travail effectué lors d'une expansion isotherme réversible par rapport à l'utilisation de la loi des gaz parfaits?

L'équation de Van der Waals prédit un travail inférieur en raison de la prise en compte du volume exclu, ce qui réduit le volume disponible pour l'expansion. (A) Signup and view all the answers

Dans un système thermodynamique fermé subissant une transformation adiabatique, quelle condition additionnelle garantirait que le travail effectué par le système soit nul, en dépit des variations de pression et de volume?

L'énergie interne du système doit demeurer rigoureusement constante, compensant ainsi les variations de pression et de volume. (A) Signup and view all the answers

Un gaz idéal subit une compression polytropique réversible. Comment l'indice polytropique 'n' influence-t-il la quantité de chaleur échangée avec l'environnement, et quel est l'impact résultant sur le travail requis pour cette compression?

Un 'n' élevé minimise l'échange de chaleur, augmentant le travail requis car le processus se rapproche d'une transformation adiabatique. (D) Signup and view all the answers

Considérons une expansion polytropique où l'indice polytropique, $n$, est égal à l'exposant adiabatique, $\gamma$. Dans ce scénario spécifique, comment le travail effectué par le gaz se compare-t-il au travail qui serait effectué lors d'une expansion adiabatique standard entre les mêmes états initial et final?

Le travail effectué est identique, car l'indice polytropique égal à $\gamma$ imite parfaitement une expansion adiabatique. (B) Signup and view all the answers

Dans un processus thermodynamique complexe impliquant une combinaison de transformations adiabatiques, polytropiques et isobares, quelle stratégie permettrait de déterminer le travail total effectué par le système avec une précision maximale, compte tenu des incertitudes expérimentales inhérentes aux mesures de pression, de volume et de température?

Calculer le travail effectué pour chaque transformation individuellement, puis sommer les résultats, tout en minimisant l'accumulation d'erreurs par des techniques de régression linéaire. (C) Signup and view all the answers

Un ingénieur conçoit un moteur thermique qui utilise un gaz parfait subissant une série de transformations : une compression adiabatique, suivie d'une expansion polytropique, et enfin un refroidissement isobare pour revenir à l'état initial. Comment l'ingénieur peut-il optimiser l'indice polytropique de l'expansion pour maximiser l'efficacité du cycle, tout en minimisant les contraintes mécaniques sur le moteur?

Choisir un indice polytropique intermédiaire entre 1 et l'exposant adiabatique pour équilibrer le transfert de chaleur et le travail net, optimisant ainsi l'efficacité sans compromettre la durabilité du moteur. (B) Signup and view all the answers

Dans un système thermodynamique fermé subissant une transformation polytropique, comment la quantité de chaleur échangée avec l'environnement influence-t-elle l'exposant polytropique n par rapport à l'indice adiabatique γ et au processus isotherme pur?

L'exposant n peut être égal, supérieur, ou inférieur à γ selon le sens et l'ampleur de l'échange de chaleur; un refroidissement intense peut mener n vers zéro, imitant une transformation isobarique. (B) Signup and view all the answers

Considérant un gaz réel s'écartant significativement du comportement idéal, comment l'équation d'état des gaz parfaits doit-elle être modifiée pour prédire avec précision le travail effectué lors d'une compression isotherme?

L'équation doit être remplacée par une équation d'état plus complexe, comme celle de Van der Waals, intégrant des corrections pour les forces intermoléculaires et le volume propre des molécules, puis intégrer cette équation pour calculer le travail. (D) Signup and view all the answers

Un réservoir rigide contient un mélange de diazote (N₂) et de dioxygène (O₂) à une température et pression initiales données. Si une réaction chimique exothermique se produit à l'intérieur du réservoir, consommant une partie du N₂ et du O₂ pour former des oxydes d'azote, comment évolue la pression finale à l'intérieur du réservoir, en supposant que le volume reste constant et que le système est isolé thermiquement?

La pression finale dépendra du bilan entre l'augmentation de la température due à l'exothermicité de la réaction et la diminution du nombre total de moles de gaz; elle pourrait être supérieure, inférieure ou égale à la pression initiale. (A) Signup and view all the answers

Dans un processus de détente adiabatique réversible d'un gaz parfait, comment l'entropie du système évolue-t-elle et quel est son impact sur la capacité du système à effectuer un travail utile?

L'entropie reste constante, ce qui signifie que le processus est parfaitement réversible et que la capacité du système à effectuer un travail utile n'est pas affectée. (A) Signup and view all the answers

Un cycle de Carnot inverse est utilisé comme système de réfrigération. Si la température de la source froide diminue tandis que la température de la source chaude reste constante, comment cela affecte-t-il le coefficient de performance (COP) du réfrigérateur et la quantité de travail requise pour extraire une quantité donnée de chaleur de la source froide?

Le COP diminue et la quantité de travail requise augmente, car il faut plus d'énergie pour transférer la chaleur contre un plus grand gradient de température. (D) Signup and view all the answers

Flashcards

Lois des gaz

Règles qui décrivent le comportement des gaz en fonction de la pression, du volume et de la température.

Loi de Boyle

La pression d'un gaz diminue lorsqu'on augmente son volume, à température constante.