QCM : Thermodynamique fondamentale — 17 questions

Explication

Le principe d’Avogadro établit que des volumes égaux de gaz à même pression et température contiennent le même nombre de molécules. Cette conclusion ne fixe ni la masse totale ni la masse molaire, qui dépendent de la nature du gaz.

Explication

L’énergie interne comprend notamment les contributions translationnelles, rotationnelles, vibrationnelles et électrostatiques des constituants. La chaleur et le travail sont des modes de transfert d’énergie, et non des composantes de l’énergie interne.

Explication

La variation d’une fonction d’état est déterminée par les états initial et final, indépendamment du chemin. La chaleur et le travail décrivent des transferts dont la valeur peut dépendre du trajet suivi.

Explication

Le système est la partie de l’univers dans laquelle la transformation étudiée se produit, avec une frontière réelle ou fictive. Les éléments situés à l’extérieur constituent le milieu extérieur, et non le système.

Explication

La pression se calcule par $P=\frac{F}{S}$, donc $P=\frac{200}{4}=50\,\mathrm{Pa}$. La multiplication de la force par la surface donnerait une autre grandeur et non une pression.

Explication

Un système fermé peut échanger de l’énergie avec l’extérieur sans échange de matière. Un système ouvert échange matière et énergie, tandis qu’un système isolé n’échange ni matière ni énergie.

Explication

La thermodynamique caractérise les échanges d’énergie et l’évolution entre un état initial et un état final. La cinétique s’intéresse plutôt au mécanisme et à la durée de la transformation.

Explication

L’équilibre avec le milieu extérieur requiert un équilibre thermique, mécanique et chimique, correspondant respectivement aux températures, aux pressions et aux concentrations. Confondre températures et pressions ne satisfait qu’une partie des conditions nécessaires.

Explication

Pour un système isolé, $\Delta U=0$ et la relation $\Delta U=W+Q$ impose $W=-Q=-150\,\mathrm{J}$. Le travail compense donc exactement la chaleur reçue dans cette convention de signes.

Explication

Une transformation réversible passe par une infinité d’états intermédiaires assimilables à des états d’équilibre. Une évolution spontanée, rapide ou dissipative correspond plutôt aux caractéristiques d’une transformation irréversible.

Explication

La cinétique apporte les informations sur le mécanisme et la durée, que la thermodynamique ne fournit pas. La thermodynamique décrit plutôt les échanges d’énergie et les états de départ et d’arrivée.

Explication

Avec la convention donnée, la variation vaut $\Delta U=W+Q=200+500=700\,\mathrm{J}$. Soustraire le travail de la chaleur appliquerait une convention ou une interprétation différente de celle indiquée dans la relation.

Explication

Le modèle du gaz parfait néglige les interactions entre molécules et décrit notamment le comportement limite de gaz non ionisés à faible pression. Les interactions fortes et l’ionisation ne définissent pas ce modèle.

Explication

La pression est une grandeur macroscopique mesurable qui caractérise l’état du système. Le chemin, la durée et la vitesse décrivent le déroulement d’une transformation plutôt que l’état lui-même.

Explication

La conversion s’effectue avec $T(\mathrm{K})=\theta(°\mathrm{C})+273{,}15$, soit $25+273{,}15=298{,}15\,\mathrm{K}$. La valeur $273{,}15\,\mathrm{K}$ correspond à $0\,°\mathrm{C}$.

Explication

La chaleur correspond à un transfert d’énergie associé à des mouvements désordonnés, alors que le travail est associé à des mouvements ordonnés. Les deux notions décrivent des transferts d’énergie et non des transferts directs de matière.

Explication

Les unités SI correspondantes sont le mètre cube pour le volume, le pascal pour la pression, le kelvin pour la température et le joule pour l’énergie. Le bar, le litre et le degré Celsius sont des unités courantes, mais ne constituent pas les unités SI demandées ici.