Flashcards : Conduction et rayonnement thermique (90 cartes)

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1Question

Comment sont disposées les particules dans l'état solide ?

Réponse

Elles sont compactes et ordonnées.

2Question

Quelle caractéristique distingue l'état liquide de l'état gazeux ?

Réponse

L'état liquide est compact sans ordre à longue portée, l'état gazeux a des particules éloignées.

3Question

Quelles phases sont qualifiées de condensées ?

Réponse

Les phases solide et liquide.

4Question

Quelles phases sont qualifiées de fluides ?

Réponse

Les phases liquide et gazeuse.

5Question

Quelles sont les tailles typiques des échelles macroscopique, microscopique et mésoscopique ?

Réponse

Macroscopique > 1 mm, microscopique ~ 0,1 nm, mésoscopique intermédiaire et locale.

6Question

Quelle formule exprime la masse volumique locale au point M ?

Réponse

$\rho(M)=\frac{dm}{dV}$

7Question

Qu'est-ce qu'un système thermodynamique ?

Réponse

Une portion spatiale isolée du milieu extérieur par une frontière.

8Question

Quelle différence existe-t-il entre un système ouvert et un système fermé ?

Réponse

Un système ouvert échange matière et énergie, un fermé échange seulement énergie.

9Question

Que décrit la thermodynamique ?

Réponse

L'étude des états d'équilibre des systèmes macroscopiques par une description macroscopique.

10Question

Qu'est-ce qu'un paramètre d'état en thermodynamique ?

Réponse

Une grandeur macroscopique caractérisant un système thermodynamique.

11Question

Quelle est la différence entre une grandeur extensive et une grandeur intensive ?

Réponse

Une grandeur extensive dépend de la taille et s'additionne, une intensive est indépendante de la taille.

12Question

Quelle est la définition de la température en thermodynamique ?

Réponse

Une grandeur physique égale pour tous les corps en équilibre thermique.

13Question

Que dit le principe zéro de la thermodynamique ?

Réponse

Deux corps en équilibre thermique avec un troisième sont en équilibre thermique entre eux.

14Question

Qu'est-ce qu'une équation d'état pour un système à l'équilibre ?

Réponse

La relation entre les variables d'état caractérisant ce système.

15Question

Quelles conditions définissent une phase condensée incompressible ?

Réponse

Sa masse volumique ne varie pas avec la pression.

16Question

Quelles conditions définissent une phase condensée indilatable ?

Réponse

Sa masse volumique ne varie pas avec la température.

17Question

Quelle est l'équation d'état d'une phase condensée indilatable et incompressible ?

Réponse

$V(T,P)=V_0$ où $V_0$ est une constante.

18Question

Qu'est-ce qu'un gaz parfait selon le modèle théorique ?

Réponse

Un gaz dont les particules n'interagissent pas.

19Question

Dans quelles conditions l'approximation du gaz parfait est-elle valable ?

Réponse

Lorsque les molécules sont très éloignées, notamment à basse pression.

20Question

Quelle formule relie la quantité de matière au nombre de particules ?

Réponse

$n=\frac{N}{N_A}$

21Question

Quelle est l'équation d'état des gaz parfaits ?

Réponse

$PV=nRT$

22Question

Quelles unités utilisent P, V, n, T et R dans l'équation des gaz parfaits ?

Réponse

P en pascals, V en mètres cubes, n en moles, T en kelvins, $R\approx8{,}31\,J.K^{-1}.mol^{-1}$ .

23Question

Qu'est-ce que l'énergie interne d'un système thermodynamique ?

Réponse

La moyenne de l'énergie totale microscopique incluant cinétique et potentielle.

24Question

De quelles variables dépend l'énergie interne ?

Réponse

Des variables d'état T, P, V et n.

25Question

Quelle est la formule de l'énergie interne pour un gaz parfait monoatomique ?

Réponse

$U=\frac{3}{2}nRT$

26Question

De quoi dépend l'énergie interne molaire d'un gaz parfait monoatomique ?

Réponse

Uniquement de la température.

27Question

Quelle est la formule de l'énergie interne pour un gaz parfait diatomique ?

Réponse

$U=\frac{5}{2}nRT$

28Question

Pourquoi l'énergie interne d'un gaz diatomique vaut-elle $\frac{5}{2}nRT$ ?

Réponse

Chaque molécule a 3 degrés de liberté de translation et 2 de rotation.

29Question

Quelle relation lie la capacité thermique à volume constant et la variation d'énergie interne ?

Réponse

$dU=C_VdT$ où $C_V$ est en joules par kelvin.

30Question

Qu'est-ce qu'une transformation thermodynamique ?

Réponse

Le passage d'un système fermé d'un état d'équilibre initial à un état d'équilibre final.

31Question

Quelle grandeur reste constante lors d'une transformation isochore ?

Réponse

Le volume.

32Question

Quelle grandeur reste constante lors d'une transformation isotherme ?

Réponse

La température.

33Question

Quelle grandeur reste constante lors d'une transformation isobare ?

Réponse

La pression.

34Question

Quelle différence existe entre transformation monotherme et isotherme ?

Réponse

Monotherme maintient la température extérieure fixe, isotherme impose une température uniforme et constante du système.

35Question

Quelle est l'expression du travail élémentaire des forces de pression sur un système ?

Réponse

$\delta W=-P_{ext}dV$

36Question

Comment calcule-t-on le travail total reçu par un système entre volumes $V_i$ et $V_f$ ?

Réponse

$W=-\int_{V_i}^{V_f}P_{ext}dV$

37Question

Qu'est-ce qu'une transformation adiabatique ?

Réponse

Une transformation sans transfert thermique, donc $Q=0$ .

38Question

Comment s'écrit le premier principe pour un système fermé avec énergie mécanique négligeable ?

Réponse

$\Delta U=W+Q$

39Question

Que se passe-t-il lors de la formation des nuages selon le processus décrit ?

Réponse

L'air chaud monte, sa pression diminue, il se détend adiabatiquement, sa température baisse, puis la vapeur d'eau se condense.

40Question

Comment définit-on l'enthalpie d'un système thermodynamique ?

Réponse

$H = U + PV$ , somme de l'énergie interne et du produit pression-volume.

41Question

Quelle est l'expression du premier principe pour une transformation monobare avec équilibre mécanique ?

Réponse

$\Delta H = W_{autre} + Q$

42Question

Que vaut la variation d'enthalpie si seules les forces de pression agissent ?

Réponse

$\Delta H = Q$

43Question

Comment se définit la capacité thermique à pression constante ?

Réponse

$dH = C_P\,dT$ lors d'une transformation infinitésimale à pression constante.

44Question

Quelle est la relation de Mayer pour un gaz parfait ?

Réponse

$C_P - C_V = nR$

45Question

Quelles sont les caractéristiques d'une transformation réversible ?

Réponse

Elle est quasistatique et peut être inversée par une variation infinitésimale des contraintes.

46Question

Qu'est-ce que l'entropie S dans un système thermodynamique ?

Réponse

Une fonction d’état extensive mesurée en joules par kelvin.

47Question

Quelle est l'expression du second principe en termes d'entropie ?

Réponse

$\Delta S=S_{créée}+S_{éch}$ avec $S_{créée}\geq0$ .

48Question

Quelle est la valeur de l'entropie créée pour une transformation réversible ?

Réponse

Elle est nulle.

49Question

Comment calcule-t-on $S_{éch}$ si la température de la frontière est $T_{front}$ et le transfert thermique $Q$ ?

Réponse

$S_{éch}=\frac{Q}{T_{front}}$ .

50Question

Que se passe-t-il à l'entropie dans un système isolé avec le temps ?

Réponse

Elle ne diminue pas et atteint un maximum à l’état d’équilibre.

51Question

Quelle est la formule de la variation d'entropie pour une phase condensée indilatable ?

Réponse

$\Delta S=C\ln\left(\frac{T}{T_0}\right)$

52Question

Quelle est la formule de la variation d'entropie d'un gaz parfait entre (T0,P0) et (T,P) ?

Réponse

$\Delta S=nC_{P,m}\ln\left(\frac{T}{T_0}\right)-nR\ln\left(\frac{P}{P_0}\right)$

53Question

Quelle est la variation d'énergie interne dans une détente de Joule-Gay-Lussac ?

Réponse

$\Delta U=0$

54Question

Quelle est la relation entre températures initiale et finale dans une détente de Joule-Gay-Lussac pour un gaz parfait ?

Réponse

$T_f=T_i$

55Question

Quelle est la variation d'entropie si le volume double dans une détente de Joule-Gay-Lussac ?

Réponse

$\Delta S=nR\ln 2>0$

56Question

Quelle est la loi de Laplace pour une transformation isentropique d'un gaz parfait ?

Réponse

$PV^\gamma=\mathrm{cste}$

57Question

Quelle relation lie la température et le volume dans une transformation isentropique d'un gaz parfait ?

Réponse

$TV^{\gamma-1}=\mathrm{cste}$

58Question

Quelle relation lie la pression et la température dans une transformation isentropique d'un gaz parfait ?

Réponse

$P^{1-\gamma}T^\gamma=\mathrm{cste}$

59Question

Qu'est-ce qu'une machine thermique ?

Réponse

Un dispositif réalisant un cycle d'échanges de travail et chaleur avec un agent thermique.

60Question

Quelle condition caractérise un moteur thermique selon le travail W ?

Réponse

Il produit du travail avec W ≤ 0 selon les conventions du cours.

61Question

Quelle condition caractérise un récepteur thermique selon le travail W ?

Réponse

Il reçoit du travail extérieur avec W > 0.

62Question

Quelle est l'expression du premier principe pour un cycle complet ?

Réponse

$W+\sum_i Q_i=0$

63Question

Quelle est l'expression du second principe pour un cycle complet ?

Réponse

$\sum_i\frac{Q_i}{T_i}+S_{créée}=0$

64Question

Quelle inégalité exprime Clausius pour une machine thermique ?

Réponse

$\sum_i\frac{Q_i}{T_i}\leq0$

65Question

Quand l'égalité de Clausius est-elle vérifiée ?

Réponse

Uniquement en fonctionnement réversible.

66Question

Quelles conditions thermiques définit un moteur ditherme ?

Réponse

Il produit un travail $W<0$ , reçoit $Q_c>0$ et cède $Q_f<0$ .

67Question

Quelle formule exprime le rendement d'un moteur ditherme ?

Réponse

$\eta=-\frac{W}{Q_c}=1+\frac{Q_f}{Q_c}\leq 1-\frac{T_f}{T_c}$ .

68Question

Quelle est la formule du rendement de Carnot pour un moteur ditherme réversible ?

Réponse

$\eta_{rev}=1-\frac{T_f}{T_c}$ .

69Question

Quelles sont les conditions thermiques d'un récepteur ditherme ?

Réponse

Il reçoit $W>0$ et $Q_f>0$ , et cède $Q_c<0$ .

70Question

Quelle est l'efficacité maximale d'une machine frigorifique réversible ?

Réponse

$e_{rev}=\frac{T_f}{T_c-T_f}$ .

71Question

Quelle est l'efficacité maximale d'une pompe à chaleur réversible ?

Réponse

$e_{rev}=\frac{T_c}{T_c-T_f}$ .

72Question

Quelle est la différence de masse volumique entre un gaz et les phases solide ou liquide ?

Réponse

Les solides et liquides ont une masse volumique environ 1000 fois supérieure à celle d'un gaz.

73Question

Quelle masse a un mètre cube d'eau comparé à un mètre cube d'air ?

Réponse

Un mètre cube d'eau pèse une tonne, un mètre cube d'air 1,3 kg.

74Question

Comment s'exprime une grandeur extensive $G$ pour un corps pur monophasé ?

Réponse

$G = nG_m = mg$ avec $n$ quantité de matière, $G_m$ grandeur molaire, $m$ masse, $g$ grandeur massique.

75Question

Comment relie-t-on la température absolue à la température Celsius ?

Réponse

$T(K)=\theta(^{\circ}C)+273\,^{\circ}C$ .

76Question

Combien de particules contient une mole ?

Réponse

$N_A=6{,}022\times10^{23}$ particules.

77Question

Quel est le volume molaire d'un gaz parfait aux conditions standard ?

Réponse

Environ $22{,}4\,L.mol^{-1}$ .

78Question

Quelle formule donne la masse volumique d'un gaz parfait ?

Réponse

$\rho=\frac{PM}{RT}$

79Question

Comment calcule-t-on la densité d'un gaz parfait ?

Réponse

$d=\frac{M}{M_{air}}$

80Question

De quoi dépend l'énergie interne d'une phase condensée indilatable et incompressible ?

Réponse

Uniquement de la température.

81Question

Quelle relation reste constante pour un gaz parfait en transformation isochore ?

Réponse

Le rapport $\frac{P}{T}$ .

82Question

Quelle relation reste constante pour un gaz parfait en transformation isotherme ?

Réponse

Le produit $PV$ .

83Question

Quelle relation reste constante pour un gaz parfait en transformation isobare ?

Réponse

Le rapport $\frac{V}{T}$ .

84Question

Quelle formule donne le travail lors d'une transformation monobare à pression constante $P_0$ ?

Réponse

$W=-P_0\Delta V$

85Question

Quel est le travail d'une transformation isotherme et réversible d'un gaz parfait ?

Réponse

$W=nRT\ln\frac{V_i}{V_f}=nRT\ln\frac{P_f}{P_i}$

86Question

Quelle différence principale existe entre conduction, convection et rayonnement ?

Réponse

La conduction transmet la chaleur sans mouvement macroscopique, la convection implique un déplacement de matière, et le rayonnement se propage par ondes électromagnétiques même dans le vide.

87Question

Quelle relation lie les capacités thermiques molaire et massique à pression constante ?

Réponse

$C_{P,m}=\frac{C_P}{n}$ , $c_P=\frac{C_P}{m}$ et $C_{P,m}=Mc_P$

88Question

Quelles causes d'irréversibilité créent des inhomogénéités ?

Réponse

Les frottements mécaniques et l’effet Joule.

89Question

Qui a énoncé le second principe de la thermodynamique en 1824 ?

Réponse

Sadi Carnot.

90Question

Quelles températures caractérisent une machine thermique dithermes ?

Réponse

Une source chaude à Tc et une source froide à Tf avec Tc > Tf.

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