QCM : Énergétique et bilans matière (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que mesure l’énergie d’un système lorsqu’elle lui permet de produire un travail mécanique, de l’électricité, de la lumière ou de la chaleur ?

La forme sous laquelle l’énergie est stockée dans le système
La quantité de ressources énergétiques présentes dans le système
La quantité de chaleur produite par le système
Sa capacité à modifier son état ou celui d’un autre système

Sa capacité à modifier son état ou celui d’un autre système

Explication

L’énergie mesure la capacité d’un système à modifier son état ou celui d’un autre système en produisant notamment du travail ou de la chaleur. La quantité de ressources et la forme de stockage désignent des notions distinctes, tandis que la chaleur n’est qu’un des effets possibles.

2. Une entreprise affirme que, puisque l’énergie se conserve, les réserves de pétrole ne peuvent pas s’épuiser. Quelle distinction corrige cette affirmation ?

L’énergie se conserve, mais les ressources énergétiques disponibles peuvent s’épuiser
L’énergie se conserve, donc les réserves de pétrole restent disponibles
Les ressources se conservent, mais les formes d’énergie peuvent s’épuiser
La facilité de transport se conserve, mais les ressources peuvent se transformer

L’énergie se conserve, mais les ressources énergétiques disponibles peuvent s’épuiser

Explication

La conservation concerne l’énergie comme grandeur physique, alors que les ressources énergétiques disponibles peuvent s’épuiser. L’affirmation confond donc conservation de l’énergie et disponibilité des réserves; les formes de stockage et la facilité d’utilisation sont aussi des notions distinctes.

3. Laquelle de ces listes contient exclusivement des formes d’énergie citées ?

Mécanique, électrique, solaire et chimique
Nucléaire, thermique, pétrole et radiative
Électrique, magnétique, renouvelable et mécanique
Mécanique, électrique, magnétique et chimique

Mécanique, électrique, magnétique et chimique

Explication

Les formes citées comprennent notamment les énergies mécanique, électrique, magnétique et chimique, ainsi que radiative, nucléaire et thermique. Le solaire et le pétrole renvoient à des ressources ou origines énergétiques, tandis que « renouvelable » qualifie une origine.

4. Dans une installation, un combustible fossile carboné est brûlé pour chauffer de l’eau. Sous quelle forme son énergie est-elle stockée avant la combustion, et en quoi est-elle convertie ?

Sous forme nucléaire, convertie en énergie thermique
Sous forme radiative, convertie en énergie électrique
Sous forme chimique, convertie en énergie thermique
Sous forme thermique, convertie en énergie chimique

Sous forme chimique, convertie en énergie thermique

Explication

Les combustibles fossiles carbonés stockent l’énergie sous forme chimique, que la combustion convertit en énergie thermique. Le stockage nucléaire relève du noyau atomique, tandis que les conversions radiative-électrique ou électrique-thermique correspondent à d’autres mécanismes.

5. Que désigne le rendement de conversion d’un système énergétique ?

Le rapport entre l’énergie primaire consommée et l’énergie utile finalement reçue
La différence entre l’énergie convertie et l’énergie dissipée sous forme thermique
Le rapport entre l’énergie secondaire obtenue et l’énergie primaire ou secondaire convertie
La quantité d’énergie secondaire produite par unité de temps de fonctionnement

Le rapport entre l’énergie secondaire obtenue et l’énergie primaire ou secondaire convertie

Explication

Le rendement de conversion compare l’énergie secondaire obtenue à l’énergie primaire ou secondaire convertie et s’exprime en pourcentage. Le rapport entre l’énergie primaire consommée et l’énergie utile reçue relève plutôt d’une comparaison des étapes de la chaîne énergétique.

6. Quelle est l’unité légale du Système international pour l’énergie ?

La calorie, équivalente à 4,18 joules
Le kilowattheure, équivalent à 3,6 × 10⁶ joules
Le joule, équivalent à un watt-seconde
Le watt, équivalent à un joule par seconde

Le joule, équivalent à un watt-seconde

Explication

Le joule est l’unité légale SI de l’énergie, tandis que le watt mesure la puissance. Le watt-seconde est une unité d’énergie équivalente au joule, mais ce n’est pas le nom de l’unité légale demandée.

7. Quel est le rôle d’une frontière adiabatique dans la délimitation d’un système thermodynamique ?

Empêcher les échanges de charge électrique avec l’extérieur
Empêcher les échanges de chaleur avec l’extérieur
Empêcher les échanges de matière avec l’extérieur
Empêcher les échanges de rayonnement avec l’extérieur

Empêcher les échanges de chaleur avec l’extérieur

Explication

Une frontière adiabatique caractérise l’absence d’échange de chaleur entre le système et son environnement. Une frontière qui empêche les échanges de matière correspond à la définition d’un système fermé, et non à celle d’une frontière adiabatique.

8. Dans un système ouvert en régime permanent, quelle condition doit être vérifiée pour que le bilan généralisé n’entraîne aucune accumulation ?

Les entrées et les créations égalent les sorties et les destructions.
Les créations égalent les destructions, indépendamment des flux échangés.
Les flux entrants et sortants varient ensemble au cours du temps.
Les entrées égalent les sorties, quelle que soit la génération interne.

Les entrées et les créations égalent les sorties et les destructions.

Explication

Le bilan généralisé met en balance les entrées et la création avec les sorties, la destruction et l’accumulation ; en régime permanent, l’accumulation est nulle. L’égalité des seules entrées et sorties négligerait les éventuelles créations ou destructions internes.

9. En quoi la conservation de la masse diffère-t-elle de celle du nombre total de moles lors d’une réaction chimique ?

La masse totale se conserve, tandis que le nombre total de moles peut varier.
La masse totale peut varier, tandis que le nombre total de moles se conserve.
La masse totale et le nombre total de moles peuvent varier lors d’une réaction.
La masse totale et le nombre total de moles se conservent dans toute réaction.

La masse totale se conserve, tandis que le nombre total de moles peut varier.

Explication

La loi de Lavoisier stipule que la masse totale est conservée, alors qu’une réaction peut créer ou détruire des moles. Confondre conservation de la matière et conservation du nombre de moles ignore que les coefficients stœchiométriques peuvent modifier le total molaire.

10. Dans un bilan partiel d’un constituant, quelle origine peut expliquer sa génération au sein du système ?

Une séparation physique qui transforme un constituant en un autre
Une variation de volume qui augmente la quantité de matière
Une réaction chimique qui produit ce constituant
Un apport de chaleur qui crée de la matière

Une réaction chimique qui produit ce constituant

Explication

La génération d’un constituant dans un bilan partiel provient d’une réaction chimique. Une séparation physique peut redistribuer les constituants, mais elle ne les produit pas par réaction.

11. Dans un séparateur sans réaction, pourquoi les débits molaires des constituants peuvent-ils être répartis entre plusieurs sorties sans qu’aucun constituant soit généré ?

La séparation impose une fraction molaire identique dans chaque sortie, ce qui supprime les termes de génération.
La séparation conserve le débit molaire total dans chaque branche, sans modifier les débits partiels des constituants.
La séparation redistribue les constituants, tandis que leurs bilans partiels ne comportent pas de génération chimique.
La séparation transforme une partie des constituants en d’autres espèces, compensant les débits des sorties.

La séparation redistribue les constituants, tandis que leurs bilans partiels ne comportent pas de génération chimique.

Explication

Sans réaction chimique, un séparateur ne crée ni ne détruit de constituant : il répartit les débits entrants entre les sorties, selon les bilans partiels. Une transformation en d’autres espèces impliquerait une réaction et donc pourrait produire un terme de génération.

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Que mesure l’énergie d’un système ?

Sa capacité à modifier son état ou celui d’un autre système en produisant du travail mécanique, de l’électricité, de la lumière ou de la chaleur.

Comment l’énergie se distingue-t-elle des ressources énergétiques ?

L’énergie est une grandeur physique qui se conserve, contrairement aux ressources, aux formes de stockage et à leur facilité de récupération, de transport et d’utilisation.

Quelles formes d’énergie sont citées dans cette section ?

Les énergies mécanique, électrique, magnétique, chimique, radiative, nucléaire et thermique.

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