QCM : Enthalpie et premier principe (10 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Pour un système qui n’est pas globalement en mouvement, comment s’écrit le premier principe en fonction de la variation d’énergie interne, du travail et de la chaleur reçue ?

ΔU=W+Q\Delta U = W + Q, avec WW le travail fourni par le système et QQ la chaleur cédée
ΔU=Q−W\Delta U = Q - W, avec WW le travail reçu et QQ la chaleur reçue par le système
ΔU=W+Q\Delta U = W + Q, avec WW le travail reçu et QQ la chaleur reçue par le système
ΔU=W−Q\Delta U = W - Q, avec WW le travail fourni par le système et QQ la chaleur reçue

$$\Delta U = W + Q$$, avec $$W$$ le travail reçu et $$Q$$ la chaleur reçue par le système

Explication

Dans cette situation, la variation d’énergie interne est la somme du travail des forces exercées sur le système et de la chaleur qu’il reçoit. L’expression Q−WQ-W inverse le signe du travail reçu, au lieu de le compter comme un apport au système.

2. Un exercice fournit des données énergétiques pour un système et demande sa température finale ; à quoi le premier principe peut-il servir ?

À identifier la composition chimique du système à partir du travail des forces
À calculer la vitesse finale du système sans connaître ses échanges d’énergie
À déterminer la température finale à partir des échanges énergétiques et des données disponibles
À déduire la trajectoire mécanique du système à partir de la seule chaleur reçue

À déterminer la température finale à partir des échanges énergétiques et des données disponibles

Explication

Le premier principe permet notamment de relier les échanges d’énergie à une température finale, si les données de l’exercice le permettent. Il ne détermine pas à lui seul une trajectoire mécanique, qui relève d’autres informations.

3. Un gaz subit une transformation isochore : quelle est la valeur du travail des forces de pression ?

Il est égal à la chaleur reçue, car la pression reste constante
Il correspond au travail associé à une variation de volume des phases
Il dépend de la température finale, même si le volume reste fixe
Il est nul, car le volume ne varie pas au cours de la transformation

Il est nul, car le volume ne varie pas au cours de la transformation

Explication

En transformation isochore, le volume reste constant et le travail des forces de pression est nul. Une variation de pression à volume constant ne signifie pas que le travail de pression est celui d’une transformation à volume variable.

4. Pour calculer le travail des forces de pression lors d’une transformation isobare d’un gaz parfait, quelle grandeur intervient ?

La variation de sa composition chimique
La variation de volume du gaz
La variation de sa masse totale
La variation de son énergie interne seule

La variation de volume du gaz

Explication

Pour une transformation isobare d’un gaz parfait, le calcul du travail des forces de pression fait intervenir la variation de volume. L’énergie interne seule ne suffit pas à caractériser ce travail de pression.

5. Quelle propriété caractérise l’enthalpie d’un système ?

C’est une fonction de processus extensive, additive et de dimension énergétique.
C’est une fonction d’état intensive, additive et de dimension énergétique.
C’est une fonction d’état extensive, non additive et de dimension énergétique.
C’est une fonction d’état extensive, additive et de dimension énergétique.

C’est une fonction d’état extensive, additive et de dimension énergétique.

Explication

L’enthalpie est une fonction d’état extensive et additive, et elle a la même dimension qu’une énergie. Une grandeur intensive, contrairement à une grandeur extensive, ne croît pas avec la taille du système.

6. Lors d’une transformation monobare avec équilibre mécanique aux états initial et final, quelle relation relie la variation d’enthalpie à la chaleur et au travail des autres forces ?

La variation d’enthalpie est égale à la chaleur reçue moins le travail des forces de pression.
La variation d’enthalpie est égale au travail des forces de pression, sans contribution de la chaleur.
La variation d’enthalpie est égale à la chaleur reçue et au travail des autres forces.
La variation d’énergie interne est égale à la chaleur reçue et au travail des autres forces.

La variation d’enthalpie est égale à la chaleur reçue et au travail des autres forces.

Explication

Dans ces conditions, le bilan s’écrit ΔH=Wautres+Q\Delta H = W_{\text{autres}} + Q. La relation portant sur l’énergie interne correspond au premier principe général, et non à cette forme du bilan avec l’enthalpie.

7. Quel rôle joue la capacité thermique à pression constante dans la description d’une variation d’enthalpie ?

Elle relie le travail des forces de pression à la variation de volume.
Elle relie la chaleur échangée à la variation de pression.
Elle relie l’énergie interne à la quantité de matière du système.
Elle relie la variation d’enthalpie à la variation de température.

Elle relie la variation d’enthalpie à la variation de température.

Explication

À pression constante, la capacité thermique exprime le lien entre les variations d’enthalpie et de température, selon dH=CP dT\mathrm{d}H = C_P\,\mathrm{d}T. Le travail des forces de pression dépend plutôt de la variation de volume et ne définit pas cette capacité thermique.

8. Dans le chauffage d’un gaz à pression constante, comment le bilan énergétique diffère-t-il de celui fondé sur l’énergie interne pour déterminer la chaleur reçue ?

La variation d’enthalpie est égale au travail des forces de pression, puis se calcule avec la variation de volume.
La variation d’enthalpie est égale à la chaleur reçue, puis se calcule avec la capacité thermique molaire à pression constante.
La variation d’énergie interne est égale au travail des autres forces, puis se calcule avec la capacité thermique à pression constante.
La variation d’énergie interne est égale à la chaleur reçue, puis se calcule avec la capacité thermique molaire à volume constant.

La variation d’enthalpie est égale à la chaleur reçue, puis se calcule avec la capacité thermique molaire à pression constante.

Explication

Dans l’application au chauffage, la transformation est isobare et le bilan utilisé est ΔH=Q\Delta H=Q, avec Q=nCP,mΔTQ=nC_{P,m}\Delta T. Le bilan en énergie interne ne donne pas directement cette relation pour la chaleur lors de ce chauffage à pression constante.

9. Si le travail total fourni au système augmente tandis que la chaleur reçue reste inchangée, quelle conséquence le premier principe prévoit-il pour son énergie interne ?

Sa variation augmente, puisque travail et chaleur contribuent au bilan énergétique.
Sa variation diminue, car le travail se retranche de la chaleur reçue.
Sa variation reste identique, car le travail n’affecte pas l’énergie interne.
Sa variation devient nulle, dès que la chaleur reçue ne change pas.

Sa variation augmente, puisque travail et chaleur contribuent au bilan énergétique.

Explication

Pour un système qui n’est pas globalement en mouvement, le premier principe s’écrit ΔU=W+Q\Delta U = W + Q : une hausse de WW, à QQ inchangée, augmente donc ΔU\Delta U. L’idée que le travail se retranche de la chaleur correspondrait à une convention de signe différente de celle donnée ici.

10. Pour déterminer le travail des forces de pression lors d’un changement d’état, quelle démarche peut être nécessaire ?

Évaluer les variations de pression des phases sans tenir compte de leur volume.
Additionner les chaleurs latentes échangées par les différentes phases.
Estimer les variations de volume des différentes phases pendant la transformation.
Comparer les températures des phases avant et après la transformation.

Estimer les variations de volume des différentes phases pendant la transformation.

Explication

Le calcul du travail des forces de pression lors d’un changement d’état peut nécessiter d’estimer les variations de volume des différentes phases. Les chaleurs latentes concernent l’énergie thermique échangée et ne remplacent pas cette estimation des volumes.

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Mémorisez les réponses avec 10 flashcards sur Enthalpie et premier principe.

Quelle équation exprime le premier principe pour un système sans mouvement global ?

ΔU=W+Q\Delta U = W + Q

Quel est le travail des forces de pression lors d’une transformation isochore ?

Il est nul.

Quels travaux peuvent composer le travail total des forces ?

Le travail des forces de pression et celui d’autres forces.

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