QCM : Fluides au repos et pression (13 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans un fluide, que désigne l’agitation thermique ?

La pression exercée par le fluide sur les parois
Le déplacement global du fluide dans son récipient
La variation de volume du fluide sous l’effet de la chaleur
Le mouvement permanent des molécules du fluide

Le mouvement permanent des molécules du fluide

Explication

L’agitation thermique correspond au mouvement permanent des molécules d’un fluide. Le déplacement global décrit plutôt un écoulement, tandis que l’agitation concerne les molécules elles-mêmes.

2. Que mesure la température à l’échelle macroscopique ?

La masse totale des molécules présentes dans le fluide
La force exercée par les molécules sur une surface
Le volume occupé par les molécules dans le récipient
L’agitation thermique des molécules à notre échelle

L’agitation thermique des molécules à notre échelle

Explication

La température est la grandeur macroscopique qui mesure à notre échelle l’agitation thermique des molécules. Elle ne mesure pas directement la masse ou le volume du fluide.

3. Un fluide est à 20 ∘C20\,{}^\circ\mathrm{C}. Quelle est sa température en kelvins selon la conversion donnée ?

293 K293\,\mathrm{K}
273 K273\,\mathrm{K}
20 K20\,\mathrm{K}
253 K253\,\mathrm{K}

$$293\,\mathrm{K}$$

Explication

On ajoute 273 à la température en degrés Celsius, ce qui donne 20+273=293 K20+273=293\,\mathrm{K}. La valeur 253 K253\,\mathrm{K} correspondrait à une soustraction de 273 au lieu d’une addition.

4. Comment les molécules d’un fluide exercent-elles une force pressante sur les parois du récipient ?

Elles frappent les parois en raison de leur mouvement
Elles chauffent les parois, qui repoussent ensuite le fluide
Elles se regroupent au fond et compriment le récipient
Elles s’immobilisent contre les parois et les attirent

Elles frappent les parois en raison de leur mouvement

Explication

Les molécules en mouvement frappent les parois du récipient et exercent ainsi une force pressante. La force ne provient pas d’un regroupement au fond du récipient.

5. À quoi correspond la pression exercée sur une surface ?

À la variation de température par unité de force
À la force pressante exercée par unité de surface
À la force pressante totale, quelle que soit la surface
À la surface occupée par unité de force pressante

À la force pressante exercée par unité de surface

Explication

La pression représente la force pressante exercée par unité de surface. Une force totale ne suffit donc pas à définir la pression sans tenir compte de la surface concernée.

6. Une force de 12 N12\,\mathrm{N} agit sur une surface de 3 m23\,\mathrm{m^2}. Quelle pression exerce-t-elle ?

9 Pa9\,\mathrm{Pa}
36 Pa36\,\mathrm{Pa}
0,25 Pa0{,}25\,\mathrm{Pa}
4 Pa4\,\mathrm{Pa}

$$4\,\mathrm{Pa}$$

Explication

La relation P=FSP=\frac{F}{S} donne P=123=4 PaP=\frac{12}{3}=4\,\mathrm{Pa}. Multiplier la force par la surface ne correspond pas à la formule de la pression.

7. Que représente le volume d’un fluide et quelle est son unité SI ?

L’espace disponible pour le fluide, mesuré en mètres cubes
Le nombre de molécules du fluide, mesuré en moles
La masse du fluide, mesurée en kilogrammes
La surface occupée par le fluide, mesurée en mètres carrés

L’espace disponible pour le fluide, mesuré en mètres cubes

Explication

Le volume est l’espace disponible pour le fluide, et son unité SI est le mètre cube. Le litre est aussi utilisé en chimie, mais il ne remplace pas l’unité SI.

8. Que désigne la quantité de matière d’un échantillon ?

Le volume occupé par les molécules exprimé en litres
La taille moyenne des molécules exprimée en mètres
La masse totale des molécules exprimée en kilogrammes
Le nombre de molécules exprimé en moles, par paquets de taille constante

Le nombre de molécules exprimé en moles, par paquets de taille constante

Explication

La quantité de matière exprime le nombre de molécules en moles, les molécules étant comptées par paquets de taille constante. La masse et le volume sont des grandeurs distinctes de cette quantité.

9. Un échantillon contient 1,204×10241{,}204\times10^{24} molécules. Quelle quantité de matière contient-il, avec NA=6,02×1023 mol−1N_A=6{,}02\times10^{23}\,\mathrm{mol^{-1}} ?

6,02 mol6{,}02\,\mathrm{mol}
1,204 mol1{,}204\,\mathrm{mol}
2 mol2\,\mathrm{mol}
0,5 mol0{,}5\,\mathrm{mol}

$$2\,\mathrm{mol}$$

Explication

La relation n=NNAn=\frac{N}{N_A} donne n=1,204×10246,02×1023=2 moln=\frac{1{,}204\times10^{24}}{6{,}02\times10^{23}}=2\,\mathrm{mol}. La valeur 0,5 mol0{,}5\,\mathrm{mol} proviendrait d’une inversion du rapport.

10. À température et quantité de matière constantes, quelle relation décrit la loi de Mariotte pour un fluide au repos ?

Le produit de la pression par le volume reste constant.
Le rapport de la pression au volume reste constant.
La somme de la pression et du volume reste constante.
Le produit de la pression par la température reste constant.

Le produit de la pression par le volume reste constant.

Explication

La loi de Mariotte indique que le produit PVPV ne varie pas lorsque la température et la quantité de matière sont constantes. Le rapport P/VP/V n’est pas la grandeur conservée par cette loi.

11. Une bouteille de 12 L est remplie à 200 bars et l’air est détendu à 1 bar. Quelle durée d’autonomie obtient-on avec une consommation de 15 L par minute ?

240 minutes, soit 4 heures.
120 minutes, soit 2 heures.
160 minutes, soit 2 h 40 min.
180 minutes, soit 3 heures.

160 minutes, soit 2 h 40 min.

Explication

La détente fournit 12×200=2 40012\times 200=2\,400 L d’air à 1 bar, ce qui correspond à 160 minutes à 15 L par minute. Une durée de 120 minutes résulterait d’un volume disponible inférieur à celui obtenu avec les données de la bouteille.

12. Comment exprimer la variation de pression entre deux altitudes z0z_0 et z1z_1 dans un fluide de masse volumique ρ\rho ?

P(z1)−P(z0)=ρg(z0−z1)P(z_1)-P(z_0)=\rho g(z_0-z_1)
P(z1)−P(z0)=ρg(z1−z0)P(z_1)-P(z_0)=\rho g(z_1-z_0)
P(z1)−P(z0)=gρ(z0−z1)P(z_1)-P(z_0)=\frac{g}{\rho}(z_0-z_1)
P(z1)+P(z0)=ρg(z0−z1)P(z_1)+P(z_0)=\rho g(z_0-z_1)

$$P(z_1)-P(z_0)=\rho g(z_0-z_1)$$

Explication

La variation de pression est donnée par la masse volumique multipliée par l’accélération de la pesanteur et par la différence d’altitude dans l’ordre z0−z1z_0-z_1. Inverser cette différence donne le signe opposé à celui de la relation.

13. Un plongeur descend dans l’eau puis remonte vers la surface : comment évolue la pression liée à la profondeur ?

Elle augmente pendant la descente et diminue pendant la remontée.
Elle augmente pendant la descente et reste stable pendant la remontée.
Elle reste stable pendant la descente et la remontée.
Elle diminue pendant la descente et augmente pendant la remontée.

Elle augmente pendant la descente et diminue pendant la remontée.

Explication

Dans un fluide, la pression augmente quand la profondeur augmente et diminue lorsque l’on remonte. L’idée que la pression diminue pendant la descente inverse le sens de cette variation.

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Quel mouvement constitue l’agitation thermique ?

Le mouvement permanent des molécules d’un fluide.

Que mesure la température à l’échelle macroscopique ?

L’agitation thermique des molécules.

Quelle formule convertit une température Celsius en kelvins ?

T (K)=θ (∘C)+273T\ (\mathrm{K})=\theta\ ({}^\circ\mathrm{C})+273.

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