QCM : Fondements de la thermodynamique (30 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant les approches de la thermodynamique, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La thermodynamique phénoménologique explique le comportement macroscopique par les trajectoires individuelles.
La thermodynamique statistique décrit les systèmes sans considérer les particules microscopiques.
Elle repose sur un nombre restreint de lois et de principes fondés sur l’expérience.
La thermodynamique phénoménologique étudie les systèmes à l’échelle macroscopique.
La thermodynamique statistique explique les propriétés macroscopiques à partir des particules microscopiques.

Elle repose sur un nombre restreint de lois et de principes fondés sur l’expérience. · La thermodynamique phénoménologique étudie les systèmes à l’échelle macroscopique. · La thermodynamique statistique explique les propriétés macroscopiques à partir des particules microscopiques.

Explication

La thermodynamique phénoménologique décrit les systèmes macroscopiques à partir de lois expérimentales. La thermodynamique statistique relie ces propriétés au comportement des particules microscopiques ; elle ne se confond donc pas avec l’approche phénoménologique.

2. Parmi les propositions suivantes concernant les applications de la thermodynamique, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Elle a été développée initialement pour accroître l’efficacité des télécommunications.
La thermodynamique a été développée initialement au XIXe siècle pour améliorer les machines à vapeur.
Elle s’applique notamment à l’étude des moteurs thermiques.
Les phénomènes climatiques ne relèvent pas des applications de la thermodynamique.
Les pompes à chaleur et les réfrigérateurs sont exclus des applications thermodynamiques.

La thermodynamique a été développée initialement au XIXe siècle pour améliorer les machines à vapeur. · Elle s’applique notamment à l’étude des moteurs thermiques.

Explication

La thermodynamique s’est développée au XIXe siècle pour améliorer l’efficacité des premières machines à vapeur. Elle s’applique aussi aux moteurs thermiques ; les pompes à chaleur, les réfrigérateurs et les phénomènes climatiques font également partie de ses domaines d’application.

3. À propos des états solide, liquide et gazeux, la(les)quelle(s) est(sont) la(les) proposition(s) exacte(s) ?

Un liquide possède une masse volumique environ 1000 fois inférieure à celle d’un gaz.
Un solide présente des particules éloignées et de faibles interactions interparticulaires.
Un liquide est compact mais dépourvu d’ordre à longue portée.
Un solide est compact et ordonné à l’échelle de sa structure.
Un gaz contient des particules rapprochées avec de fortes interactions.

Un liquide est compact mais dépourvu d’ordre à longue portée. · Un solide est compact et ordonné à l’échelle de sa structure.

Explication

L’état solide est compact et ordonné, tandis que l’état liquide est compact sans ordre à longue portée. Dans un gaz, les particules sont éloignées et leurs interactions sont faibles. Les phases solide et liquide sont condensées, alors que les phases liquide et gazeuse sont fluides ; les masses volumiques du liquide et du solide sont en outre environ 1000 fois supérieures à celle d’un gaz.

4. Les catégories de phases de la matière comprennent :

Les phases liquide et gazeuse appartiennent aux phases fluides.
Les phases solide et gazeuse constituent les phases condensées.
Les phases solide et liquide appartiennent aux phases condensées.
La phase gazeuse appartient aux phases condensées avec la phase solide.
La phase solide appartient aux phases fluides avec la phase liquide.

Les phases liquide et gazeuse appartiennent aux phases fluides. · Les phases solide et liquide appartiennent aux phases condensées.

Explication

Les phases solide et liquide sont dites condensées. Les phases liquide et gazeuse sont dites fluides ; la phase solide n’est pas fluide et la phase gazeuse n’est pas condensée.

5. Concernant les échelles d’observation de la matière, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’échelle microscopique concerne les atomes et molécules autour de 0,1 nm0{,}1\ \text{nm}.
L’échelle macroscopique est typiquement supérieure à 1 mm1\ \text{mm}.
L’échelle macroscopique se situe entre l’échelle microscopique et l’échelle mésoscopique.
L’échelle mésoscopique correspond aux particules individuelles observées séparément.
L’échelle microscopique correspond aux grandeurs locales moyennes d’un grand ensemble.

L’échelle microscopique concerne les atomes et molécules autour de $$0{,}1\ \text{nm}$$. · L’échelle macroscopique est typiquement supérieure à $$1\ \text{mm}$$.

Explication

L’échelle macroscopique est typiquement supérieure à 1 mm1\ \text{mm}, tandis que l’échelle microscopique concerne les atomes et molécules autour de 0,1 nm0{,}1\ \text{nm}. L’échelle mésoscopique est intermédiaire et contient assez de particules pour définir des grandeurs locales.

6. Concernant la définition d’un système thermodynamique, quelle(s) est(sont) la(les) proposition(s) exacte(s) ?

Le milieu extérieur désigne la portion spatiale sélectionnée pour l’étude.
Un système thermodynamique est une portion spatiale de l’univers étudiée.
Il est séparé du milieu extérieur par une frontière réelle ou fictive.
Un système thermodynamique est défini sans utiliser de frontière séparatrice.
Il correspond à tout ce qui se trouve à l’extérieur de la frontière choisie.

Un système thermodynamique est une portion spatiale de l’univers étudiée. · Il est séparé du milieu extérieur par une frontière réelle ou fictive.

Explication

Un système thermodynamique est une portion spatiale de l’univers isolée réellement ou fictivement du milieu extérieur par une frontière. Le milieu extérieur correspond à tout ce qui se trouve hors de cette frontière, et non à la portion étudiée.

7. Un système thermodynamique peut être classé selon ses échanges avec le milieu extérieur :

Un système fermé échange de l’énergie, mais pas de matière, avec l’extérieur.
L’eau contenue dans une gourde bien fermée constitue une approximation de système ouvert.
Un système isolé échange de l’énergie tout en empêchant les échanges de matière.
Un système ouvert échange de la matière et de l’énergie avec l’extérieur.
L’univers est considéré comme un système fermé.

Un système fermé échange de l’énergie, mais pas de matière, avec l’extérieur. · Un système ouvert échange de la matière et de l’énergie avec l’extérieur.

Explication

Un système ouvert échange matière et énergie avec le milieu extérieur. Un système fermé échange de l’énergie mais pas de matière, tandis qu’un système isolé n’échange ni matière ni énergie. Ainsi, l’eau d’une gourde bien fermée constitue une approximation de système fermé, et l’univers est considéré comme un système isolé.

8. Concernant l’objet de la thermodynamique, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La thermodynamique décrit les états d’équilibre des systèmes macroscopiques.
La thermodynamique utilise une description macroscopique des systèmes étudiés.
La thermodynamique suit individuellement les particules constituant chaque système.
La thermodynamique analyse principalement les trajectoires microscopiques de chaque particule.
La mécanique microscopique étudie le comportement de particules individuelles.

La thermodynamique décrit les états d’équilibre des systèmes macroscopiques. · La thermodynamique utilise une description macroscopique des systèmes étudiés. · La mécanique microscopique étudie le comportement de particules individuelles.

Explication

La thermodynamique étudie les états d’équilibre macroscopiques au moyen d’une description globale. Le suivi des particules individuelles relève de la mécanique microscopique, et non de la thermodynamique.

9. Les caractéristiques des grandeurs extensives et intensives comprennent :

Une grandeur extensive est additive lors de la subdivision d’un système.
La température et la pression sont des grandeurs intensives.
La masse et le volume restent identiques dans chaque sous-système.
Une grandeur extensive est proportionnelle à la taille du système considéré.
Une grandeur intensive varie avec la taille globale du système étudié.

Une grandeur extensive est additive lors de la subdivision d’un système. · La température et la pression sont des grandeurs intensives. · Une grandeur extensive est proportionnelle à la taille du système considéré.

Explication

Une grandeur extensive est additive et proportionnelle à la taille du système, tandis qu’une grandeur intensive ne dépend pas de cette taille. La température et la pression sont intensives, alors que la masse et le volume sont extensifs.

10. Pour un corps pur monophasé, quelle(s) relation(s) concernant une grandeur extensive est(sont) exacte(s) ?

Une grandeur extensive vérifie G=mgG=mg avec une grandeur massique gg.
La relation massique correspondante est G=mgG=\frac{m}{g}.
La grandeur extensive s’exprime par G=GmnG=\frac{G_m}{n} dans ce cas.
La grandeur molaire est obtenue par Gm=nGG_m=nG pour un corps pur.
Une grandeur extensive peut s’écrire G=nGmG=nG_m pour un corps pur monophasé.

Une grandeur extensive vérifie $$G=mg$$ avec une grandeur massique $$g$$. · Une grandeur extensive peut s’écrire $$G=nG_m$$ pour un corps pur monophasé.

Explication

Pour un corps pur monophasé, la grandeur extensive vérifie G=nGm=mgG=nG_m=mg. Les expressions comportant une division ou une inversion des facteurs ne correspondent pas aux définitions molaires et massiques données.

11. Concernant la température et l’équilibre thermique, la(les) proposition(s) exacte(s) est(sont) :

La température est une grandeur physique caractérisant l’état thermique d’un corps.
Des corps en équilibre thermique possèdent la même température.
L’équilibre thermique est associé à une température commune entre les corps.
La température ne doit pas être confondue avec un transfert d’énergie.
La chaleur désigne une grandeur physique prenant la même valeur dans tous les corps.

La température est une grandeur physique caractérisant l’état thermique d’un corps. · Des corps en équilibre thermique possèdent la même température. · L’équilibre thermique est associé à une température commune entre les corps. · La température ne doit pas être confondue avec un transfert d’énergie.

Explication

La température est une grandeur physique commune aux corps en équilibre thermique. La chaleur désigne un transfert d’énergie et ne se confond donc pas avec la température.

12. Deux corps sont chacun en équilibre thermique avec un troisième corps. Quelles propositions sont exactes ?

La relation d’équilibre thermique est transitive dans cette situation.
Les trois corps possèdent la même température d’équilibre.
Un simple contact transitoire suffit à établir cette conclusion thermique.
Les deux premiers corps sont alors en équilibre thermique entre eux.
Les deux premiers corps peuvent conserver des températures différentes malgré cet équilibre.

La relation d’équilibre thermique est transitive dans cette situation. · Les trois corps possèdent la même température d’équilibre. · Les deux premiers corps sont alors en équilibre thermique entre eux.

Explication

La transitivité de l’équilibre thermique implique que deux corps en équilibre avec un troisième sont en équilibre entre eux. Un contact transitoire ne constitue pas nécessairement un équilibre thermique et n’autorise pas des températures différentes.

13. À propos de la pression exercée par un fluide, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La pression correspond à une force tangentielle exercée parallèlement à la surface.
Dans la relation vectorielle, PP désigne la pression et SS la surface.
Le vecteur normal unitaire est orienté vers l’intérieur de la surface.
La pression d’un fluide est liée à la force pressante exercée sur une surface.
La force pressante s’écrit F⃗=PSn⃗\vec{F}=PS\vec{n} avec n⃗\vec{n} normal sortant unitaire.

Dans la relation vectorielle, $$P$$ désigne la pression et $$S$$ la surface. · La pression d’un fluide est liée à la force pressante exercée sur une surface. · La force pressante s’écrit $$\vec{F}=PS\vec{n}$$ avec $$\vec{n}$$ normal sortant unitaire.

Explication

La pression décrit l’action pressante du fluide sur une surface et vérifie F⃗=PSn⃗\vec{F}=PS\vec{n}. Le vecteur normal est sortant et unitaire ; la force pressante est normale à la surface, non tangentielle.

14. Concernant l’expression et l’unité de la pression, quelle(s) proposition(s) est(sont) exacte(s) ?

L’unité SI de pression est le N m−1\mathrm{N\,m^{-1}}.
La relation entre pression, force et surface est P=FSP=\frac{F}{S}.
Un pascal équivaut à 1 N m−21\,\mathrm{N\,m^{-2}}.
La pression est une force rapportée à l’unité de surface.
La pression augmente lorsque la surface augmente à force constante.

La relation entre pression, force et surface est $$P=\frac{F}{S}$$. · Un pascal équivaut à $$1\,\mathrm{N\,m^{-2}}$$. · La pression est une force rapportée à l’unité de surface.

Explication

La pression est définie par P=FSP=\frac{F}{S} et son unité SI est le pascal, avec 1 Pa=1 N m−21\,\mathrm{Pa}=1\,\mathrm{N\,m^{-2}}. L’unité proposée avec une longueur à la puissance moins un est incorrecte, et une surface plus grande diminue la pression à force constante.

15. Concernant la distinction entre état stationnaire et équilibre thermodynamique, la(les) proposition(s) exacte(s) est(sont) :

L’équilibre thermodynamique exige l’absence de transfert net avec l’extérieur.
Un équilibre thermodynamique implique un état stationnaire du système.
Des transferts compensés peuvent exister dans un état stationnaire.
Un système stationnaire conserve ses paramètres d’état constants dans le temps.
Un état stationnaire exclut tout transfert de matière ou d’énergie avec l’extérieur.

L’équilibre thermodynamique exige l’absence de transfert net avec l’extérieur. · Un équilibre thermodynamique implique un état stationnaire du système. · Des transferts compensés peuvent exister dans un état stationnaire. · Un système stationnaire conserve ses paramètres d’état constants dans le temps.

Explication

Un état stationnaire signifie que les paramètres d’état restent constants, sans interdire des transferts compensés. L’équilibre thermodynamique est plus exigeant : il est stationnaire et ne présente aucun transfert net de matière ou d’énergie avec l’extérieur.

16. Une équation d’état permet de :

Décrire une relation entre la pression, le volume et la température.
Relier les variables d’état d’un système à l’équilibre.
S’exprimer sous la forme générale f(P,V,T)=0f(P,V,T)=0.
Remplacer les variables d’état par les trajectoires individuelles des particules.
S’appliquer nécessairement à un système éloigné de l’équilibre.

Décrire une relation entre la pression, le volume et la température. · Relier les variables d’état d’un système à l’équilibre. · S’exprimer sous la forme générale $$f(P,V,T)=0$$.

Explication

Une équation d’état relie les variables d’état d’un système à l’équilibre et peut s’écrire f(P,V,T)=0f(P,V,T)=0. Elle ne décrit ni un système nécessairement hors équilibre ni les trajectoires individuelles des particules.

17. Concernant les propriétés d’une phase condensée, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Une phase condensée incompressible a une masse volumique indépendante de la pression.
L’indilatabilité concerne la dépendance de la masse volumique à la température.
Une phase peut être à la fois incompressible et indilatable.
L’incompressibilité signifie que la masse volumique varie avec la pression.
Une phase condensée indilatable a une masse volumique indépendante de la température.

Une phase condensée incompressible a une masse volumique indépendante de la pression. · L’indilatabilité concerne la dépendance de la masse volumique à la température. · Une phase peut être à la fois incompressible et indilatable. · Une phase condensée indilatable a une masse volumique indépendante de la température.

Explication

L’incompressibilité signifie que la masse volumique ne dépend pas de la pression, tandis que l’indilatabilité signifie qu’elle ne dépend pas de la température. Une phase condensée peut réunir ces deux propriétés.

18. Concernant le modèle du gaz parfait, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le modèle du gaz parfait constitue une approximation idéale du comportement de certains gaz.
Un gaz réel se distingue du gaz parfait par l’existence d’interactions entre particules.
Le modèle du gaz parfait prend en compte les forces d’interaction entre toutes les particules.
Le gaz parfait est un modèle théorique décrivant des particules sans interactions mutuelles.
Les interactions entre particules sont négligées dans le modèle du gaz parfait.

Le modèle du gaz parfait constitue une approximation idéale du comportement de certains gaz. · Un gaz réel se distingue du gaz parfait par l’existence d’interactions entre particules. · Le gaz parfait est un modèle théorique décrivant des particules sans interactions mutuelles. · Les interactions entre particules sont négligées dans le modèle du gaz parfait.

Explication

Le gaz parfait est un modèle théorique dans lequel les interactions entre particules sont négligées. Les gaz réels peuvent présenter des interactions, et le modèle fournit une approximation idéale de leur comportement ; il ne comptabilise donc pas les forces d’interaction.

19. À propos de l’équation d’état d’un gaz parfait :

La pression est reliée au volume par P=VnRTP=\frac{V}{nRT}.
L’équation d’état s’écrit PV=nRTPV=nRT.
La température intervenant dans l’équation s’exprime en degrés Celsius.
L’équation relie la pression, le volume, la quantité de matière et la température.
La constante des gaz parfaits vaut environ 8,31 J K−1 mol−18{,}31\,\mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}.

L’équation d’état s’écrit $$PV=nRT$$. · L’équation relie la pression, le volume, la quantité de matière et la température. · La constante des gaz parfaits vaut environ $$8{,}31\,\mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}$$.

Explication

L’équation des gaz parfaits est PV=nRTPV=nRT, avec R≈8,31 J K−1 mol−1R\approx8{,}31\,\mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}. Elle relie bien les quatre grandeurs citées ; en revanche, l’isolement de la pression donne P=nRTVP=\frac{nRT}{V} et la température doit être absolue, en kelvins.

20. Concernant la définition de l’énergie interne, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

L’énergie interne correspond à une moyenne de l’énergie totale microscopique du système.
Elle correspond à l’énergie cinétique du mouvement global du système.
Elle comprend l’énergie potentielle d’interaction entre les constituants.
Elle comprend l’énergie cinétique des constituants microscopiques.
L’énergie interne décrit une grandeur associée à l’état microscopique du système.

L’énergie interne correspond à une moyenne de l’énergie totale microscopique du système. · Elle comprend l’énergie potentielle d’interaction entre les constituants. · Elle comprend l’énergie cinétique des constituants microscopiques. · L’énergie interne décrit une grandeur associée à l’état microscopique du système.

Explication

L’énergie interne est la moyenne de l’énergie totale des constituants microscopiques. Elle inclut leurs énergies cinétiques et leurs énergies potentielles d’interaction ; elle ne se réduit pas à l’énergie cinétique du mouvement global du système.

21. Parmi les propositions suivantes concernant l’énergie interne, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

L’énergie interne est une fonction d’état du système.
L’énergie interne est une grandeur extensive.
L’énergie interne se mesure en pascals dans le Système international.
La chaleur et le travail sont des fonctions d’état de même nature que l’énergie interne.
L’énergie interne se mesure en joules.

L’énergie interne est une fonction d’état du système. · L’énergie interne est une grandeur extensive. · L’énergie interne se mesure en joules.

Explication

L’énergie interne est une fonction d’état extensive et son unité est le joule. La chaleur et le travail décrivent des échanges au cours d’une transformation, tandis que le pascal est une unité de pression.

22. Un gaz parfait monoatomique contient nn moles à la température TT. Quelles relations sont exactes ?

À quantité de matière fixée, son énergie interne augmente avec la température.
Le coefficient numérique de son énergie interne vaut 52\frac{5}{2}.
L’énergie interne monoatomique s’écrit U=32RTnU=\frac{3}{2}\frac{RT}{n}.
Pour une température donnée, doubler nn double l’énergie interne.
Son énergie interne vérifie U=32nRTU=\frac{3}{2}nRT.

À quantité de matière fixée, son énergie interne augmente avec la température. · Pour une température donnée, doubler $$n$$ double l’énergie interne. · Son énergie interne vérifie $$U=\frac{3}{2}nRT$$.

Explication

Pour un gaz parfait monoatomique, U=32nRTU=\frac{3}{2}nRT. L’énergie interne augmente donc avec TT et est proportionnelle à nn ; le coefficient 52\frac{5}{2} correspond au gaz diatomique, tandis que la dernière expression inverse incorrectement la dépendance en quantité de matière.

23. Concernant l’énergie interne d’un gaz parfait diatomique, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

L’expression de l’énergie interne est U=52nRTU=\frac{5}{2}nRT.
Le coefficient numérique diatomique est supérieur à celui du gaz monoatomique.
À température et quantité de matière identiques, un gaz diatomique possède une énergie interne supérieure au gaz monoatomique.
L’expression monoatomique correspond à U=32nRTU=\frac{3}{2}nRT.
L’énergie interne diatomique s’écrit U=32nRTU=\frac{3}{2}nRT.

L’expression de l’énergie interne est $$U=\frac{5}{2}nRT$$. · Le coefficient numérique diatomique est supérieur à celui du gaz monoatomique. · À température et quantité de matière identiques, un gaz diatomique possède une énergie interne supérieure au gaz monoatomique. · L’expression monoatomique correspond à $$U=\frac{3}{2}nRT$$.

Explication

Pour un gaz parfait diatomique, U=52nRTU=\frac{5}{2}nRT, alors que l’expression monoatomique est U=32nRTU=\frac{3}{2}nRT. À mêmes nn et TT, le coefficient supérieur rend donc l’énergie interne diatomique plus grande ; la dernière proposition attribue à tort la formule monoatomique au gaz diatomique.

24. Une transformation thermodynamique d’un système fermé correspond à :

Une évolution concernant un système fermé.
Une modification de l’état thermodynamique du système.
Une description définie par des états initial et final d’équilibre.
Un passage entre un état d’équilibre initial et un état d’équilibre final.
Une comparaison entre deux systèmes distincts sans évolution du système étudié.

Une évolution concernant un système fermé. · Une modification de l’état thermodynamique du système. · Une description définie par des états initial et final d’équilibre. · Un passage entre un état d’équilibre initial et un état d’équilibre final.

Explication

Une transformation thermodynamique est le passage d’un système fermé d’un état d’équilibre initial à un état d’équilibre final. Elle décrit donc une évolution du système entre deux états ; une simple comparaison de systèmes distincts ne constitue pas une transformation.

25. Concernant la distinction entre transformations finie et infinitésimale, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une transformation finie présente une variation mesurable des variables d’état.
Une transformation infinitésimale correspond à une variation infiniment petite.
Une transformation infinitésimale s’étudie entre deux instants voisins.
Une transformation finie concerne un système ouvert entre deux états d’équilibre.
Une transformation infinitésimale présente une variation mesurable de grande amplitude.

Une transformation finie présente une variation mesurable des variables d’état. · Une transformation infinitésimale correspond à une variation infiniment petite. · Une transformation infinitésimale s’étudie entre deux instants voisins.

Explication

Une transformation finie comporte une variation mesurable des variables d’état, tandis qu’une transformation infinitésimale correspond à une variation infiniment petite entre deux instants voisins. Une transformation thermodynamique concerne un système fermé passant d’un état d’équilibre initial à un état d’équilibre final ; elle ne concerne donc pas un système ouvert.

26. Pour une grandeur d’état GG passant de l’état initial à l’état final, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La variation globale dépend des valeurs initiale et finale de GG.
Si Gf=GiG_f=G_i, alors ΔG=0\Delta G=0.
Une variation globale décrit l’écart entre les états initial et final.
La notation dGdG désigne nécessairement la variation globale entre les deux états.
La variation globale s’écrit ΔG=Gf−Gi\Delta G=G_f-G_i.

La variation globale dépend des valeurs initiale et finale de $$G$$. · Si $$G_f=G_i$$, alors $$\Delta G=0$$. · Une variation globale décrit l’écart entre les états initial et final. · La variation globale s’écrit $$\Delta G=G_f-G_i$$.

Explication

La variation globale est définie par ΔG=Gf−Gi\Delta G=G_f-G_i ; elle dépend donc des valeurs initiale et finale et s’annule lorsqu’elles sont égales. La notation dGdG désigne une variation infinitésimale, et non la variation globale.

27. Concernant la capacité thermique, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

La capacité thermique s’exprime à partir de l’énergie nécessaire pour changer la température.
Une augmentation de température implique un échange énergétique lié à la capacité thermique.
Une capacité thermique relie une variation d’énergie à une variation de température.
La capacité thermique mesure l’énergie nécessaire pour modifier la température d’un corps.
La capacité thermique caractérise la réponse thermique globale d’un corps considéré.

La capacité thermique s’exprime à partir de l’énergie nécessaire pour changer la température. · Une augmentation de température implique un échange énergétique lié à la capacité thermique. · Une capacité thermique relie une variation d’énergie à une variation de température. · La capacité thermique mesure l’énergie nécessaire pour modifier la température d’un corps. · La capacité thermique caractérise la réponse thermique globale d’un corps considéré.

Explication

La capacité thermique quantifie l’énergie nécessaire pour faire varier la température d’un corps. Elle relie donc l’énergie échangée à la variation de température et caractérise la réponse thermique globale du corps.

28. À propos de la capacité thermique à volume constant, quelles sont les propositions exactes ?

La grandeur CVC_V correspond à la capacité thermique molaire du système.
Dans cette relation, CVC_V désigne la capacité thermique à volume constant.
À volume constant, la variation infinitésimale d’énergie interne vérifie dU=CVdTdU=C_VdT.
La capacité CVC_V est une grandeur extensive associée au système étudié.
La relation dU=CVdTdU=C_VdT concerne une variation infinitésimale d’énergie interne.

Dans cette relation, $$C_V$$ désigne la capacité thermique à volume constant. · À volume constant, la variation infinitésimale d’énergie interne vérifie $$dU=C_VdT$$. · La capacité $$C_V$$ est une grandeur extensive associée au système étudié. · La relation $$dU=C_VdT$$ concerne une variation infinitésimale d’énergie interne.

Explication

À volume constant, l’énergie interne vérifie dU=CVdTdU=C_VdT, où CVC_V est la capacité thermique à volume constant. Cette capacité est extensive, tandis que la capacité molaire est notée CV,mC_{V,m}.

29. Un gaz parfait monoatomique contient une quantité de matière nn et possède une masse molaire MM. Quelles propositions sont exactes ?

Sa capacité thermique molaire à volume constant vaut CV,m=32RC_{V,m}=\frac{3}{2}R.
Sa capacité thermique à volume constant vaut CV=32nRC_V=\frac{3}{2}nR.
À volume constant, la variation infinitésimale d’énergie interne vérifie dU=cVdTdU=c_VdT.
Sa capacité thermique massique à volume constant vaut cV=3R2Mc_V=\frac{3R}{2M}.
Sa capacité thermique molaire à volume constant vaut CV,m=52RC_{V,m}=\frac{5}{2}R.

Sa capacité thermique molaire à volume constant vaut $$C_{V,m}=\frac{3}{2}R$$. · Sa capacité thermique à volume constant vaut $$C_V=\frac{3}{2}nR$$. · Sa capacité thermique massique à volume constant vaut $$c_V=\frac{3R}{2M}$$.

Explication

Pour un gaz parfait monoatomique, on a CV=32nRC_V=\frac{3}{2}nR, CV,m=32RC_{V,m}=\frac{3}{2}R et cV=3R2Mc_V=\frac{3R}{2M}. À volume constant, la relation différentielle correcte est dU=CVdTdU=C_VdT, tandis que la capacité molaire est définie par CV,m=CVnC_{V,m}=\frac{C_V}{n}. Les coefficients 52\frac{5}{2} caractérisent le gaz parfait diatomique.

30. Concernant un gaz parfait diatomique, la(les)quelle(s) proposition(s) est(sont) exacte(s) ?

Sa capacité thermique à volume constant vaut CV=52nRC_V=\frac{5}{2}nR.
Sa capacité thermique massique à volume constant vaut cV=5R2Mc_V=\frac{5R}{2M}.
Sa capacité thermique molaire à volume constant vaut CV,m=52RC_{V,m}=\frac{5}{2}R.
Sa capacité thermique massique à volume constant vaut cV=3R2Mc_V=\frac{3R}{2M}.
Sa capacité thermique molaire à volume constant vaut CV,m=32RC_{V,m}=\frac{3}{2}R.

Sa capacité thermique à volume constant vaut $$C_V=\frac{5}{2}nR$$. · Sa capacité thermique massique à volume constant vaut $$c_V=\frac{5R}{2M}$$. · Sa capacité thermique molaire à volume constant vaut $$C_{V,m}=\frac{5}{2}R$$.

Explication

Pour un gaz parfait diatomique, on a CV=52nRC_V=\frac{5}{2}nR, CV,m=52RC_{V,m}=\frac{5}{2}R et cV=5R2Mc_V=\frac{5R}{2M}. Les expressions contenant 32\frac{3}{2} concernent le gaz parfait monoatomique.

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Qu'étudie la thermodynamique phénoménologique ?

Les systèmes à l’échelle macroscopique.

Sur quoi repose la thermodynamique phénoménologique ?

Sur un nombre restreint de lois et de principes fondés sur l’expérience.

Quelles sont les caractéristiques de l'état solide ?

Il est compact et ordonné.

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