QCM : Introduction à la thermodynamique (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un récipient laisse passer de la chaleur vers l’extérieur, mais aucune matière ne traverse ses parois. Comment classer ce système ?

Un système ouvert
Un système sans milieu extérieur
Un système fermé
Un système isolé

Un système fermé

Explication

Un système fermé n’échange pas de matière avec l’extérieur, même s’il peut échanger de l’énergie. Un système ouvert échange de la matière, tandis qu’un système isolé n’échange ni matière ni énergie.

2. À l’échelle macroscopique, quelles phases principales permettent de décrire la matière ?

Solide, liquide et vapeur
Solide, liquide et plasma
Atomes, molécules et ions
Volume, pression et température

Solide, liquide et vapeur

Explication

À l’échelle macroscopique, la matière paraît continue et existe principalement sous forme solide, liquide ou vapeur. Les atomes, molécules et ions sont des constituants microscopiques, et le volume, la pression et la température sont des paramètres macroscopiques.

3. Deux systèmes sont réunis ; la grandeur considérée vaut 4 pour le premier et 7 pour le second. Si cette grandeur est extensive, quelle valeur prend-elle dans le système réuni ?

4
5,5
7
11

11

Explication

Une variable extensive s’additionne lorsque deux systèmes sont réunis : 4+7=114 + 7 = 11. La valeur commune ou la moyenne correspond à une confusion avec une grandeur intensive ou à une opération non applicable ici.

4. Dans un système, les variables d’état sont définies, uniformes dans l’espace et constantes dans le temps ; le système n’échange pas d’énergie avec l’extérieur. Quel état décrit cette situation ?

Un état stationnaire avec gradients spatiaux
L’équilibre thermodynamique
Un état défini mais en échange énergétique
Un état homogène avec évolution temporelle

L’équilibre thermodynamique

Explication

L’équilibre thermodynamique exige des variables définies, homogènes et stationnaires, ainsi que l’absence d’échange d’énergie avec l’extérieur. Un état stationnaire peut encore présenter des variations spatiales, et l’absence d’échange énergétique fait aussi partie des conditions.

5. Qu’appelle-t-on le point critique d’un corps pur ?

Le point au-delà duquel le liquide et le gaz ne se distinguent plus
Le point où les phases solide, liquide et gazeuse coexistent
Le point où le liquide et la vapeur sont en équilibre
Le point où le solide et le liquide sont en équilibre

Le point au-delà duquel le liquide et le gaz ne se distinguent plus

Explication

Le point critique marque la limite au-delà de laquelle il n’y a plus de distinction entre les phases liquide et gazeuse. Le point de coexistence des trois phases correspond plutôt au point triple.

6. Quelle grandeur macroscopique mesure l’agitation thermique des particules à l’échelle microscopique ?

La quantité de matière du système
Le volume du système
La température du système
La pression du système

La température du système

Explication

La température caractérise à l’échelle macroscopique l’agitation thermique des particules. La pression décrit plutôt l’action mécanique exercée par le système, et non directement cette agitation.

7. Quelle est la fonction d’un thermomètre en thermodynamique ?

Déterminer la pression d’un système à partir de son volume et de sa quantité de matière
Fournir une variable d’état qui varie avec la température selon une relation connue ou calibrée
Repérer les phases présentes dans un corps à partir de ses changements d’état
Mesurer l’énergie totale échangée entre un système et son environnement

Fournir une variable d’état qui varie avec la température selon une relation connue ou calibrée

Explication

Un thermomètre repose sur une variable d’état dont la variation est reliée à la température par une relation connue ou étalonnée. Un manomètre, en revanche, est destiné à relier une grandeur mesurable à la pression.

8. Dans un thermomètre à liquide, quelle grandeur varie avec la température et permet ainsi de la mesurer ?

La quantité de liquide qui s’évapore
La masse totale du liquide
La longueur de la colonne de liquide
La pression atmosphérique autour du thermomètre

La longueur de la colonne de liquide

Explication

La dilatation thermique fait varier la longueur de la colonne de liquide, qui sert alors de grandeur thermométrique. La pression atmosphérique n’est pas la grandeur exploitée par ce principe de mesure.

9. En quoi le profil vertical de la pression dans un fluide au repos diffère-t-il de son profil horizontal lorsque l’axe vertical est orienté vers le haut ?

Elle diminue avec l’altitude et varie aussi selon les directions horizontales.
Elle diminue avec l’altitude et reste constante à une altitude donnée.
Elle reste constante avec l’altitude et diminue dans les directions horizontales.
Elle augmente avec l’altitude et reste constante à une altitude donnée.

Elle diminue avec l’altitude et reste constante à une altitude donnée.

Explication

À l’équilibre hydrostatique, le gradient vertical de pression est négatif sous l’effet de la pesanteur, tandis que les gradients horizontaux sont nuls. L’idée qu’elle augmente avec l’altitude inverse le sens de variation imposé par la pesanteur.

10. Pourquoi la différence de niveau du liquide dans un manomètre en U permet-elle de déterminer une pression relative ?

Parce que le liquide transmet la pression atmosphérique à une branche et l’annule dans l’autre.
Parce que l’équilibre hydrostatique relie cette différence de hauteur à l’écart de pression entre les deux branches.
Parce que la variation de température du liquide est proportionnelle à l’écart de pression entre les branches.
Parce que la hauteur du liquide indique directement la pression absolue dans chaque branche.

Parce que l’équilibre hydrostatique relie cette différence de hauteur à l’écart de pression entre les deux branches.

Explication

À l’équilibre, la différence de hauteur du liquide traduit une différence de pression entre les deux branches, ce qui permet de mesurer une pression relative. Contrairement à un baromètre de Torricelli, un manomètre en U ne fournit pas directement la pression atmosphérique absolue.

11. Pour vérifier expérimentalement la loi de Boyle-Mariotte, quelle grandeur faut-il maintenir constante en faisant varier la pression d’un gaz ?

Le volume du récipient
La quantité de gaz
La température du gaz
La nature chimique du gaz

La température du gaz

Explication

La loi de Boyle-Mariotte examine le produit PVPV à température fixée, notamment lorsque la pression tend vers zéro. Maintenir le volume constant correspond plutôt à une autre configuration expérimentale et ne permet pas de tester cette loi de cette façon.

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Quelles sont les trois phases principales de la matière à l’échelle macroscopique ?

Solide, liquide et vapeur.

Qu’est-ce qu’un système thermodynamique ?

Un corps ou un ensemble de corps distingué du milieu extérieur.

Qu’est-ce qu’une variable d’état ?

Une grandeur macroscopique caractérisant un système thermodynamique.

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