QCM : Introduction à la thermodynamique et transfert thermique — 5 questions

Questions et réponses du QCM

1. Comment peut-on utiliser la modélisation par équation différentielle pour prédire l'évolution de la température d'un système initialement à température T_i mis en contact avec un thermostat à température constante T_ext ?

En supposant que la température reste constante égale à T_i quelle que soit la durée du contact
En utilisant une équation quadratique reliant T, T_i et T_ext sans résolution différentielle
En calculant la température moyenne entre T_i et T_ext sans tenir compte du temps
En appliquant la solution T(t) = (T_i - T_ext) e^{-a t} + T_ext qui décrit l'évolution exponentielle de la température vers celle du thermostat

En appliquant la solution T(t) = (T_i - T_ext) e^{-a t} + T_ext qui décrit l'évolution exponentielle de la température vers celle du thermostat

Explication

La modélisation repose sur une équation différentielle du premier ordre dont la solution est T(t) = (T_i - T_ext) e^{-a t} + T_ext, permettant de prédire comment la température du système évolue exponentiellement vers celle du thermostat au cours du temps. À revoir : Modélisation du transfert thermique avec un thermostat et évolution de la température. Appui du cours : « La modélisation mathématique de l’évolution de la température d’un système en contact avec un thermostat constant repose sur une équation différentielle dont la solution exponentielle décrit le refroidissement ou le réchauffement. »

2. Pourquoi la conduction thermique ne permet-elle pas le transport de matière lors du transfert de chaleur ?

Parce que la conduction utilise le rayonnement électromagnétique pour transférer la chaleur
Parce que la conduction se réalise uniquement dans les liquides et gaz
Parce que la conduction nécessite un déplacement macroscopique de matière
Parce que la conduction transmet uniquement l'agitation thermique par contact sans déplacement de matière

Parce que la conduction transmet uniquement l'agitation thermique par contact sans déplacement de matière

Explication

La conduction transmet l'agitation thermique par contact sans transport de matière, contrairement à la convection qui implique un déplacement macroscopique de matière. Le rayonnement est un autre mode sans contact ni matière. À revoir : Modes de transfert thermique et flux thermique. Appui du cours : « - La conduction ne transporte pas de matière, mais transmet l'agitation thermique par contact. - La convection nécessite un déplacement macroscopique de matière, limitée aux liquides et gaz. »

3. De quoi est composée l'énergie interne U d'un système selon la thermodynamique ?

De l'énergie mécanique globale du système
De la somme des énergies microscopiques cinétiques et potentielles des particules
De la seule énergie thermique échangée avec l'environnement
Du travail effectué par le système sur son environnement

De la somme des énergies microscopiques cinétiques et potentielles des particules

Explication

L'énergie interne U correspond explicitement à la somme des énergies microscopiques cinétiques et potentielles des particules du système, comme indiqué dans le texte. L'énergie mécanique globale, l'énergie thermique échangée ou le travail ne correspondent pas à la définition de l'énergie interne. À revoir : Premier principe de la thermodynamique et énergie interne des systèmes. Appui du cours : « L’énergie interne U est la somme des énergies microscopiques (cinétiques et potentielles) des particules d’un système. »

4. Quelle formule exprime le flux thermique émis par un corps noir selon la loi de Stefan-Boltzmann ?

ϕ_E = σ T⁴, où σ est la constante de Stefan-Boltzmann
ϕ_E = α T², où α est la fraction absorbée par les gaz à effet de serre
ϕ_E = S (1 - A), où S est le flux solaire et A l'albédo
ϕ_E = T / σ, où T est la température absolue et σ une constante

ϕ_E = σ T⁴, où σ est la constante de Stefan-Boltzmann

Explication

La loi de Stefan-Boltzmann exprime le flux thermique émis par un corps noir comme ϕ_E = σ T⁴, où σ est la constante de Stefan-Boltzmann, ce qui correspond à la première option. Les autres formules ne correspondent pas à cette loi. À revoir : Bilan énergétique du système Terre-atmosphère, albédo et effet de serre. Appui du cours : « La loi de Stefan-Boltzmann donne le flux thermique émis par un corps noir : ϕ_E = σ T⁴, avec σ constante de Stefan-Boltzmann. »

5. Quel est le rôle principal de la température thermodynamique dans le modèle du gaz parfait ?

Définir la masse volumique du gaz
Évaluer le volume occupé par les particules
Indiquer la pression exercée par le gaz
Mesurer l'énergie cinétique moyenne des particules du gaz

Mesurer l'énergie cinétique moyenne des particules du gaz

Explication

La température thermodynamique est définie comme une grandeur proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne des particules du gaz, ce qui en fait la mesure principale de cette énergie dans le modèle du gaz parfait. À revoir : Modèle du gaz parfait et grandeurs macroscopiques associées. Appui du cours : « - Température thermodynamique : Grandeur macroscopique mesurable en kelvin, proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne des particules du gaz et toujours strictement positive. »

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 10 flashcards sur Introduction à la thermodynamique et transfert thermique.

Gaz parfait — définition ?

Modèle où les particules n'interagissent qu'en collision.

Grandeurs macroscopiques — rôle ?

Définissent l'état d'un gaz à partir de mesures globales.

Énergie interne — composition ?

Somme des énergies microscopiques cinétiques et potentielles.

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