QCM : Machines thermiques et cycles (10 questions)

Explication

Une machine thermique échange de la chaleur ou du travail avec le milieu extérieur, qui lui en échange également. Un échange unidirectionnel néglige cette réciprocité, tandis que l’échange de matière ne définit pas la machine thermique.

Explication

Sur un cycle thermodynamique, le système revient à son état initial et toutes les fonctions d’état ont donc une variation totale nulle. Une variation intermédiaire peut être non nulle, mais elle ne constitue pas le bilan sur le cycle.

Explication

Le travail d’un cycle correspond à l’aire intérieure du cycle, avec un signe fixé par le sens de parcours ; le sens trigonométrique donne $W>0$, donc ici $+5\,\text{J}$. Le signe négatif confond avec le parcours horaire, tandis que l’aire extérieure et le double de l’aire ne conviennent pas.

Explication

Sur le diagramme de Clapeyron, un cycle parcouru dans le sens horaire correspond à $W<0$, alors que le sens trigonométrique correspond à $W>0$. Le signe ne dépend pas de la pression maximale : il est déterminé par le sens de parcours.

Explication

Un moteur thermique transforme l’énergie thermique en travail, alors qu’une machine de transfert utilise du travail pour transférer de la chaleur ou du froid. L’idée que le moteur consomme du travail pour déplacer la chaleur correspond plutôt à la machine de transfert.

Explication

L’énoncé de Kelvin permet au système de recevoir du travail et de fournir de la chaleur lorsqu’il est en contact avec une source unique. Recevoir de la chaleur et fournir du travail correspondrait au fonctionnement d’un moteur, impossible dans cette situation.

Explication

Le rendement caractérise l’efficacité d’une machine en rapportant le gain à son coût. La somme des chaleurs échangées correspond plutôt à la chaleur totale du cycle, $Q_{cycle}=Q_c+Q_f$.

Explication

La pompe à chaleur doit maintenir le bâtiment à 20 °C alors que l’air extérieur est à 5 °C, soit un intérieur plus chaud que l’extérieur. Inverser ces températures décrit une situation différente de celle posée dans l’application.

Explication

Comme la machine revient à son état initial après un cycle, chaque fonction d’état retrouve sa valeur initiale et sa variation totale est nulle. La chaleur et le travail sont des échanges énergétiques, et non des variations de fonctions d’état.

Explication

Le travail net du cycle correspond à l’aire intérieure de la boucle, et son signe dépend du sens dans lequel celle-ci est parcourue. La pente moyenne peut caractériser localement une transformation, mais elle ne donne pas le travail total du cycle.