QCM : Propriétés thermodynamiques des corps purs — 17 questions

Question 1

1. Quelle caractéristique distingue une substance pure d’un mélange non uniforme ?

Sa température reste identique dans tout le système

Son état physique comprend plusieurs phases

Sa masse volumique varie avec la position

Sa composition chimique reste uniforme et constante

Explication

Une substance pure possède une composition chimique uniforme et constante dans l’espace. Un mélange non uniforme se caractérise au contraire par une composition qui varie selon la position.

Answer

Sa composition chimique reste uniforme et constante

Question 2

2. Quelle description correspond à une phase thermodynamique ?

Une région définie par une pression différente de l’extérieur

Une portion de matière ayant nécessairement une température variable

Un système composé de plusieurs états physiques distincts

Une quantité de matière physiquement homogène et chimiquement uniforme

Explication

Une phase est une quantité de matière physiquement homogène et de composition chimique uniforme. La présence de plusieurs états physiques distincts décrit plutôt un système diphasique ou multiphasique.

Answer

Une quantité de matière physiquement homogène et chimiquement uniforme

Question 3

3. Un système de composition chimique constante possède trois forces généralisées capables d’effectuer un travail quasi-statique. Combien de propriétés intensives indépendantes peuvent fixer son état ?

Quatre propriétés intensives indépendantes

Trois propriétés intensives indépendantes

Cinq propriétés intensives indépendantes

Deux propriétés intensives indépendantes

Explication

Le nombre maximal de propriétés intensives indépendantes est donné par $n=m+1$ . Avec $m=3$ , on obtient $n=4$ , tandis que le nombre total de propriétés du système peut être supérieur.

Answer

Quatre propriétés intensives indépendantes

Question 4

4. Pourquoi deux propriétés intensives indépendantes suffisent-elles à fixer l’état d’un système simple et compressible ?

Parce que toutes les propriétés thermodynamiques sont intensives

Parce que la température est toujours indépendante de la pression

Parce que la masse volumique reste constante dans ce système

Parce que seule la pression peut effectuer un travail quasi-statique

Explication

Dans un système simple et compressible, la pression est la seule force généralisée pouvant effectuer un travail quasi-statique, donc $m=1$ et $n=m+1=2$ . La masse volumique n’est pas nécessairement constante, et toutes les propriétés ne sont pas indépendantes.

Answer

Parce que seule la pression peut effectuer un travail quasi-statique

Question 5

5. À pression constante, dans quel ordre l’eau évolue-t-elle lorsqu’elle est chauffée depuis l’état liquide ?

Liquide comprimé, vapeur surchauffée, vaporisation, mélange saturé, vapeur saturée

Liquide comprimé, vaporisation, mélange saturé, vapeur saturée, vapeur surchauffée

Vapeur saturée, mélange saturé, liquide comprimé, vaporisation, vapeur surchauffée

Mélange saturé, liquide comprimé, vapeur surchauffée, vapeur saturée, vaporisation

Explication

Le chauffage à pression constante conduit successivement au liquide comprimé, au début de vaporisation, au mélange liquide-vapeur saturé, à la vapeur saturée, puis à la vapeur surchauffée. La vapeur surchauffée apparaît donc après l’achèvement de la vaporisation.

Answer

Liquide comprimé, vaporisation, mélange saturé, vapeur saturée, vapeur surchauffée

Question 6

6. Pour une pression donnée, que représente la température de saturation ?

La température correspondant à une coexistence de trois phases

La température à laquelle un liquide devient toujours incompressible

La température à laquelle une substance pure change de phase

La pression à laquelle une substance pure atteint son point critique

Explication

La température de saturation est la température de changement de phase associée à une pression donnée, selon $T_{sat}=f(P)$ . La coexistence de trois phases correspond à la ligne triple, et non à la définition générale de la température de saturation.

Answer

La température à laquelle une substance pure change de phase

Question 7

7. Que se produit-il au point critique d’une substance pure ?

Les phases solide, liquide et gazeuse coexistent à pression fixe

La température de saturation devient indépendante de la pression

La distinction entre liquide saturé et vapeur saturée disparaît

La vaporisation commence dans une région diphasique

Explication

Au-dessus du point critique, le liquide saturé et la vapeur saturée ne sont plus distinguables. La coexistence de trois phases caractérise la ligne triple, tandis que la région diphasique existe en dessous du point critique.

Answer

La distinction entre liquide saturé et vapeur saturée disparaît

Question 8

8. Que mesure la chaleur massique d’une substance ?

La variation de volume provoquée par une augmentation de température

L’énergie nécessaire pour augmenter d’un degré la température d’une unité de masse

Le travail produit par une unité de masse lors d’une détente

La quantité de chaleur libérée lors d’un changement de phase à pression constante

Explication

La chaleur massique mesure l’énergie nécessaire pour élever d’un degré la température d’une unité de masse et caractérise la capacité de stockage d’énergie. Elle ne représente pas directement un travail ni une variation de volume.

Answer

L’énergie nécessaire pour augmenter d’un degré la température d’une unité de masse

Question 9

9. Pourquoi a-t-on généralement $c_p>c_v$ pour une substance compressible ?

À pression constante, le volume spécifique reste nécessairement inchangé

À pression constante, une partie de l’énergie fournie réalise le travail de frontière

P\Delta v

À volume constant, toute l’énergie fournie est convertie en travail de frontière

À volume constant, la substance ne peut pas stocker d’énergie interne

Explication

À pression constante, une partie de l’énergie fournie sert au travail de frontière $P\Delta v$ , ce qui rend la chaleur massique plus grande qu’à volume constant. Pour une substance incompressible, la variation de volume est négligeable et l’on a plutôt $c_p=c_v=c$ .

Answer

À pression constante, une partie de l’énergie fournie réalise le travail de frontière $$P\Delta v$$

Question 10

10. Dans les tables de saturation, que signifie la notation $y_{fg}$ pour une propriété quelconque $y$ ?

La valeur de la propriété au point critique de la substance

La différence entre la valeur de vapeur saturée et celle de liquide saturé

La différence entre la propriété du liquide comprimé et celle de la vapeur surchauffée

La valeur moyenne entre la vapeur saturée et le liquide saturé

Explication

Les indices $f$ et $g$ désignent respectivement le liquide saturé et la vapeur saturée, et la notation vérifie $y_{fg}=y_g-y_f$ . Il s’agit donc d’une différence entre les deux états saturés, et non d’une moyenne ou d’une valeur critique.

Answer

La différence entre la valeur de vapeur saturée et celle de liquide saturé

Question 11

11. Que représente le titre $x$ d’un mélange liquide-vapeur saturé ?

La fraction massique de liquide dans le mélange

La fraction massique de vapeur dans le mélange

La différence entre les masses de vapeur et de liquide

Le rapport entre la masse totale et la masse de vapeur

Explication

Le titre $x$ est défini comme le rapport entre la masse de vapeur et la masse totale, donc il mesure la fraction massique de vapeur. La fraction massique de liquide correspond à $1-x$ , et non à $x$ .

Answer

La fraction massique de vapeur dans le mélange

Question 12

12. Une propriété intensive d’un mélange liquide-vapeur saturé est donnée par $y_f=120$ , $y_g=420$ et $x=0{,}25$ . Quelle est la valeur de la propriété du mélange ?

540

195

300

345

Explication

La relation de mélange donne $y=(1-x)y_f+xy_g$ , soit $y=0{,}75\times120+0{,}25\times420=195$ . La valeur doit rester entre les propriétés du liquide saturé et de la vapeur saturée.

Answer

Le liquide saturé

Answer

$$PV=NR_uT$$

Answer

Un gaz léger à basse pression et haute température

Answer

$$\Delta h=\int_{T_1}^{T_2}c_p(T)\,dT$$

Answer

$$1{,}005\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$$

Question 13

13. Quel état correspond à un mélange liquide-vapeur saturé dont le titre vaut $x=0$ ?

Un état de vapeur surchauffée

Le liquide saturé

Un mélange biphasé à parts égales

La vapeur saturée

Explication

Lorsque $x=0$ , la fraction massique de vapeur est nulle : l’état est donc celui du liquide saturé. Un titre compris entre $0$ et $1$ désigne un mélange biphasé, tandis que $x=1$ désigne la vapeur saturée.

Question 14

14. Quelle équation décrit l’état d’un gaz parfait contenant $N$ moles ?

PV=NR_uT

PV=\frac{R_uT}{N}

PV=\frac{N}{R_uT}

PT=NR_uV

Explication

L’équation d’état du gaz parfait est $PV=NR_uT$ , avec $R_u=8{,}31447\ \mathrm{kJ/(kmol\cdot K)}$ . Les autres expressions placent incorrectement les variables et la constante dans la relation d’état.

Question 15

15. Dans quelle situation l’approximation du gaz parfait est-elle généralement la plus appropriée ?

Un gaz lourd à haute densité et basse température

Un fluide proche de la condensation à forte pression

Un gaz léger à basse pression et haute température

Un gaz dont les propriétés sont fortement non idéales

Explication

De nombreux gaz peuvent être traités comme parfaits lorsque la pression est basse et la température élevée, car les interactions entre molécules deviennent moins importantes. Les gaz lourds et les gaz à forte densité sont généralement mieux décrits à l’aide de tables.

Question 16

16. Un gaz parfait est chauffé de $T_1$ à $T_2$ avec une chaleur massique variable. Quelle expression calcule la variation d’enthalpie ?

\Delta h=R(T_2-T_1)

\Delta h=\int_{T_1}^{T_2}c_p(T)\,dT

\Delta h=\int_{T_1}^{T_2}c_v(T)\,dT

\Delta h=c_p(T_2-T_1)

pour toute variation de température

Explication

Pour un gaz parfait, la variation d’enthalpie s’obtient par $\Delta h=\int_{T_1}^{T_2}c_p(T)\,dT$ lorsque $c_p$ varie avec la température. L’intégrale faisant intervenir $c_v$ correspond à la variation d’énergie interne, tandis que les expressions algébriques supposent des conditions supplémentaires.

Question 17

17. Un gaz parfait possède $c_v=0{,}718\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ et $R=0{,}287\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ . Quelle valeur de $c_p$ obtient-on ?

2{,}502\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}

1{,}005\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}

0{,}287\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}

0{,}431\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}

Explication

La relation de Mayer donne $c_p-c_v=R$ , donc $c_p=c_v+R=0{,}718+0{,}287=1{,}005\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ . Le rapport $k=c_p/c_v$ est une autre relation, mais il ne fournit pas directement une soustraction entre les chaleurs massiques.

QCM : Propriétés thermodynamiques des corps purs — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique distingue une substance pure d’un mélange non uniforme ?

2. Quelle description correspond à une phase thermodynamique ?

3. Un système de composition chimique constante possède trois forces généralisées capables d’effectuer un travail quasi-statique. Combien de propriétés intensives indépendantes peuvent fixer son état ?

4. Pourquoi deux propriétés intensives indépendantes suffisent-elles à fixer l’état d’un système simple et compressible ?

5. À pression constante, dans quel ordre l’eau évolue-t-elle lorsqu’elle est chauffée depuis l’état liquide ?

6. Pour une pression donnée, que représente la température de saturation ?

7. Que se produit-il au point critique d’une substance pure ?

8. Que mesure la chaleur massique d’une substance ?

9. Pourquoi a-t-on généralement $c_p>c_v$ pour une substance compressible ?

10. Dans les tables de saturation, que signifie la notation $y_{fg}$ pour une propriété quelconque $y$ ?

11. Que représente le titre $x$ d’un mélange liquide-vapeur saturé ?

12. Une propriété intensive d’un mélange liquide-vapeur saturé est donnée par $y_f=120$ , $y_g=420$ et $x=0{,}25$ . Quelle est la valeur de la propriété du mélange ?

13. Quel état correspond à un mélange liquide-vapeur saturé dont le titre vaut $x=0$ ?

14. Quelle équation décrit l’état d’un gaz parfait contenant $N$ moles ?

15. Dans quelle situation l’approximation du gaz parfait est-elle généralement la plus appropriée ?

16. Un gaz parfait est chauffé de $T_1$ à $T_2$ avec une chaleur massique variable. Quelle expression calcule la variation d’enthalpie ?

17. Un gaz parfait possède $c_v=0{,}718\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ et $R=0{,}287\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ . Quelle valeur de $c_p$ obtient-on ?

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Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique distingue une substance pure d’un mélange non uniforme ?

2. Quelle description correspond à une phase thermodynamique ?

3. Un système de composition chimique constante possède trois forces généralisées capables d’effectuer un travail quasi-statique. Combien de propriétés intensives indépendantes peuvent fixer son état ?

4. Pourquoi deux propriétés intensives indépendantes suffisent-elles à fixer l’état d’un système simple et compressible ?

5. À pression constante, dans quel ordre l’eau évolue-t-elle lorsqu’elle est chauffée depuis l’état liquide ?

6. Pour une pression donnée, que représente la température de saturation ?

7. Que se produit-il au point critique d’une substance pure ?

8. Que mesure la chaleur massique d’une substance ?

9. Pourquoi a-t-on généralement cp>cvc_p>c_vcp​>cv​ pour une substance compressible ?

10. Dans les tables de saturation, que signifie la notation yfgy_{fg}yfg​ pour une propriété quelconque yyy ?

11. Que représente le titre xxx d’un mélange liquide-vapeur saturé ?

12. Une propriété intensive d’un mélange liquide-vapeur saturé est donnée par yf=120y_f=120yf​=120, yg=420y_g=420yg​=420 et x=0,25x=0{,}25x=0,25. Quelle est la valeur de la propriété du mélange ?

13. Quel état correspond à un mélange liquide-vapeur saturé dont le titre vaut x=0x=0x=0 ?

14. Quelle équation décrit l’état d’un gaz parfait contenant NNN moles ?

15. Dans quelle situation l’approximation du gaz parfait est-elle généralement la plus appropriée ?

16. Un gaz parfait est chauffé de T1T_1T1​ à T2T_2T2​ avec une chaleur massique variable. Quelle expression calcule la variation d’enthalpie ?

17. Un gaz parfait possède cv=0,718 kJ/(kg⋅K)c_v=0{,}718\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}cv​=0,718 kJ/(kg⋅K) et R=0,287 kJ/(kg⋅K)R=0{,}287\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}R=0,287 kJ/(kg⋅K). Quelle valeur de cpc_pcp​ obtient-on ?

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9. Pourquoi a-t-on généralement $c_p>c_v$ pour une substance compressible ?

10. Dans les tables de saturation, que signifie la notation $y_{fg}$ pour une propriété quelconque $y$ ?

11. Que représente le titre $x$ d’un mélange liquide-vapeur saturé ?

12. Une propriété intensive d’un mélange liquide-vapeur saturé est donnée par $y_f=120$ , $y_g=420$ et $x=0{,}25$ . Quelle est la valeur de la propriété du mélange ?

13. Quel état correspond à un mélange liquide-vapeur saturé dont le titre vaut $x=0$ ?

14. Quelle équation décrit l’état d’un gaz parfait contenant $N$ moles ?

16. Un gaz parfait est chauffé de $T_1$ à $T_2$ avec une chaleur massique variable. Quelle expression calcule la variation d’enthalpie ?

17. Un gaz parfait possède $c_v=0{,}718\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ et $R=0{,}287\ \mathrm{kJ/(kg\cdot K)}$ . Quelle valeur de $c_p$ obtient-on ?