QCM : Thermodynamique des systèmes ouverts (16 questions)

Explication

Un système ouvert sert à comptabiliser les échanges énergétiques d’un fluide qui entre et sort continûment. Le système fermé suit une masse fixe, le système isolé exclut les échanges, et le caractère transitoire concerne l’évolution dans le temps.

Explication

Dans une turbine, le fluide fournit du travail à l’extérieur. L’idée que le fluide reçoit du travail correspond au compresseur ; les deux autres réponses confondent le travail avec un transfert thermique.

Explication

La chaudière transfère de la chaleur au fluide, tandis que le condenseur lui en retire. Inverser ces rôles thermiques est une confusion entre les appareils ; les réponses faisant intervenir le travail confondent transfert thermique et échange de travail.

Explication

Pour un système fermé, le premier principe relie les variations d’énergie cinétique, potentielle et interne aux échanges de travail et de chaleur. Les propositions fondées sur des échanges de masse, de volume, de pression ou d’entropie ne décrivent pas ce bilan énergétique.

Explication

En régime stationnaire, le débit massique entrant est égal au débit massique sortant : celui-ci vaut donc 2,4 kg/s. La valeur de 1,2 kg/s suppose une accumulation, tandis que m³/s exprime un débit volumique et que zéro ne satisfait pas le bilan.

Explication

Le travail échangé comprend le travail des forces de pression lié au transfert du fluide et le travail utile dû aux autres forces, notamment celles des parties mobiles. Confondre les deux rôles inverse leurs origines; assimiler le travail utile à la chaleur mélange travail et transfert thermique; fusionner les contributions efface leur distinction.

Explication

Le transfert thermique massique est l’énergie échangée par transfert de chaleur avec l’extérieur lorsque l’unité de masse traverse l’élément. Le travail des parties mobiles relève du travail utile, la variation interne n’est pas la définition de cet échange thermique, et l’énergie de pression contribue à l’enthalpie.

Explication

En écoulement stationnaire, le premier principe relie la variation d’enthalpie et d’énergie mécanique massiques au travail utile et à la chaleur échangés. Le travail de pression seul ne remplace pas le travail utile dans cette relation, la chaleur fait partie du bilan, et l’enthalpie ne se confond pas avec l’énergie interne.

Explication

L’enthalpie massique correspond à l’énergie interne augmentée du terme de travail des forces de pression par unité de masse. L’énergie mécanique massique est une variation énergétique distincte, l’énergie interne seule omet ce terme de pression, et le travail utile désigne une autre contribution du bilan.

Explication

L’entropie créée est strictement positive pour une transformation irréversible et nulle pour une transformation réversible. Une valeur nulle correspond au cas réversible, une valeur négative viole le second principe, et une valeur de signe quelconque confond création et échange d’entropie.

Explication

En régime stationnaire, le bilan entropique du fluide en écoulement relie sa variation d’entropie massique à l’entropie échangée avec l’extérieur et à l’entropie créée dans le système. Le travail utile relève du bilan énergétique, tandis que l’enthalpie massique ne remplace pas la variation d’entropie.

Explication

L’entropie est une fonction d’état extensive et additive, et sa variation comprend une contribution des échanges thermiques ainsi qu’une entropie créée à l’intérieur du système. La dépendance au chemin, l’omission de la création et le caractère intensif sont chacun incompatibles avec cette définition.

Explication

Les diagrammes thermodynamiques peuvent représenter les six familles citées, dont les isentropiques et les isenthalpiques. Répéter les isothermes omet une famille, les isochoriques ne remplacent pas les isenthalpiques, et les isochoriques ne remplacent pas les adiabatiques.

Explication

La lecture des diagrammes permet d’estimer le travail utile et les échanges thermiques d’une machine, puis de calculer son coefficient de performance. La composition chimique et la température ambiante seule ne figurent pas parmi ces résultats, et le rendement mécanique ne remplace pas le coefficient de performance.

Explication

Entre 1 et 2, le compresseur fournit du travail au fluide lors d’une compression adiabatique ou isentropique. La détente isenthalpe a lieu de 3 à 4, tandis que l’évaporation et la condensation isobares se déroulent respectivement de 4 à 1 et de 2 à 3.

Explication

Le condenseur cède de la chaleur à la source chaude, alors que l’évaporateur en absorbe auprès de la source froide. L’inversion des rôles attribue à tort ce rejet à l’évaporateur ; le détendeur et le compresseur ne sont pas les échangeurs visés.