Flashcards : Thermodynamique et physique statistique — 90 cartes

Toutes les cartes

1Question

Qu'est-ce qu'un système thermodynamique ?

Réponse

L'objet de l'étude en thermodynamique.

2Question

Comment distingue-t-on un système ouvert d'un système fermé ?

Réponse

Par la possibilité d'échanger de la matière avec l'extérieur.

3Question

Comment distingue-t-on un système isolé d'un système non isolé ?

Réponse

Par la possibilité d'échanger de l'énergie avec l'extérieur.

4Question

Comment distingue-t-on un système déformable d'un système rigide ?

Réponse

Par la variation possible ou non de son volume.

5Question

Pourquoi un système ouvert ne peut-il pas être isolé ?

Réponse

Parce qu'il échange de la matière avec l'extérieur.

6Question

Quand un système est-il à l'équilibre thermodynamique ?

Réponse

Lorsqu'il ne présente plus ni mouvement macroscopique ni flux.

7Question

Pourquoi un fil conducteur parcouru par un courant n'est-il pas à l'équilibre ?

Réponse

À cause d'un flux de charges.

8Question

Pourquoi un métal reliant un corps chaud à un corps froid n'est-il pas à l'équilibre ?

Réponse

À cause d'un flux de chaleur.

9Question

Qu'est-ce qu'une variable thermodynamique extensive ?

Réponse

Elle est proportionnelle à la quantité de matière.

10Question

Qu'est-ce qu'une variable thermodynamique intensive ?

Réponse

Elle est indépendante de la quantité de matière.

11Question

Quelles grandeurs sont extensives en thermodynamique ?

Réponse

Le volume, le nombre de particules, la quantité de matière, l’énergie interne et l’entropie.

12Question

Quelles grandeurs sont intensives en thermodynamique ?

Réponse

La température, la pression et le potentiel chimique.

13Question

Quand une variable thermodynamique est-elle additive ?

Réponse

Quand sa valeur pour un système est la somme des valeurs de ses parties.

14Question

Quelle est l'équation d'état d'un gaz parfait classique ?

Réponse

$pV=nRT$ avec $R=8,31\ \mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}$ .

15Question

Qu'est-ce qu'une transformation quasistatique ?

Réponse

Une succession continue d’états d’équilibre du système.

16Question

Qu'est-ce qu'une transformation réversible ?

Réponse

Une succession d’états d’équilibre de l’univers parcourable en sens inverse.

17Question

Qu'est-ce que l'énergie interne d'un système ?

Réponse

La partie microscopique de l'énergie incluant agitation moléculaire et interactions.

18Question

Quelle relation lie la variation d'énergie totale et l'énergie interne si l'énergie macroscopique est constante ?

Réponse

La variation d'énergie totale égale la variation d'énergie interne $\Delta E_{tot}=\Delta U$ .

19Question

Quelle est la formule de l'énergie interne pour un gaz parfait monoatomique ?

Réponse

$U=\frac{3}{2}nRT$ .

20Question

Quelle est l'équation d'état de van der Waals ?

Réponse

$\left(p+\frac{n^2a}{V^2}\right)(V-nb)=nRT$ avec a et b dépendant du gaz.

21Question

Qui a formulé l'équation d'état de van der Waals et en quelle année ?

Réponse

van der Waals en 1873.

22Question

Comment se définit la pression d'un fluide sur une surface ?

Réponse

C'est la force perpendiculaire de norme $p\,dS$ exercée sur la surface.

23Question

Quelle formule relie la pression d'un gaz parfait classique à la vitesse quadratique moyenne ?

Réponse

$p=\frac{1}{3}\frac{mN}{V}v_q^2$ .

24Question

Comment la température est-elle définie en thermodynamique ?

Réponse

Par $\frac{1}{T}=\left(\frac{\partial S}{\partial U}\right)_{n,V,\ldots}$ .

25Question

Quelle est la formule du premier principe lors d'une transformation ?

Réponse

$\Delta U=W+Q$

26Question

Quelle différence distingue travail et chaleur en thermodynamique ?

Réponse

Le travail est un échange macroscopique lié à un paramètre, la chaleur un échange spontané entre corps à températures différentes.

27Question

Quelle est l'expression du travail des forces de pression reçu par un système ?

Réponse

$\delta W=-p_{ext}\,dV$

28Question

Quelle relation lie enthalpie et chaleur à pression constante ?

Réponse

$\Delta H=Q$

29Question

Comment se définit l'enthalpie $H$ ?

Réponse

$H=U+pV$

30Question

Quelle est l'expression du travail élastique reçu par un fil soumis à une force extérieure ?

Réponse

$\delta W=f_{ext}\,dL$

31Question

Quelle est la formule du travail électrique reçu par un système ?

Réponse

$\delta W=\varphi_{ext}\,dq$

32Question

Comment s'exprime le travail chimique pour plusieurs espèces ?

Réponse

$\delta W=\sum_i\mu^{(i)}_{ext}\,dn_i$

33Question

Quelle est la formule du travail reçu par un condensateur changeant de capacité ?

Réponse

Le travail vaut $\delta W=\varphi_{\mathrm{ext}}\,dq$ .

34Question

Qu'est-ce que le travail chimique ?

Réponse

C'est l'énergie reçue par un système ouvert quand la quantité de matière varie.

35Question

Quelle est la formule du travail chimique pour un transfert infinitésimal de vapeur d'eau ?

Réponse

Le travail s'écrit $\delta W=\mu_{\mathrm{ext}}\,dn_v$ .

36Question

Comment s'exprime le travail chimique infinitésimal pour un mélange de plusieurs espèces ?

Réponse

Il vaut $\delta W=\sum_i\mu_{\mathrm{ext}}^{(i)}\,dn_i$ .

37Question

Quelle est la formule de la chaleur reçue par un corps X en contact avec Y ?

Réponse

La chaleur reçue est $\delta Q=hS(T_Y-T_X)dt$ .

38Question

Quelle loi exprime la densité de flux thermique dans un matériau ?

Réponse

La loi de Fourier $\vec q=-\lambda\vec\nabla T$ exprime la densité de flux thermique.

39Question

Que représente $\lambda$ dans la loi de Fourier ?

Réponse

$\lambda$ est la conductivité thermique en W/m/K.

40Question

Quelle est la température en régime stationnaire dans une barre isolée ?

Réponse

$T(x)=T_Y - x\frac{T_Y - T_X}{L}$ en régime stationnaire.

41Question

Quelle est la puissance thermique dans une barre isolée entre $T_Y$ et $T_X$ ?

Réponse

La puissance thermique est $P=\frac{\lambda S}{L}(T_Y-T_X)$ .

42Question

Quelle différence distingue convection forcée et convection libre ?

Réponse

La convection forcée est due à une action extérieure, la convection libre est spontanée.

43Question

Quelle est la formule de la chaleur reçue par rayonnement entre un corps et son environnement ?

Réponse

$\delta Q=\sigma S(T_Y^4 - T_X^4)dt$ avec $\sigma=5{,}67\times10^{-8}\ \mathrm{W\,m^{-2}\,K^{-4}}$ .

44Question

Qu'impose le premier principe de la thermodynamique ?

Réponse

La conservation de l'énergie.

45Question

Quelle différence le second principe établit-il par rapport au premier ?

Réponse

Il distingue une transformation spontanée de sa transformation inverse.

46Question

Que permet l'ouverture d'un robinet entre deux compartiments isolés lors de la détente de Joule ?

Réponse

La répartition spontanée du gaz vers l'état d'équilibre.

47Question

Qu'est-ce que l'entropie ?

Réponse

Une fonction d'état dépendant de l'état macroscopique du système.

48Question

Quand l'entropie est-elle maximale pour un système isolé ?

Réponse

À l'équilibre.

49Question

Quelle est la relation d'additivité de l'entropie pour deux sous-parties ?

Réponse

$S_{\mathrm{système}}=S_1+S_2$ .

50Question

Que vaut $\left(\frac{\partial S}{\partial U}\right)_{V,n}$ pour un système $S(U,V,n)$ ?

Réponse

$\frac{1}{T}$ .

51Question

Quelle est l'identité thermodynamique de l'entropie ?

Réponse

$dS=\frac{1}{T} dU + \frac{p}{T} dV - \frac{\mu}{T} dn$ .

52Question

Quelle est la formule différentielle de l'énergie interne ?

Réponse

$dU=T\,dS - p\,dV + \mu\,dn$

53Question

Quelle relation lie la chaleur reçue et l'entropie pour une transformation réversible ?

Réponse

$\delta Q_{\mathrm{réversible}} = T\,dS$

54Question

Quelle inégalité implique la concavité de l'entropie en énergie ?

Réponse

$C_V \geq 0$

55Question

Quelle est l'expression de la concavité de l'entropie en fonction de l'énergie ?

Réponse

$\frac{\partial^2 S}{\partial U^2} = -\frac{1}{C_V T^2} \leq 0$

56Question

Quelle est la formule de l'entropie pour un gaz parfait monoatomique ?

Réponse

$S(U,V,n) = nR\left[\frac{3}{2} \ln \frac{U}{n} + \ln \frac{V}{n} + c\right]$

57Question

Quelle est l'interprétation statistique de l'entropie pour un système isolé ?

Réponse

$S = k_B \ln \Omega$ avec $\Omega$ le nombre de configurations microscopiques équiprobables.

58Question

Quelle est l'augmentation d'entropie quand un gaz double de volume ?

Réponse

$\Delta S = nR \ln 2$

59Question

Qu'est-ce qu'un potentiel thermodynamique ?

Réponse

C'est une fonction $\Phi$ telle que $\Delta\Phi=-T_0\Delta S_{\mathrm{univ}}$ qui diminue lors d'une transformation irréversible.

60Question

Quelle est la formule du potentiel thermodynamique avec un thermostat à température $T_0$ ?

Réponse

$\Phi=U-T_0S$

61Question

Quelle est la formule du potentiel thermodynamique avec un thermostat à $T_0$ et un pressostat à $p_0$ ?

Réponse

$\Phi=U-T_0S+p_0V$

62Question

Quelle est la différence entre énergie libre $F$ et enthalpie libre $G$ ?

Réponse

$F$ minimise $U-TS$ à $T,V,n$ fixés, $G$ minimise $U-TS+pV$ à $T,p,n$ fixés.

63Question

Que se passe-t-il à l'équilibre avec un thermostat seul ?

Réponse

La température du système égale celle du thermostat et l'énergie libre $F$ est minimisée.

64Question

Que se passe-t-il à l'équilibre avec un thermostat et un pressostat ?

Réponse

La température et la pression du système égalent celles des réservoirs et $G$ est minimisée.

65Question

Comment la transformation de Legendre remplace-t-elle une variable $x$ ?

Réponse

Elle remplace $x$ par sa variable conjuguée $y=f'(x)$ via $h(y)=\min_x[f(x)-xy]$ .

66Question

Quelles sont les fonctions thermodynamiques dérivées de $U(S,V,X_1,X_2,\ldots)$ ?

Réponse

$F=U-TS$ , $H=U+pV$ et $G=U-TS+pV$ .

67Question

Qu'associe la transformation de Legendre à une fonction f(x) ?

Réponse

La fonction h(y)=f(x)-xy avec y=f'(x).

68Question

Quelle relation lie x et h'(y) dans la transformation de Legendre ?

Réponse

x=-h'(y).

69Question

Comment se reconstruit la fonction initiale f(x) à partir de h(y) ?

Réponse

Par $f(x)=\max_y[h(y)+xy]$ .

70Question

Quelles sont les fonctions thermodynamiques principales définies ?

Réponse

L’énergie libre $F=U-TS$ , l’enthalpie $H=U+pV$ et l’enthalpie libre $G=U-TS+pV$ .

71Question

Quelles sont les différentielles fondamentales de F, H et G ?

Réponse

$dF=-S\,dT-p\,dV+\sum_nY_n\,dX_n$ , $dH=T\,dS+V\,dp+\sum_nY_n\,dX_n$ , $dG=-S\,dT+V\,dp+\sum_nY_n\,dX_n$ .

72Question

Quelle inégalité vérifie le travail récupérable lors d’une transformation monotherme ?

Réponse

$|W|< -\Delta F$ .

73Question

Quelle inégalité vérifie le travail récupérable autre que celui du pressostat en transformation monotherme et monobare ?

Réponse

$|W'|< -\Delta G$ .

74Question

Quelles sont l'identité d’Euler et la relation de Gibbs-Duhem pour un fluide homogène extensif ?

Réponse

$G=n\mu$ et $d\mu=-s\,dT+v\,dp$ .

75Question

Que mesurent les coefficients calorimétriques d'un fluide ?

Réponse

Ils expriment les variations d’entropie en fonction de la température et d’une autre variable d’état.

76Question

Quelle est l'expression différentielle de $T dS$ en fonction de $C_V$ et $ell$ ?

Réponse

$T dS = C_V dT + ell dV$

77Question

Comment s'exprime $C_V$ en fonction de l'entropie ?

Réponse

$C_V = T \left(\frac{\partial S}{\partial T}\right)_V$

78Question

Quelle est la formule de la chaleur échangée lors d'une transformation isochore ?

Réponse

$Q = \Delta U = \int_{T_i}^{T_f} C_V dT$

79Question

Quelle est la formule de la chaleur échangée lors d'une transformation isobare quasistatique ?

Réponse

$Q = \Delta H = \int_{T_i}^{T_f} C_p dT$

80Question

Quelle relation donne $\ell$ selon les relations de Clapeyron ?

Réponse

$\ell = T \left(\frac{\partial p}{\partial T}\right)_V$

81Question

Quelle est la relation de Mayer entre $C_p$ et $C_V$ ?

Réponse

$C_p - C_V = \alpha V \ell = \frac{\alpha^2 T V}{\chi_T}$

82Question

Comment se définit le rapport des capacités $\gamma$ ?

Réponse

$\gamma = \frac{C_p}{C_V}$

83Question

Qu'impose le postulat microcanonique à l'équilibre d'un système isolé ?

Réponse

Tous les microétats compatibles avec le macroétat sont équiprobables.

84Question

Quelle est la formule de l'entropie selon le postulat microcanonique ?

Réponse

L'entropie vaut $S=k_B\ln\Omega$ .

85Question

Comment s'exprime le nombre de microétats pour un gaz sur réseau avec αV cases et N particules ?

Réponse

$\Omega(N,V)=\frac{(\alpha V)!}{N!(\alpha V-N)!}=\binom{\alpha V}{N}$ .

86Question

Quelle approximation donne la formule de Stirling pour $N!$ quand N est grand ?

Réponse

$N!\sim\sqrt{2\pi N}\,N^Ne^{-N}$ .

87Question

Quelle est l'approximation de $\ln(N!)$ selon la formule de Stirling ?

Réponse

$\ln(N!)\sim N\ln N - N$ .

88Question

Quelle est l'expression de l'entropie du gaz sur réseau ?

Réponse

$S=k_B[\alpha V\ln(\alpha V) - N\ln N - (\alpha V - N)\ln(\alpha V - N)]$ .

89Question

Quelle relation entre pression, température, nombre de particules et volume vérifie le gaz sur réseau quand $\alpha \to \infty$ ?

Réponse

$\frac{p}{T} = k_B \frac{N}{V}$ .

90Question

Quelle équation célèbre est satisfaite par le gaz sur réseau dans la limite $\alpha \to \infty$ ?

Réponse

L'équation des gaz parfaits.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 68 questions sur Thermodynamique et physique statistique.

1. Dans une étude thermodynamique, que désigne le système ?

2. Quelle classification décrit correctement les échanges possibles d’un système thermodynamique ?

Faire le QCM →

Consultez la fiche

Révisez le cours complet dans la fiche de révision de Thermodynamique et physique statistique.

Voir la fiche →

Crée tes propres flashcards

Importe ton cours et l'IA génère des flashcards en 30 secondes.

Générateur de flashcards

Flashcards : Thermodynamique et physique statistique — 90 cartes

Toutes les cartes

Teste-toi avec le QCM

Consultez la fiche

Cours similaires

Vitesse et conversions

Optique géométrique et systèmes centrés

Modélisation des systèmes automatisés

Interactions fondamentales et champs

Réplication de l’ADN procaryote

Réplication de l’ADN

Crée tes propres flashcards