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Thermodynamique

Posté par
Nerf
02-10-23 à 14:10

Bonjour à tous. J'ai quelques problèmes sur cet exercice.
On considère un cylindre rempli de gaz parfait et dont les parois conduisent parfaitement la chaleur. On pose une masse m dessus tout d'abord lentement et par la suite brusquement. Expliquez précisément ce qui se passera dans les deux cas et déterminez l'état final du système, la variation d'énergie interne et d'entropie dans les deux cas. Les comparer.

1er cas: à chaque dépôt lent d'une petite masse sur le système, la pression varie lentement et atteint un état d'équilibre. Nous avons donc à faire à une transformation quasi-statique. Le système reçoit donc de l'énergie sous forme de travail qui va augmenter sa température. Les parois du système étant conductrices, une partie de l'énergie reçue sous forme de travail sera transférée au milieu extérieur pour équilibrer les températures. Si on enlève progressivement les petites masses, le système retrouve son état initial. On a donc une transformation réversible.

2e cas  La transformation n'est pas quasi-statique car les variables d'état ne sont pas définie après le dépôt brusque de la masse m. Le système dans ce cas aussi reçoit de l'énergie sous forme de travail et restitue une partie sous forme de transfert thermique.
L'énoncé ne précise pas si le milieu extérieur est une source de chaleur. Si ça l'est, les températures des deux états d'équilibre seront identiques. L'énergie interne donc constante.

Je ne sais pas si mon analyse est juste. Et même si elle le serait, j'aimerais savoir si on peut ajouter autres choses car l'énoncé demande une analyse complète.

Sachant qu'il s'agit d'un gaz parfait, l'énergie interne ne dépend que de la température.  Si on suppose l'état initial du système connu qu'on pose P0, V0, T0. Après le nouvel état d'équilibre, on a P1=P0+\frac{mg}{S} où S est la section du cylindre. En appliquant la loi des gaz parfaits, on a: T1=T0\frac{P_0+\frac{mg}{S}}{P_0V_0}V_1. Je ne sais pas comment trouver V1. J'ai pensé à passer par l'identité thermodynamique. Je ne sais pas si dans les deux cas de figure on aura même état final. Si c'est le cas on aura même variation d'énergie interne et même variation d'entropie car elles sont des fonctions d'état.

Posté par
vanoise
re : Thermodynamique 02-10-23 à 19:32

Bonjour
D'accord avec ce que tu as écrit sauf le dernier paragraphe.
Le milieu extérieur est assimilable je pense à un thermostat de température To.
Dans les deux cas : U=W+Q=0.
Les pressions initiale et finale sont connues et les mêmes dans les deux cas.  Les volumes sont donc aussi les mêmes.
Premier cas : isotherme réversible : tu peux donc calculer directement W et en déduire Q.
Deuxième cas : évolution monotherme irréversible. Le calcul de W est facile car la force extérieure est fixe au cours du déplacement. Facile alors d'avoir Q.

Posté par
Nerf
re : Thermodynamique 03-10-23 à 21:17

Je ne comprends pas pourquoi les pressions initiales et finales sont les mêmes. Et comment les volumes seront-ils les mêmes ? Je n'arrive pas à me les représenter physiquement.

Posté par
vanoise
re : Thermodynamique 03-10-23 à 21:42

Dans les deux cas, l'état final est un état d'équilibre thermique avec le milieu ambiant assimilable à un thermostat de température To.
Dans les deux cas, l'état final est un état d'équilibre mécanique. La pression finale est la même car la surcharge ajoutée est la même.
Si la pression finale et la température finale sont les mêmes dans les deux cas, la loi des gaz parfaits impose un volume final identique dans les deux cas.

Posté par
Nerf
re : Thermodynamique 10-10-23 à 10:27

D'accord



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