Bonjour a tous !
J'ai un dm de thermo à faire pour cette semaine, je l'ai commencé mais je trouve mes resultats un peu ... bizarre lol. Donc est ce que quelqu'un pourrait corriger les resultats que j'ai trouvé et ensuite m'expliquer la question ou j'ai eu un bug.
Tige élastique
On considère ici une tige métallique de longueur L, à la température T , accrochée à un mur indéformable à une de ses extrémités (x = 0) et subissant une traction f à l'autre extrémité
(x = L). f est la force exercée par l'opérateur (= le milieu extérieur) sur la tige (= le système). L'aire de la section droite de la tige vaut A.
Les variables thermodynamiques de ce système sont f, L, T et seules deux d'entre elles sont indépendantes. Les seules choses qu'on connaît sont : le coefficient de dilatation linéaire
de la tige αl = (1/L)(∂ L /∂T) f
, sa masse volumique ρ et sa capacité thermique massique c (à force
constante).
On cherche à savoir si la température de la tige varie (et si oui quelle est la variation de température) lorsque la traction f est brusquement modifiée, c'est-à-dire lorsqu'on étire très rapidement la tige.
1. On admet que l'expression du travail élémentaire échangé par ce système est dW = +f dL. Commenter (y compris le signe) en faisant l'analogie avec un système gazeux dont les variables sont p, V, T . De même on prendra une expression de dQ analogue à celle des gaz, dQ = mcdT + adf , pour une transformation réversible, où c est a priori une fonction de
T et f , de même que a est également a priori une fonction de T et f .
On peut grâce au premier principe définir l'énergie interne U du système.
Définir l'équivalent de la fonction enthalpie pour ce système (variables f, L, T ) par analogie avec ce qui a été fait dans les gaz (variables p, V, T ). Nous noterons cette fonction H , même
si elle n'est pas l'enthalpie habituelle U + pV d'un système en variables p, V, T .
Ecrire également la différentielle de cette fonction H grâce aux grandeurs déjà utilisées
ci-dessus.
2. Comme pour tout système thermodynamique, on peut définir une entropie S pour ce système.
Compte tenu de l'expression de dQ introduite précédemment, écrire une expression de a
en fonction d'une dérivée partielle de S.
3. On considère l'enthalpie libre G = H − T S dans le cas de la tige, écrire sa différentielle. Déduire de cette écriture de dG une équation reliant la dérivée partielle de S trouvée en
2 à une dérivée partielle entre variables f, L, T .
En déduire l'expression de a en fonction du coefficient de dilatation linéaire αl défini plus haut, et des variables thermodynamiques du système.
4. On étire brutalement la tige en augmentant rapidement la traction de 0 à ∆f . On suppose
la transformation adiabatique (les échanges de chaleur n'ont pas le temps de s'effectuer), réversible et quasi-infinitésimale. Calculer la variation de température correspondante ∆T
en fonction de ∆f , en assimilant pour ces très petites variations dT à ∆T et df à ∆f .
5. Faire l'application numérique dans le cas d'une tige d'argent initialement à température ambiante (T = 300K) :
Densité : 10, 5
Coefficient de dilatation linéaire : αl = 1, 9 10−5 K−1
Section droite du fil : A = 0, 1 mm2
Capacité thermique : c = 230 J.kg−1 .K−1
Traction : ∆f = 100 N Longueur de la tige : L = 1 m.
On donnera le résultat avec la précision adéquate au problème, en justifiant éventuellement.
Mes resultats :
1) Pas de pb pour l'explication de la formule et du signe.
Ensuite je trouve :
U = mc(T(final)-T(initiale)) + f(L(final)-L(initial))+ a(f(finale)-f(initiale))
H = mc(T(final)-T(initiale)) + f(L(final)-L(initial))+ a(f(finale)-f(initiale)) + fL
Forme differentielle de H : dH=2fdL+mcdT+(L+a)df
2) je trouve : a = (dST-mcdT)/df
3) Je trouve dG= 2fdL + 2mcdT + (L+ 2a)df + SdT
et je sais pas cmt exprimer a
4) Je l'ai pas faite, je crois qu'il me faut le resultat du dessus pour y arriver
Voila merci aux personnes qui auront le courage de m'aider !
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