11 Exemples de questions sur l'application du premier principe de la thermodynamique à divers processus thermodynamiques (isobares, isothermes, isochores)
1. Le graphique ci-dessous illustre le cycle thermodynamique d'un gaz. Le travail effectué par le gaz lors du processus ABCD est…
Discussion
Est connu :
Pression 1 (P1) = 2 × 105 Pa
Pression 2 (P2) = 4 × 105 Pa
Volume 1 (V1) = 1 m3
Volume 2 (V2) = 3 m3
Demandé Le travail effectué par le gaz dans le processus du cycle ABCD
Répondre :
Travail effectué par le gaz = aire du rectangle ABCD.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (4 x 105 - 2 x 105)(3 – 1)
W = (2 x 105) (2)
W = 4 x 105 Joule
Le travail effectué par le gaz dans le processus du cycle ABCD est de 4 x 105 Joules.
2. Le travail effectué par le gaz dans le processus du cycle ABC est…
Discussion
Est connu :
Pression 1 (P1) = 3 × 105 Pa
Pression 2 (P2) = 6 × 105 Pa
Volume 1 (V1) = 20 cm3 = 20 x 10-6 m3
Volume 2 (V2) = 60 cm3 = 60 x 10-6 m3
Demandé Travail effectué par le gaz dans le processus du cycle ABC
Répondre :
Travail effectué par le gaz = aire du triangle ABCD.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)
W = ½ (6 x 105 - 3 x 105)(60 x 10-6 - 20 x 10-6)
W = ½ (3 x 105)(40 x 10-6)
W = ½ (120 x 10-1 Joule)
W = ½ (12 Joules)
W = 6 joules
Le travail effectué par le gaz dans le processus du cycle ABC est de 6 joules.
3. Graphique de la pression (P) en fonction du volume (V) d'un gaz dans un espace clos. La partie du graphique qui représente le travail effectué par le gaz sur le milieu extérieur est…
Discussion
Les processus AB et DC sont isobares. Les processus AD et BC sont isochores.
Le gaz effectue un travail sur le milieu extérieur s'il se dilate de sorte que le volume de l'espace qu'il occupe augmente (transformation continue). Le milieu extérieur effectue un travail sur le gaz s'il se contracte de sorte que le volume de l'espace qu'il occupe diminue (transformation continue).
4. Tous les gaz parfaits subissent une transformation isochore, donc...
A. Toutes les molécules ont la même vitesse
B. à haute température, la vitesse moyenne des molécules est plus grande
C. La pression du gaz reste constante
D. le gaz va effectuer un travail
E. ne possède pas d'énergie interne
Discussion
Isochore = volume constant.
La bonne réponse est B.
5. Une quantité de gaz parfait est comprimée par une transformation thermodynamique de l'état 1 à l'état 2, comme illustré dans le graphique PV ci-dessous. Le travail effectué par le gaz est…
A. -180 J
B. -90 J
C. -30 J
D. 30 J
E. 90 J
Discussion
1 litre = 0,001 m3
Est connu :
Pression 1 (P1) = 10 kPa = 10 000 Pa = 10 000 N/m2
Pression 2 (P2) = 20 kPa = 10 000 Pa = 10 000 N/m2
Volume 1 (V1) = 4 litres = 4 (0,001 m3) = 0,004 m3
Volume 2 (V2) = 10 litres = 10 (0,001 m3) = 0,010 m3
Demandé Travail (W) effectué par le gaz
Répondre :
W = P (V2 - V1) + 1/2 (P2 - P1)(V2 - V1)
W = 10 000 (0,010-0,004) + 1/2 (20.000-10.000)(0,010-0,004)
W = 10 000 (0,006) + 1/2 (10 000)(0,006)
W = 10 000 (6) + 1/2 (10 000)(6)
W = 60 + 1/2 (60)
W = 60 + 30
W = 90 joules
La bonne réponse est E.
6. Regardez le diagramme PV sur le côté !
Le travail produit lors du processus thermodynamique en un cycle est…
A. 100 kJ
B. 200 kJ
C. 300 kJ
D. 400 kJ
E. 600 kJ
Discussion
Est connu :
Pression 1 (P1) = 1 × 105 Pa = 1 x 105 N / m2
Pression 2 (P2) = 3 × 105 Pa = 3 x 105 N / m2
Volume 1 (V1) = 2 m3
Volume 2 (V2) = 4 m3
Demandé : Travail (W) produit.
Répondre :
Le travail effectué = aire du quadrilatère abcd.
W = (P2 - P1)(V2 - V1)
W = (3 x 105 - 1 x 105)(4 – 2)
W = (2 x 105) (2)
W = 4 x 105 Joule
W = 400.000 joules
W = 400 kilojoules
La bonne réponse est D.
7. Un gaz parfait subit une transformation comme illustré dans le diagramme PV ci-dessous. Le travail effectué lors de cette transformation est…
A. 35 J
B. 24 J
C. 15 J
D. 12 J
E. 6 J
Discussion
Est connu :
Pression 1 (P1) = 1 N/m2
Pression 2 (P2) = 7 N/m2
Volume 1 (V1) = 1 m3
Volume 2 (V2) = 5 m3
Demandé: Travail (W) terminé.
Répondre :
Travail effectué = aire du triangle ABC.
W = ½ (P2 - P1)(V2 - V1)
W = ½ (7-1)(5-1)
W = ½ (6)(4)
W = ½ (24)
W = 12 joules
La bonne réponse est D.
8. 0,02 mol d'un gaz monoatomique à 350 K se trouve dans un récipient fermé. Quelle quantité de chaleur est nécessaire pour élever la température du gaz à 400 K ? La constante universelle des gaz parfaits, R, est de 8,31 J/mol.-1 K-1.
A. 10 Joules
B. 12,5 Joules
C. 14 Joules
D. 15,5 Joules
E. 17 Joules
Discussion :
Est connu :
n = 0,02 mol
T1 = 350 XNUMX
T2 = 400 XNUMX
R = 8,31 J/mol K
Demandé :
Chaleur (Q) ?
Répondre :
Dans une transformation isochore (à volume constant), Q = delta U
Description : Q = chaleur, ΔU = variation d'énergie interne, U = énergie interne
9. Deux moles de gaz monoatomique à une température de 20 oC et pression 2 × 105 Pa subit un processus isochore jusqu'à ce que la pression atteigne 4 × 105 Pa. Si la constante universelle des gaz parfaits = 8,31 J/mol K, alors la variation d'énergie interne du gaz est…
A. 7304 J
B. 6200 J
C. 2291 J
D. 2128 J
E. 1208 J
Discussion :
Est connu :
n = 2 mol
T1 = 20 + 273 = 293 K
P1 = 2 x 105 Pa
P2 = 4 x 105 Pa
R = 8,31 J/mol K
Demandé :
Variation de l'énergie interne (delta U) ?
Répondre :
delta U = 3/2 nR(T2-T1)
Compte T2 utiliser d'abord la formule de la loi de Gay-Lussac (volume constant)
10. La partie du graphique pression (P) – volume (V) qui représente le gaz recevant un travail extérieur est...
A. AB
B. CD
C. BC
D. DA
E. CA
Discussion :
Si un travail est effectué sur le gaz, son volume augmente. Inversement, si un travail est effectué sur le gaz par une source extérieure, son volume diminue. Le processus illustré dans le graphique ci-dessus, qui représente la diminution du volume du gaz, est le processus CD.
La bonne réponse est donc B.
11. Les graphiques ci-dessous montrent la relation entre la pression (P) et le volume (V) du gaz subissant un processus.
Le processus qui génère le plus d'efforts est illustré dans le graphique numéro…
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
Discussion :
Le travail effectué est égal à l'aire. Plus l'aire est grande, plus le travail effectué est important. L'aire la plus grande est représentée sur le graphique 3.
La bonne réponse est C.
