Exemples de questions de thermodynamique

20 exemples de questions de thermodynamique

Processus thermodynamique

1. En thermodynamique, un gaz parfait subit une transformation isotherme si...

A. Malgré les changements d'état du gaz, la température reste toujours constante.

B. Toutes les molécules se déplacent à des vitesses différentes.

C. Toutes les conditions gazeuses changent toujours de température

D. À haute température, la vitesse des molécules est plus élevée.

La pression et le volume du gaz E ne changent pas.

Discussion

Isotherme ou isothermique signifie température constante.

La bonne réponse est A.

2. 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.

3. L'énoncé correct concernant les processus thermodynamiques est…

A. Le procédé isobare consiste à modifier un gaz à pression constante.

B. Le processus isobare consiste à changer un gaz à température constante.

C. Une transformation isochore est un processus de changement de gaz à pression constante.

D. Une isotherme est le processus de changement de gaz à volume constant.

E. Une transformation isochore est un processus de changement de gaz à température constante.

Discussion

Isobare = pression constante

Isochore = volume constant

Isotherme = température constante

La bonne réponse est A.

Première loi de la thermodynamique

4. D'après le graphique PV ci-dessous, la quantité de travail des gaz dans les processus I et II est proportionnelle à...

A. 4 : 3

B. 3 : 4

C. 2 : 3

D. 1 : 2

E. 1 : 1

Discussion

Il est connu que :

Processus 1 :

Pression (P) = 20 N/ ^m²

Volume initial (V₁ ₎ = 10 litres = 10 dm³ ^{= 10} × ^10⁻³ m³

Volume final (V₂ ⁾ ₌ 40 litres = 40 dm³ ⁼ 40 × ^10⁻³ m³

Processus 2 :

Pression (P) = 15 N/ ^m²

Volume initial (V₁ ₎ = 20 litres = 20 dm³ ^{= 20} × ^10⁻³ m³

Volume final (V₂ ⁾ ₌ 60 litres = 60 dm³ ⁼ 60 × ^10⁻³ m³

Demandé:

Répondre :

Travaux gaziers en cours I :

W = P ΔV = P (V₂ _– V₁ ₎ = (20)(40 ^{– 10} )(10⁻³ m³ ) = (20)(30)(10⁻³ ^m³ ) ⁼ (600)( ^10⁻³ m³ ⁾ = 0,6 ^m³

Travaux gaziers en cours II :

W = P ΔV = P (V₂ _– V₁ ₎ = (15)(60 ^{– 20} )(10⁻³ m³ ) = (15)(40)(10⁻³ ^m³ ) ⁼ (600)( ^10⁻³ m³ ⁾ = 0,6 ^m³

Comparaison du travail des gaz dans les procédés I et II :

0,6 m³ ^: 0,6 ^m³

1: 1

La bonne réponse est E.

5. D'après le graphique P-V, la quantité de travail des gaz dans les processus I et II est proportionnelle à...

A. 4 : 3

B. 3 : 4

C. 2 : 3

D. 1 : 2

E. 1 : 1

Discussion

Il est connu que :

Processus I :

Pression (P) = 20 Pascal

Volume 1 (V ₁ ) = 10 litres

Volume 2 (V ₂ ) = 40 litres

Processus II :

Pression (P) = 15 Pascal

Volume 1 (V ₁ ) = 20 litres

Volume 2 (V ₂ ) = 60 litres

Question : Comparaison du travail des gaz dans les procédés I et II

Répondre :

Le processus thermodynamique décrit par le graphique ci-dessus est un processus isobare (pression constante).

Travail effectué par le gaz dans le processus I :

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (20)(40 – 10)

W = (20)(30)

W = 600

Travail effectué par le gaz dans le processus II :

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (15)(60 – 20)

W = (15)(40)

W = 600

Comparaison du travail des gaz dans les procédés I et II :

600: 600

1: 1

La bonne réponse est E.

6. L'hélium gazeux est chauffé selon le graphique PV ci-dessous. Le travail effectué par l'hélium gazeux lors du processus AB est de…

A. 15 joules

B. 10 joules

C. 8 joules

D. 4 joules

E. 2 joules

Discussion

Il est connu que :

Pression (P) = 2 x 10⁵ ^N /m² ⁼ 2 x ^10⁵ Pascal

Volume initial (V₁ ⁾ ₌ 5 cm³ ⁼ 5 × ^10⁻⁶ m³

Volume final (V₂ ⁾ ₌ 15 cm³ ⁼ 15 × ^10⁻⁶ m³

Question : Le travail effectué par le gaz dans le processus AB

Répondre :

W = ∆P ∆V

W = P (V ₂ – V ₁ )

W = (2 x 10 ⁵ )(15 x 10 ^-6 – 5 x 10 ^-6 )

W = (2 x 10⁵ ⁾ (10 x ^10⁻⁶ ) = (2 x ^10⁵ )(1 x ^10⁻⁵ )

W = 2 joules

La bonne réponse est E.

7. Regardez l'image ! Un gaz parfait subit une transformation de pression (P) en volume (V). Le travail effectué par le gaz lors de cette transformation est…

A. 20 Joules

B. 15 Joules

C. 10 Joules

D. 5 Joules

E. 4 Joules

Discussion

Il est connu que :

Pression initiale (P₁ ₎ = 4 Pa ​​= 4 N/ ^m²

Pression finale (P₂ ₎ = 6 Pa = 6 N/ ^m²

Volume initial (V ₁ ) = 2 m ³

Volume final (V ₂ ) = 4 m ³

Recherche : Travaux effectués au gaz (W)

Répondre :

Travail effectué par le gaz = aire sous la courbe ab.

W = aire du triangle + aire du rectangle

W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)

W = ½ (2)(2) + 4(2)

W = 2 + 8

W = 10 joules

La bonne réponse est E.

8. Un gaz parfait subit un processus fermé A → B → C → A. Dans un cycle, le gaz effectue un travail équivalent à…

A. -2,0 x 10³ J

B. − 5,5 x ^10³ J

C. − 8,0 x ^10⁵ J

D. 2,0 x ^10⁶ J

E. 4,0 x ^10⁶ J

Discussion

Travail (W) = aire de la courbe (aire du triangle à l'intérieur de la ligne marquée par la flèche).

W = ½ (20-10)(6 x 10 ⁵ – 2 x 10 ⁵ )

W = ½ (10)(4 x 10 ⁵ )

W = (5)(4 x 10 ⁵ )

W = 20 x 10⁵ ⁼ 2 x ^10⁶ joules

La bonne réponse est D.

Moteur thermique

9. Une machine absorbe 2 000 joules de chaleur d’une source à haute température et rejette 1 200 joules vers une source à basse température. Le rendement de la machine est de …

A. 80%

B. 75%

C. 60%

D. 50%

E. 40%

Discussion

Il est connu que :

Chaleur absorbée (Q _H ) = 2000 Joules

Chaleur dégagée (Q _L ) = 1200 Joules

Travail produit par la machine (W) = 2000 – 1200 = 800 joules

Question : Rendement du moteur thermique (e)

Répondre :

La formule du rendement d'un moteur thermique :

e = W / Q _H = 800/2000 = 0,4 x 100 % = 40 %

La bonne réponse est E.

moteur de Carnot

10. Le rendement d'un moteur de Carnot dont le cycle absorbe de la chaleur à une température de 960 K et rejette de la chaleur à une température de 576 K est...

A. 40%

B. 50%

C. 56%

D. 60%

E. 80%

Discussion

Il est connu que :

Température élevée (TH ₎ = 960 K

Basse température (TL ₎ = 576 K

Question : Rendement du moteur de Carnot (e)

Répondre :

Le rendement d'un moteur de Carnot est de 0,4 x 100 % = 40 %

La bonne réponse est A.

11. Sur le graphique PV du moteur de Carnot ci-dessous, W = 6 000 joules. La quantité de chaleur dégagée par le moteur par cycle est…

A. 2.250 joules

B. 3.000 joules

C. 3.750 joules

D. 6.000 joules

E. 9.600 joules

Discussion

Il est connu que :

Travail (W) = 6000 joules

Température élevée (TH ₎ = 800 Kelvin

Basse température (T _L ) = 300 Kelvin

Question posée : Q

Répondre :

Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :

Chaleur absorbée par le moteur de Carnot :

W = e Q ₁

6000 = (0,625) Q ₁

Q1 ₌ 6000 / 0,625

Q1 = ₉₆₀₀

Chaleur dégagée par un moteur de Carnot :

Q2 = _{Q1 –} W

Q2 = 9600 – ₆₀₀₀

Q₂ = 3600 _joules

Il n'y a pas de bonne réponse.

12. Un moteur de Carnot d'un rendement de 40 % utilise une source chaude à une température de 727 °C. Déterminez la température de la source froide !

A. 327°C

B. 357°C

C. 400°C

D. 600°C

E. 627°C

Discussion

Il est connu que :

Efficacité (e) = 40 % = 40/100 = 0,4

Température élevée (TH ₎ = 727 ^° C + 273 = 1000 K

Question : Déterminez la température du réservoir froid

Répondre :

La température du réservoir est de 600 – 273 = 327 ^° C

La bonne réponse est A.

13. Le diagramme P-V d'un moteur de Carnot ressemble à la figure suivante ! Si le moteur absorbe 800 J de chaleur, alors le travail effectué est de…

A. 105,5 J

B. 252,6 J

C. 336,6 J

D. 466,7 J

E. 636,7 J

Discussion

Il est connu que :

Température élevée (TH ₎ = 600 Kelvin

Basse température (T _L ) = 250 Kelvin

Chaleur absorbée (Q ₁ ) = 800 Joules

Question posée : Effort (W)

Répondre :

Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :

Les efforts déployés sont les suivants :

W = e Q ₁

W = (7/12)(800 Joules)

W = 466,7 joules

La bonne réponse est D.

14. Un moteur de Carnot fonctionne à une température élevée de 600 K pour produire un travail mécanique. Si ce moteur absorbe 600 J de chaleur à une température basse de 400 K, alors le travail produit est de…

A. 120 J

B. 124 J

C. 135 J

D. 148 J

E. 200 J

Discussion

Il est connu que :

Basse température (TL ₎ = 400 K

Température élevée (TH ₎ = 600 K

Chaleur absorbée (Q ₁ ) = 600 Joules

Recherche : Travaux produits par le moteur de Carnot (W)

Répondre :

Rendement d'un moteur thermique idéal (moteur de Carnot) :

Travail effectué par le moteur de Carnot :

W = e Q ₁

W = (1/3)(600) = 200 joules

La bonne réponse est E.

Théorie cinétique des gaz et thermodynamique

15. Un gaz parfait est contenu dans un réservoir de 4 litres, à une température de 27 ^° C et une pression de 3 atm (1 atm = 10⁵ ^Nm⁻² ) . Ce gaz subit une transformation thermique à pression constante jusqu'à une température de 87 ^{° C .} Sa capacité thermique massique est de 9 J ^K⁻¹ . Le volume final du gaz et la variation d'énergie interne sont respectivement…

A. 4,2 litres, ΔU = 200 joules

B. 4,4 litres, ΔU = 240 joules

C. 4,6 litres, ΔU = 280 joules

D. 4,8 litres, ΔU = 300 joules

E. 4,8 litres, ΔU = 360 joules

Discussion

Processus isobare (pression constante)

Il est connu que :

Le volume initial d'un gaz parfait (V₁ ₎ = 4 litres

Température initiale d'un gaz parfait (T₁ ₎ = 27 ^° C + 273 = 300 K

Température finale du gaz parfait (T₂ ₎ = 87 ^° C + 273 = 360 K

^{Pression des gaz parfaits (} P) = 3 atm = 3 x ^10⁵ Nm⁻²

Capacité thermique du gaz (C) = 9 J K ^-1

Question : Volume final du gaz (V ₂ ) et variation d'énergie interne du gaz (ΔU)

Répondre :

Calculer le volume final à l'aide de la formule de la loi de Charles (processus isobare ou à pression constante) :

Changement de volume :

1 litre = 0,001 ^m³

Volume initial (V ₁ ) = 4 (0,001 m ³ ) = 0,004 m ³

Volume final (V₂ ₎ = 4,8 × (0,001 m³ ⁾ = 0,0048 ^m³

Changement de volume ( ΔV) = V ₂ – V ₁ = 0,0048 m ³ – 0,004 m ³ = 0,008 m ³.

Changements de température :

Variation de température (ΔT) = T₂ _– T₁ ₌ 360 K – 300 K = 60 K

Calculez la variation d'énergie interne (ΔU) d'un gaz parfait en utilisant la formule de la première loi de la thermodynamique :

ΔU = Q – W

Description : ΔU = variation d'énergie interne, Q = chaleur, W = travail.

Calculer le travail (W) à pression constante :

W = P ΔV = (3 x 10⁵ ⁾ ( 0,0008) = (3 x 10¹ ⁾ ( 8) = (30)(8) = 240 joules

Calculez la chaleur (Q) en utilisant la formule de la capacité thermique (C) :

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (9)(60) = 540 Joules

Calculer la variation d'énergie interne :

ΔU = Q – W = 540 Joules – 240 Joules = 300 Joules.

La bonne réponse est D.

16. Un réservoir contient 6 litres de gaz parfait à une pression de 2 atm (1 atm = 10⁵ ^Nm⁻² ) , à une température de 27 ^{° C .} Le gaz est chauffé à une température de 77 ^° C à pression constante. Si la capacité thermique du gaz est de 5 J ^K⁻¹ , son volume final et sa variation d'énergie interne sont respectivement…

A. 8 litres ; ΔU = 250 joules

B. 8 litres ; ΔU = 200 joules

C. 7 litres ; ΔU = 100 joules

D. 7 litres ; ΔU = 50 joules

E. 7 litres ; ΔU = 20 joules

Discussion

Processus isobare (pression constante)

Il est connu que :

Le volume initial d'un gaz parfait (V₁ ₎ = 6 litres

Température initiale d'un gaz parfait (T₁ ₎ = 27 ^° C + 273 = 300 K

Température finale du gaz parfait (T₂ ₎ = 77 ^° C + 273 = 350 K

^{Pression des gaz parfaits (} P) = 2 atm = 2 x ^10⁵ Nm⁻²

Capacité thermique du gaz (C) = 5 J K ^-1

Question : Volume final du gaz (V ₂ ) et variation d'énergie interne du gaz (ΔU)

Répondre :

Calculer le volume final à l'aide de la formule de la loi de Charles (processus isobare ou à pression constante) :

Changement de volume :

1 litre = 0,001 ^m³

Volume initial (V ₁ ) = 6 (0,001 m ³ ) = 0,006 m ³

Volume final (V₂ ) ₌ 7 × (0,001 m³ ⁾ = 0,007 ^m³

Changement de volume ( ΔV) = V ₂ – V ₁ = 0,007 m ³ – 0,006 m ³ = 0,001 m ³.

Changements de température :

Variation de température ( _ΔT ) = T₂ – T₁ ₌ 350 K – 300 K = 50 K

Calculez la variation d'énergie interne (ΔU) d'un gaz parfait en utilisant la formule de la première loi de la thermodynamique :

ΔU = Q – W

Description : ΔU = variation d'énergie interne, Q = chaleur, W = travail.

Calculer le travail (W) à pression constante :

W = P ΔV = (2 x 10⁵ ⁾ ( 0,001) = (2 x 10² ⁾ (1 ) = (200)(1) = 200 joules

Calculez la chaleur (Q) en utilisant la formule de la capacité thermique (C) :

C = Q / ΔT

Q = (C)(ΔT) = (5)(50) = 250 Joules

Calculer la variation d'énergie interne :

ΔU = Q – W = 250 Joules – 200 Joules = 50 Joules.

La bonne réponse est D.

Processus thermodynamique

17. Regardez le graphique sur le côté et les déclarations suivantes !

(1Le processus AB est isobare et W = P (V₂ - V₁)

(2) Le processus BC est adiabatique et ΔU = Q

(3) Le processus BC est isochore et ΔU = Q

(4) Le processus CA est isotherme et le système absorbe de la chaleur.

L'énoncé correct est…

A. (1) et (3)

B. (1) et (4)

C. (2) et (3)

D. (2) et (4)

E. (3) et (4)

Discussion

(1 ) Le processus AB est isobare et W = P (V ₂ – V ₁ )

Isobare = pression constante. La pression constante est représentée par une droite le long de P1, _de A à B. Dans ce processus, la pression reste constante mais le volume augmente. Cette augmentation de volume induit un travail du système sur le milieu extérieur ; ce travail (W) est le produit de la pression (P) et de la variation de volume (ΔU).

(3) Le processus BC est isochore et ΔU = Q

Une transformation isochore est une transformation à volume constant. Le volume fixe est représenté par une droite le long de V₂ _de B à C. Dans cette transformation, le volume reste constant mais la pression augmente. Le volume étant constant, aucun travail n'est effectué (W = 0). La formule du premier principe de la thermodynamique est ΔU = Q – W, ​​où ΔU représente la variation d'énergie interne, Q la chaleur et W le travail. En l'absence de travail, W = 0, donc ΔU = Q.

La bonne réponse est A.

18. Observez le graphique du cycle thermodynamique suivant !

D'après la déclaration suivante :

(1) A – B = isochore, le travail dépend des variations de température

(2) B – C = adiabatique, pas de variation de chaleur

(3) B – C = isobare, le travail dépend des variations de volume

(4) C – A = le processus se déroule grâce à un effort extérieur au système

La vérité est…

A. (1) et (2)

B. (1) et (3)

C. (2) et (3)

D. (2) et (4)

E. (3) et (4)

Discussion

(1) A – B = isochore, le travail dépend des variations de température

Oui, ce processus est isochore (à volume constant). Cependant, le volume restant constant, aucun travail n'est effectué. Un travail est effectué lorsqu'il y a une variation de volume. Par conséquent, cette affirmation est incorrecte.

(3) B – C = isobare, le travail dépend des variations de volume

Isobare = pression constante. La pression constante est représentée par une ligne droite reliant B à C. Dans ce processus, le volume du système augmente. Cette augmentation de volume signifie que le système effectue un travail sur l'environnement.

(4) C – A = le processus se déroule grâce à un effort extérieur au système

Au cours de ce processus, le volume et la pression du système diminuent. Cette diminution de volume signifie que l'environnement exerce une action sur le système. Autrement dit, un travail est effectué de l'extérieur.

La bonne réponse est E.

Lois de la thermodynamique

19. Regardez l'image ! Un gaz parfait subit une transformation de pression (P) en volume (V). Le travail effectué par le gaz lors de cette transformation est…
A. 20 Joules
B. 15 Joules
C. 10 Joules
D. 5 Joules
E. 4 Joules
Discussion
Est connu :
Pression initiale (P₁) = 4 Pa ​​= 4 N/m²
Pression finale (P₂) = 6 Pa ​​= 6 N/m²
Volume initial (V₁) = 2 m³
Volume final (V₂) = 4 m³
Demandé : Travail effectué par le gaz (W)
Répondre :
Travail effectué par le gaz = aire sous la courbe ab.
W = aire du triangle + aire du rectangle
W = ½ (6-4)(4-2) + 4(4-2)
W = ½ (2)(2) + 4(2)
W = 2 + 8
W = 10 joules
La bonne réponse est E.

20. Un gaz parfait subit un processus fermé A → B → C → A. Dans un cycle, le gaz effectue un travail équivalent à…
A. −2,0 x 10³ J
B. −5,5 x 10³ J
C. −8,0 x 10⁵ J
D. 2,0 x 10⁶ J
E. 4,0 x 10⁶ J
Discussion
Travail (W) = aire de la courbe (aire du triangle à l'intérieur de la ligne marquée par la flèche).
W = ½ (20-10)(6 x 10⁵ - 2 x 10⁵)
W = ½ (10)(4 x 10⁵)
W = (5)(4 x 10⁵)
W = 20 x 10⁵ = 2 x 10⁶ Joule
La bonne réponse est D.

Source de la question :

Questions de physique pour l'examen national de fin d'études secondaires/professionnelles