ATS ATS
Jules Ferry
TD 1 : Premier principe de la thermodynamique
T2
Exercice 1 : Capacité thermique massique d'un métal (AC)
Dans un calorimètre de capacité thermique Ccal, on a introduit initialement une masse me=300g d'eau de capacité thermique massique ce=4,18 .103J.K−1.kg−1. L'ensemble est à la température Te=353K .
On plonge alors un morceau de métal de masse m=860g dont la température initiale est T0=293K . Pendant toute la transformation, le système est en contact avec l'atmosphère où règne une pression P0. Après un certain temps, on mesure la température finale du système (calorimètre + eau + métal) : TF=346K . Le calorimètre a une valeur en eau µ=40g .
Exprimer la capacité thermique massique c du métal en fonction de me, m, µ, ce, Te, TF et T0. Faire l'application numérique.
Exercice 2 : Travail des forces de pression lors d'une transformation brutale (AC)
On considère un gaz réel contenu dans une enceinte fermée par un piston vertical de surface S et de masse négligeable pouvant coulisser sans frottement. La masse du piston étant négligeable, la pression du gaz à l'état initial est P0 et est égale à la pression atmosphérique. Le volume initial du gaz est V0.
On dépose brutalement une masse M sur le piston. À l'état final, on note PF la pression du gaz et VF son volume.
1. Que vaut la pression extérieure appliquée au gaz au niveau de la paroi mobile pendant la transformation ?
2. En déduire le travail W des forces de pression.
Exercice 3 : Transformation d'un gaz parfait
On fait passer une certaine quantité de gaz parfait d'un état d'équilibre A (PA, VA, TA) à un autre état d'équilibre B (PB=3PA, VB, TA) par deux chemins distincts :
• Chemin 1 : isotherme AB ;
• Chemin 2 : isochore AC puis isobare CB.
1. Représenter ces deux transformations sur un même diagramme de Watt.
2. Déterminer VB.
3. Exprimer le travail et les transferts thermiques reçus par le gaz au cours de la transformation 1 en fonction de PA et VA.
4. Exprimer le travail et les transferts thermiques reçus par le gaz au cours de la transformation 2 en fonction de PA et VA.
5. Les grandeurs suivantes dépendent-elles de la transformation suivie : UAB , WAB et QAB ?
Exercice 4 : Calorimétrie par méthode électrique
On considère le dispositif suivant où un liquide de masse mliq et de capacité thermique massique cliq est placé dans le calorimètre.
La résistance R est parcourue par un courant continu d'intensité I pendant un temps τ connu. L'effet joule dans la résistance provoque une augmentation de la température du système de TI
(àt=0 ) à TF (à t=τ).
La transformation est monobare (il y a équilibre de la pression au niveau des orifices permettant l'introduction du thermomètre et de l'agitateur) et les parois sont calorifugées.
État initial :
• calorimètre intérieur et ses accessoires à la température TI connue et de capacité thermique Ccal
• masse mliq connue de liquide à la même température TI État final : l'ensemble a une température TF que l'on mesure.
Donner l'expression de cliq en fonction de mliq, TI, TF, Ccal, R, I et τ.
E R
thermomètre agitateur
parois athermanes
