Physique G´ en´ erale
8`eme s´erie d’exercices 9 octobre 2012
Premier principe de la Thermodynamique Ph´ enom` enes de transport
1. D´etente `a pression constante
10,61 Joules de chaleur sont apport´es `a un gaz parfait dont la pression est maintenue constante `a 1,01×105 Pa . Le volume du gaz augmente de 3,00×10−5 m3.
De combien varie l’´energie interne de ce gaz ? La temp´erature du gaz varie-t-elle dans ce processus ?
2. Compression adiabatique d’un gaz parfait
Le volume d’un gaz parfait est r´eduit de 200 litres `a 74,3 litres de mani`ere adiabatique.
La pression et la temp´erature initiales sont de 1,00 atmosph`ere et de 300 K. La pression finale est de 4,00 atmosph`ere.
a) Le gaz est-il monoatomique, diatomique ou polyatomique ? b) Quelle est la temp´erature finale du gaz ?
c) Combien de moles y a-t-il dans le gaz ?
On donne : R = 8,3144 J·K−1·mole−1 = 0.0821 litre·atm·K−1·mole−1
3. Viscosit´e du N2O
La constante b apparaissant dans l’´equation de van der Waals est, pour le N2O, de b = 0,0442 l·mole−1. Estimez le diam`etre mol´eculaire et calculez le coefficient de viscosit´e duN2O `a 25◦ C. On donne k = 1,3806 J·K−1.
(la valeur exp´erimentale est de 14,5 micro Pl)
4. Respiration des insectes
Chez les insectes, l’oxyg`ene p´en`etre par diffusion jusqu’aux organes internes grˆace `a de fins tubes appel´es trach´ees. Une trach´ee moyenne mesure environ ` = 2 mm de long et a une section de 2 · 10−9 m2. Si la constante de diffusion est de 1 · 10−5 m2/s et que la concentration interne de l’oxyg`ene est ´egale `a la moiti´e de celle de l’atmosph`ere ext´erieure,
a) Calculez le d´ebit Γ d’oxyg`ene dans la trach´ee.
b) Estimez le temps moyen pendant lequel une mol´ecule d’oxyg`ene reste dans la trach´ee.
1
Indications Estimez le nombre de mol´ecules d’oxyg`ene par unit´e de volume. La diffusion, dans ce probl`eme, se fait le long de la trach´ee. Pour estimer le temps moyen pendant lequel une mol´ecule d’oxyg`ene se trouve dans la trach´ee, calculez d’abord le nombre de particules qui y entrent et qui en sortent, puis, par une moyenne, le nombre de particules qui se trouvent dans la trach´ee.
L’air est compos´e de 21 % d’oxyg`ene.
2
