Physique G´ en´ erale B
11`eme s´erie d’exercices 30 octobre 2012
Machine thermique, entropie
Variation des fonctions d’´ etat U, H, S, F et G
1. Trois machines thermiques
Trois machines de Carnot tournent entre des sources de chaleur aux temp´eratures de a) 400 K et 500 K
b) 500 K et 600 K c) 400 K et 600 K
Chaque machine extrait la mˆeme quantit´e de chaleur par cycle `a sa source chaude. Classez ces trois machines en fonction du travail qu’elles fournissent par cycle.
2. Variation d’entropie
Quatre (4) moles d’un gaz parfait subissent une d´etente isotherme r´eversible d’un vo- lume V1 `a un volume V2 = 2V1 `a la temp´erature de T = 400 K. Quelle est la variation d’entropie du gaz lors de cette d´etente ? On donne R = 8,31 J/mole.K
Si la d´etente ´etait adiabatique et r´eversible entre les mˆemes volumes au lieu d’ˆetre iso- therme, quelle serait la variation d’entropie ?
3. Calcul de la variation d’entropie dans un m´elange glace-eau
Un gla¸con de 10 grammes `a -10◦C est jet´e dans un lac dont la temp´erature est de 15◦C.
Calculer la variation d’entropie du syst`eme “gla¸con-lac” quand le “gla¸con” arrive `a l’´equilibre thermique avec le lac.
La chaleur sp´ecifique de la glace est de 2220 J/kg.K, la chaleur latente de fusion de la glace est de 333×103 J/kg et la chaleur sp´ecifique de l’eau est de 4190 J/kg.K
Indication : Pensez-vous qu’un gla¸con de 10g va modifier la temp´erature du lac ?
4. Calcul de variations des fonctions d’´etat
Un litre d’un gaz parfait est d´etendu `a 25◦C jusqu’`a 100 litres toujours `a la mˆeme temp´erature. Calculez la variation pour une mole des fonctions d’´etat U, H, S, F et G.
1
