Irréversibilité, étude qualitative Annexe 1 Page 1 sur 4
Thermodynamique, T09 © Isa 2019
Questions pre alables
Quelles questions se poser à soi-même en thermodynamique ? Quel est le système que je choisis d’étudier ? Est-il isolé ou non ? Mécaniquement isolé ou non ? Thermiquement isolé ou non ? Quelle est la transformation que subit le système choisi ? Comment décrire son état initial ? Comment décrire son état final ? Toutes les réponses doivent être soigneusement justifiées, les plus précises et les plus détaillées possibles.
Pour toutes les questions. Définition du test du film : L’expérimentateur, c’est-à-dire vous, filme la transformation puis visionne son film en marche arrière. La transformation est dite réversible lorsque les visions en marche arrière et en marche avant sont aussi vraisemblables l’une que l’autre.
I. « Deux compartiments »
Un cylindre horizontal est partagé en deux par une cloison verticale mobile, initialement immobilisée par un loquet escamotable. Voir la figure 1 ci-dessous1. Le compartiment de gauche est rempli d’un gaz comprimé ; celui de droite d’un gaz sous faible pression. Chaque gaz est en équilibre thermodynamique. Vous escamotez le loquet. Et vous observez l’évolution du dispositif.
T09.A1 Figure 1 : « Deux compartiments »
A. Description du système et de la transformation
o Définissez le système le plus approprié pour l’observation de cette transformation.
o Le système que vous avez choisi est-il isolé ? o Décrivez l’état initial.
o Décrivez l’état final.
o Décrivez l’évolution du système au cours de la transformation.
o Quelle est la cause de la transformation ?
o Cette transformation est-elle spontanée ou imposée par le milieu extérieur ? o Cette transformation est-elle réversible ou irréversible ?
B. Vous avez conclu que la transformation est réversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film2.
C. Vous avez conclu que la transformation est irréversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film2. o Quelle est ou quelles sont les causes d’irréversibilité ?
o Décrivez comment chaque cause crée l’irréversibilité.
1 Par convention, dans ces cours, plus la pression est élevée plus la couleur verte est foncée.
2 Voir plus haut, dans l’introduction, la définition du test du film.
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II. « Corps de pompe »
Un cylindre, fermé par un piston maintenu par des cales, contient une masse connue de gaz. Voir la figure 2 ci- dessous. Le gaz contenu dans le corps de pompe fermé par le piston est en équilibre thermodynamique. La pression du gaz est pi, par exemple 2 bars3, la pression extérieure est pext, par exemple 1 bar, inférieure à pi, et les cales compensent la différence de pression. Vous ôtez les cales. Et vous observez l’évolution du dispositif.
T09.A1 Figure 2 : « Corps de pompe »
A. Description du système et de la transformation
o Définissez le système le plus approprié pour l’observation de cette transformation.
o Le système que vous avez choisi est-il isolé ? o Décrivez l’état initial.
o Décrivez l’état final.
o Décrivez l’évolution du système au cours de la transformation.
o Quelle est la cause de la transformation ?
o Cette transformation est-elle spontanée ou imposée par le milieu extérieur ? o Cette transformation est-elle réversible ou irréversible ?
B. Vous avez conclu que la transformation est réversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film4.
C. Vous avez conclu que la transformation est irréversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film4. o Quelle est ou quelles sont les causes d’irréversibilité ?
o Décrivez comment chaque cause crée l’irréversibilité.
3 1 bar = 105 Pa. Par convention, dans ce cours, plus la pression est élevée plus la couleur verte est foncée.
4 Voir plus haut, dans l’introduction, la définition du test du film.
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III. « Vers un café glacé »
Sur une table se trouvent un petit verre contenant du café dont la température est celle de l’air ambiant et une bouteille Thermos contenant une grande quantité d’eau liquide et de glace. Voir figure 3 ci-dessous. Vous introduisez le verre dans la bouteille Thermos. Et vous observez l’évolution du dispositif.
T09.A1 Figure 3 : « Vers un café glacé »
A. Description du système et de la transformation
o Définissez le système le plus approprié pour l’observation de cette transformation.
o Le système que vous avez choisi est-il isolé ? o Décrivez l’état initial.
o Décrivez l’état final.
o Décrivez l’évolution du système au cours de la transformation.
o Quelle est la cause de la transformation ?
o Cette transformation est-elle spontanée ou imposée par le milieu extérieur ? o Cette transformation est-elle réversible ou irréversible ?
B. Vous avez conclu que la transformation est réversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film5.
C. Vous avez conclu que la transformation est irréversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film5. o Quelle est ou quelles sont les causes d’irréversibilité ?
o Décrivez comment chaque cause crée l’irréversibilité.
5 Voir plus haut, dans l’introduction, la définition du test du film.
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IV. « Thermos ouverte »
o Première observation : Vous prenez une bouteille Thermos et vous la remplissez de café « frais » et bien chaud, de température initiale Ti. Vous la fermez soigneusement. Et vous observez la température du café pendant une heure, puis pendant une matinée.
o Deuxième observation : Vous observez la température du café alors que vous avez négligé de bien fermer la bouteille. Voir figure 4 ci-dessous.
o Troisième observation : Vous placez la bouteille ouverte dans une étuve dont la température est 40°C et vous observez la température du café.
T09.A1 Figure 4 : « Thermos ouverte »
Les questions A se rapporte à la première observation. Les questions B à D à la deuxième. La question E à la troisième.
A. Description et analyse de la première observation o Comment la température du café évolue-t-elle ? o Justifier votre réponse.
B. Description du système et de la transformation
o Définissez le système le plus approprié pour l’observation de cette transformation.
o Le système que vous avez choisi est-il isolé ? o Décrivez l’état initial.
o Décrivez l’état final.
o Décrivez l’évolution du système au cours de la transformation.
o Quelle est la cause de la transformation ?
o Cette transformation est-elle spontanée ou imposée par le milieu extérieur ? o Cette transformation est-elle réversible ou irréversible ?
C. Vous avez conclu que la transformation est réversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film6.
D. Vous avez conclu que la transformation est irréversible
o Alors justifier votre réponse en vous appuyant sur le test du film6. o Quelle est ou quelles sont les causes d’irréversibilité ?
o Décrivez comment chaque cause crée l’irréversibilité.
E. Troisième observation
o Comment les réponses précédentes sont-elles éventuellement modifiées ?
6 Voir plus haut, dans l’introduction, la définition du test du film.
