thermodynamique

[alexb]

voici l'exercice qui me pose probleme :
Un gaz parfait est enfermé ds un cylindre à l'intérieur duquel peut coulisser(sans frottement) un piston de masse négligeable La température T1=Text=293K, la pression P1=Pext=1atm, le volume V1=5L.La paroi du cylindre conduit la chaleur.
1)en appuyant sur le piston on augmente très lentement la pression jusqu'à P2=10atm calculer V2,T2,deltaU,W et Q
2) On passe brusquement de P1 à P2 en plaçant sur le piston une masse adéquate. Calculer les meme grandeurs ainsi que l'entropie de création.

Pour la question 1 ça va : T1=T2, V2=(P1V1)/P2,deltaU=0,-Q=W=-P2(V2-V1)

Après je bloque pour 2) j'aurais bien supposé que les transferts de chaleur n'ont pas le temps de se faire mais bon faut pas abuser, sinon au niveau du travail doit y avoir une différence mais je vois pas trop ...
-----

[alebot]

Bonsoir,

1) Il y a une erreur dans le calcul de W qui est

où P est bien donné par une transformation isotherme.

2) La transformation est adiatique car très rapide. Soit Q=0.

Bon courage

[alexb]

merci donc pour 1 on a W=nRT*ln(V2/V1)

2) ok pour l'adiabatique mais deltaU est toujours égal à 0 ?

[alexb]

Doit y avoir un - devant le travail aussi ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[alebot]

Bonjour,

i) Il y a bien une erreur de signe pour le calcul du travail dans le cas 1. dW=-PdV
ii) dU vaut bien 0 dans le cas 1 car la transformation est isotherme et U est proportionnel à T. Mais dans le cas 2) dU n'est plus nul. On a seulement dQ=0 (transformation adiatique) de sorte que dU=dW.

J'espère que c'est plus clar maintenant.

[invite8d75205f]

La transformation est adiatique car très rapide. Soit Q=0.

La transformation de la question 2) me fait plutôt penser à une transformation isobare (P2 = constante pour toute la transformation)
Les états initial et final étant les mêmes que précédemment, on en déduit donc que deltaU = 0. W est facile à calculer pour la transfo, on en déduit Q puis les entropies.

cordialement

[ketchupi]

Comment la transformation 2 peut-elle être isobare alors que l'on passe brusquement d'un état de pression P1 à un autre état pour lequel le gaz est beaucoup plus comprimé ?(P2>>P1) Non je pense que l'hypothèse d'adiabacité est raisonnable ici.

++

[invite8d75205f]

Bonsoir,

c'est justement parce que l'on passe brusquement à la pression P2 que la transformation peut être considérée comme isobare : en plaçant la masse sur le piston, on change brusquement la pression dans l'enceinte et toute la transformation s'effectue à P2 = constante.

cordialement

[gatsu]

Salut,

Bon pour mettre tout le monde d'accord, moi je dis que la transformation est monobare .

Comme l'état final est un état d'équilibre (thermique et mécanique) c'est donc le même état final que dans la première question c'est juste les étapes entre les deux états qui ne sont pas les mêmes.

[invite80c11ef6]

Bonjour à tous !
pour la question 2 ...
Tout d'abord au sujet du travail : dw = -p_ext dV
en effet il y a bien un signe négatif qui doit apparaitre
la pression est la pression extérieure agissant sur le fluide ! Ce n'est pas toujours celle du fluide !
C'est celle du fluide si la transformation est lente
Ce n'est pas celle du fluide si l'évolution est brutale puisqu'il y a déplacement rapide du piston

donc on intègre à pext constant dans ce cas

d'autre part la chaleur n'a pas le temps de s'évacuer donc la transformation est adiabatique (et irréversible vu sa rapidité)
dQ=0

dU = mcvdT = dw ... le tour est joué en intégrant et on trouve la température finale....

pour l'entropie ... c'est une fonction d'état donc on invente un chemin (facile à calculer) qui fait passer de l'état initial à l'état final (en 2 étapes...) et on a la variation d'entropie d'un chemin connu donc de tous les chemins .........

Reste à mettre tout celà en forme... Bon courage !!

[invite8d75205f]

Bonsoir,

donc on intègre à pext constant dans ce cas

d'autre part la chaleur n'a pas le temps de s'évacuer donc la transformation est adiabatique (et irréversible vu sa rapidité)
dQ=0

En physique, il y a la théorie, l'expérience et ... les exercices qui flottent dans l'hyperespace et passent de temps à autre par un trou de ver pour venir embêter les étudiants.
Dans l'exercice d'Alex, la simple prise en compte d'une pression extérieure constante suffit à résoudre la question 2). Rajouter l'hypothèse d'adiabaticité, c'est chouette, mais c'est de la vraie physique, celle de l'espace-temps réel : rien à voir donc avec la résolution d'un exercice venu d'où vous savez !

cordialement

[invite80c11ef6]

Bonsoir,
Oui, c'est sûr ! On doit intégrer à pext constant (pour la question 2)... c'est la définition du travail volumétrique ou travail des forces extérieures....
Pext est constant et se régle par la masse posée sur le piston (en fonction du diamètre du piston) ....

[invite80c11ef6]

Re bonsoir,
pour reprendre nico 2009, il est vrai que les hypothèses de la thermodynamique .... sont plus que farfelues.
La réversibilité des évolutions en est un bel exemple. A partir de là il faut savoir où l'on met les pieds avec de telles hypothèses...
Bonne soirée à tous

[gatsu]

Bonsoir,



En physique, il y a la théorie, l'expérience et ... les exercices qui flottent dans l'hyperespace et passent de temps à autre par un trou de ver pour venir embêter les étudiants.
Dans l'exercice d'Alex, la simple prise en compte d'une pression extérieure constante suffit à résoudre la question 2). Rajouter l'hypothèse d'adiabaticité, c'est chouette, mais c'est de la vraie physique, celle de l'espace-temps réel : rien à voir donc avec la résolution d'un exercice venu d'où vous savez !

cordialement

Il faudrait qu'un jour je comprenne pourquoi mes interventions sont (à peu près) systématiquement ignorées.
Comme je l'ai déjà dit et comme vous le redites la transformation est monobare c'est à dire à pression exterieure constante. Ce fait est clair et net dans l'énoncé il n'y a pas besoin de faire de discrimination entre théorie et experience.

Maintenant, lorsqu'on réfléchit trop vite au problème on imagine que la transformation se passe tellement vite qu'il ne va pas y avoir d'échange de chaleur....oui sauf qu'une fois que le piston est arrivé en bas les parois sont toujours diatermes et le système relaxe tranquillement vers l'équilibre thermodynamique comme dans la première transformation.

Le problème ne vient donc aucunement de la théorie mais de conclusions parfois abusives que certains (moi le premier) peuvent faire dans la hate.

pour reprendre nico 2009, il est vrai que les hypothèses de la thermodynamique .... sont plus que farfelues.
La réversibilité des évolutions en est un bel exemple. A partir de là il faut savoir où l'on met les pieds avec de telles hypothèses...
Bonne soirée à tous

Les hypothèses de la thermostatique (puisqu'il s'agit de cela en fait) ne sont pas farfelues mais encore faut il les utiliser correctement et dans le domaine de validité qui est le leur. En l'occurence, les notions de quasi-staticité et de réversiblité ont clairement un sens dans le cadre de cette théorie (sens qui peut être plus ou moins malmené si on va plus loin que ce que cherche à décrire la thermodynamique standard).

[invite8d75205f]

bonjour,

Il faudrait qu'un jour je comprenne pourquoi mes interventions sont (à peu près) systématiquement ignorées.

Peut-être parce qu'elles sont correctes et suffisamment précises pour que personne n'ai rien à ajouter (mon commentaire sur les exercices n'était qu'un clin d'oeil sans importance)... c'était en tout cas le cas pour pour cette intervention. Merci d'avoir corrigé isobare en monobare.

cordialement