ENVIRONNEMENT DE RECETTE

Énergie : conversions et transferts - Spécialité

Thermodynamique

Exercice 1 : Modèle des gazs parfaits - Problème à résoudre

Dans le pneu d’une voiture qui a longuement roulé, la température de l’air atteint \( \theta_1 = 41 °C \). Le volume de l’air qu’il contient vaut \( V = 40\:L \) et l’automobiliste mesure la pression \( P_1 = 3,0\:bar \) de son pneu.

On rappelle les valeurs suivantes :
  • Constante des gazs parfaits : \( R = 8,31 J \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1} \)
  • \( 0°C = 273,15K \)
Calculer la quantité de matière d’air, assimilé à un gaz parfait, contenu dans le pneu.
On donnera la réponse avec deux chiffres significatifs, et suivie de l'unité qui convient.
Quelle est la pression à froid, lorsque la température de l’air descend à \( \theta_2 = 14 °C \) ?
On donnera la réponse en \( bar \) avec deux chiffres significatifs, en précisant l'unité.

Exercice 2 : Variation de l'énergie interne d'un système

On dispose d'une masse \( m = 9,8\:\text{kg} \) de cuivre \( (Cu) \) que l'on fait passer d'une température de \( \theta_1 = 10\:\text{°C} \) à \( \theta_2 = 96\:\text{°C} \).

On donne :
  • Capacité thermique massique du cuivre : \( c = 385\:\text{J}\mathord{\cdot}\text{K}^{-1}\mathord{\cdot}\text{kg}^{-1} \).
Calculer l'énergie thermique \( \Delta E \) accumulée par le système.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs, exprimé en joules.
Donner ce résultat en \( \text{Ws} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Exercice 3 : Décrire et calculer un transfert d'énergie

L’éthanol, ou alcool éthylique, est un alcool utilisé notamment dans la production de parfums et de biocarburants. Il est liquide à température ambiante et sa température de vaporisation est de 79 °C.

Lors d'un processus de vaporisation, l’éthanol reçoit-il ou cède-t-il de l’énergie thermique ?
Cette transformation est-elle exothermique ou endothermique ?

\( L_{vaporisation}​(éthanol) = 855 kJ\mathord{\cdot}kg^{-1} \)

Calculer l’énergie transférée pour réaliser la vaporisation de \( 228 g \) d’éthanol à 79 °C.
On donnera un résultat avec 4 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.

Exercice 4 : Utilisation de l'équation des gaz parfaits

On rappelle les constantes suivantes :
Constante des gaz parfaits : \( R = 8.31 J.K^{-1}.mol^{-1} \)
Conversion des températures : \( T(K) = 273.15 + \theta °C \)

Compléter le tableau suivant, pour un système formé d’un gaz parfait:
On écrira les réponses, sous forme d'écriture scientifique, en unité de base du système international avec 2 chiffres significatifs.
Pour les températures, la réponse ne sera pas sous forme d'écriture scientifique, mais simplement arrondie au centième, suivie de l'unité de base du système international qui convient.
{"header_top": ["Syst\u00e8me 1", "Syst\u00e8me 2", "Syst\u00e8me 3", "Syst\u00e8me 4"], "header_left": ["Pression", "Volume", "Quantit\u00e9 de Mati\u00e8re", "Temp\u00e9rature"], "data": [["4,9 \\times 10^{5}\\:Pa", "7,3 \\times 10^{5}\\:Pa", "2,9\\:bar", "?"], ["1,4 \\times 10^{1}\\:m^{3}", "3,7 \\times 10^{1}\\:m^{3}", "?", "4,4 \\times 10^{3}\\:L"], ["?", "1,5 \\times 10^{1}\\:mol", "2,2 \\times 10^{1}\\:mol", "4,2 \\times 10^{1}\\:mol"], ["38,57\\:\u00b0C", "?", "155,99\\:\u00b0C", "131,99\\:\u00b0C"]]}

Essais restants : 2

Exercice 5 : Calculer une variation d'énergie thermique

La température d'ébullition du diazote \(N_2\) est \(-196°C\) à la pression de \(1013 hPa.\)

On observe que la vaporisation de \(2,7\:kg\) du diazote nécessite un apport de \(5,4 \times 10^{2}\:kJ\), déterminer alors l'énergie massique de vaporisation du diazote
On donnera un résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
False