PARTIEL DE THERMODYNAMIQUE:

Documents pareils
Premier principe : bilans d énergie

1 Thermodynamique: première loi

Physique : Thermodynamique

COURS DE THERMODYNAMIQUE

Chapitre 3 LES GAZ PARFAITS : EXEMPLES DE CALCULS DE GRANDEURS THERMODYNAMIQUES

Premier principe de la thermodynamique - conservation de l énergie

Chapitre 4 Le deuxième principe de la thermodynamique

Optimisation des systèmes énergétiques Master 1 : GSI Génie Energétique et Thermique

Précis de thermodynamique

U-31 CHIMIE-PHYSIQUE INDUSTRIELLES

Cours de turbomachine à fluide compressible

DYNAMIQUE DE FORMATION DES ÉTOILES

COURS DE MACHINES FRIGORIFIQUES

Production d eau chaude sanitaire thermodynamique, que dois-je savoir?

Saisie des chauffe-eau thermodynamiques à compression électrique

Physique 1 TEMPÉRATURE, CHALEUR

BREVET DE TECHNICIEN SUPÉRIEUR AGRICOLE SUJET

CONCOURS COMMUN 2010 PHYSIQUE

Mesures du coefficient adiabatique γ de l air

LA MESURE DE PRESSION PRINCIPE DE BASE

À propos d ITER. 1- Principe de la fusion thermonucléaire

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

Réduction de la pollution d un moteur diesel

Daikin. DAIKIN ALTHERMA BI-BLOC, Solution pour le tertiaire et le résidentiel collectif. Pompes à chaleur Air / Eau. Inverter. » Economies d énergie

Etudier le diagramme température-pression, en particulier le point triple de l azote.

Projet SETHER Appel à projets Adrien Patenôtre, POWEO

PHYSIQUE Discipline fondamentale

MESURE DE LA TEMPERATURE

Fiche explicative pour la saisie des équipements du génie climatique dans la RT2012

THERMODYNAMIQUE: LIQUEFACTION D UN GAZ

1 Mise en application

Pompe à chaleur Air-Eau. Confort et économies

Datacentre : concilier faisabilité, performance et éco-responsabilité

Cours de Physique statistique

ALFÉA HYBRID DUO FIOUL BAS NOX

L énergie de l air extérieur pour une eau chaude sanitaire naturellement moins chère

L énergie sous toutes ses formes : définitions

Exemples d utilisation de G2D à l oral de Centrale

Exercice 1. Exercice n 1 : Déséquilibre mécanique

QU EST-CE QU UN CHAUFFE-EAU THERMODYNAMIQUE?

Une chaudière mixte est facilement identifiable : elle se déclenche chaque fois que vous ouvrez un robinet d eau chaude.

Le confort toute l année

STI2D : Enseignements Technologiques Transversaux

A. Énergie nucléaire 1. Fission nucléaire 2. Fusion nucléaire 3. La centrale nucléaire

Le moteur de Stirling : Conception et Performances

Circulation générale et météorologie

Physique - Résumés de cours PCSI. Harold Erbin

Circuits RL et RC. Chapitre Inductance

Économie d énergie dans les centrales frigorifiques : La haute pression flottante

Yutampo La solution 100 % énergie renouvelable

2.0. Ballon de stockage : Marque : Modèle : Capacité : L. Lien vers la documentation technique :

Les calculatrices sont autorisées

AQUACIAT2 HYBRID LA SOLUTION BI-ÉNERGIES COMPACTE PAC & CHAUDIÈRE GAZ. Puissances frigorifiques et calorifiques de 45 à 80 kw

NOTICE DOUBLE DIPLÔME

DES ÉCOLES DES MINES D ALBI, ALÈS, DOUAI, NANTES. Épreuve de Physique-Chimie. (toutes filières) Mardi 18 mai 2004 de 08h00 à 12h00

de l eau chaude pour toute l a famille, disponible à tout moment. Pompe à chaleur pour la production d Eau Chaude Sanitaire pompes á chaleur

VI Basse consommation inverter

Annexe 3 Captation d énergie

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Séquence 9. Étudiez le chapitre 11 de physique des «Notions fondamentales» : Physique : Dispersion de la lumière

Programme Pédagogique National du DUT «Génie thermique et énergie»

RÈGLEMENT INTÉRIEUR. RESTAURATION SCOLAIRE Année scolaire 2014/2015

NOTIONS FONDAMENTALES SUR LES ENERGIES

6 CYCLES DE PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ À VAPEUR

MINISTÈRE DE L ÉCOLOGIE, DU DÉVELOPPEMENT DURABLE ET DE L ÉNERGIE MINISTÈRE DE L ÉGALITÉ DES TERRITOIRES ET DU LOGEMENT

Qu est-ce qui cause ces taches à la surface du Soleil?

LE CETIME votre partenaire pour le progrès et l innovation:

Que nous enseigne la base de données PAE?

Sciences et Technologies de l Industrie et du Développement Durable ENERGIE THERMIQUE ENERGIE THERMIQUE

de faible capacité (inférieure ou égale à 75 litres) doivent être certifiés et porter la marque NF électricité performance.

Athénée royal Jules Delot, Ciney Energie Thermique

Introduction au logiciel de simulation ASPEN-Plus. J. Schwartzentruber

Énergie décentralisée : La micro-cogénération

FORMULES DE CALCUL. Prix = PV TTC = PV HT x (1 + taux de TVA) TVA = PV HT x taux de TVA PV HT = PV TTC 1 + taux de TVA

Cours de Physique Statistique. Éric Brunet, Jérôme Beugnon

Eléments constitutifs et synthèse des convertisseurs statiques. Convertisseur statique CVS. K à séquences convenables. Source d'entrée S1

PHYSIQUE-CHIMIE. Partie I - Propriétés de l atome

Electricité : caractéristiques et point de fonctionnement d un circuit

La relève de chaudière, une solution intermédiaire économique et fiable.

8 Ensemble grand-canonique

Projet de raccordement au réseau de transport de gaz naturel EXPRESSION PRELIMINAIRE DE BESOIN SITE :..

1. GENERALITES OBJET DU MARCHE DUREE DU MARCHE REGLEMENTATION SECURITE ASTREINTE ET GESTION DES

AIDE-MÉMOIRE LA THERMOCHIMIE TABLE DES MATIERES

Guide de la répartition des frais de chauffage

Quelques chiffres clés de l énergie et de l environnement

BONUS MALUS. Voici, la façon de calculer la prime : Le montant de la prime à acquitter est égale à : P = PB. C où : P

4 ème PHYSIQUE-CHIMIE TRIMESTRE 1. Sylvie LAMY Agrégée de Mathématiques Diplômée de l École Polytechnique. PROGRAMME 2008 (v2.4)

EES : Engineering Equation Solver Fiche récapitulative - Marie-Sophie Cabot

Examen de Guide de palanquée ANMP

3. SPÉCIFICATIONS DU LOGICIEL. de l'expression des besoins à la conception. Spécifications fonctionnelles Analyse fonctionnelle et méthodes

Site : mail : mennier@isnab.fr SUJET ES - session 2003 Page 1 68-(7(6VHVVLRQ

Rank Xerox (UK) Business Services

FUSION PAR CONFINEMENT MAGNÉTIQUE

Formation Bâtiment Durable :

Le Chauffe Eau Solaire Individuel

LES 1ERES RENCONTRES DES SYNDICS BENEVOLES TRAVAUX DE RENOVATION : MAITRISE D OUVRAGE ET CODE CIVIL

METEOROLOGIE. Aéroclub Besançon La Vèze. Cours MTO - Ivan TORREADRADO 1. F-SO au FL65 over LFQM

RÈGLEMENT INTÉRIEUR DU RESTAURANT SCOLAIRE DE JUMIÈGES

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

SARM: Simulation of Absorption Refrigeration Machine

Transcription:

I.P.S.A. 5/9 rue Maurice Grandcoing 942 Ivry Sur Seine Tél. : 1.44.8.1. Fax. : 1.44.8.1.13 Classe : Date de l'epreuve : 23 avril 211 AERO.2-SPE A, SPE B Corrigé PARTIEL THERMODYNAMIQUE Professeur : Monsieur BOUGUECHAL Durée: 1h3 2 h 3 h Avec (1) Notes de Cours Sans (1) sans (1) (1) Rayer la mention inutile NOM : Prénom : Calculatrice N de Table : PARTIEL DE THERMODYNAMIQUE: Si au cours de l épreuve, vous repérez ce qui vous parait être une erreur ou un oubli dans l énoncé, vous le signalez clairement dans votre copie et vous poursuivez l examen en proposant une solution. Inscrivez vos nom, prénom et classe Justifiez vos affirmations si nécessaire. Répondez directement sur la copie. Il sera tenu compte du soin apporté à la rédaction. NOM PRENOM CLASSE NUMERO T.S.V.P. 1

Exercice 1 : Entropie et propriétés ( 3 points ) A. Le deuxième principe de la thermodynamique définit une fonction d état : 1. S appelée entropie 2. H appelée enthalpie 3. U appelée énergie interne 4. F appelée énergie libre 5. aucune réponse ne convient B. L entropie est une grandeur : 1. extensive 2. intensive 3. constante 4. nulle 5. aucune réponse ne convient C. La variation sur un cycle de l entropie totale d un système est : 1. toujours positive 2. toujours négative 3. toujours nulle 4. n est pas mesurable 5. aucune réponse ne convient D. La relation qui lie la variation de l entropie est : 1. 2. 3. 4. 5. aucune réponse ne convient E. La relation qui lie l entropie et les autres variables d état est : 1. 2. 3. 4. 5. aucune réponse ne convient F. La relation qui lie l entropie et les autres variables d état est : 1. 2. 3. 4. 5. aucune réponse ne convient G. La relation qui lie l entropie et les autres variables d état est : 1. 2. 3. 4. 5. aucune réponse ne convient H. La relation qui lie l entropie et les autres variables d état est : 1. 2. 3. 4. 5. aucune réponse ne convient I. L entropie externe échangée entre le système et le milieu extérieur est : 1. toujours positive 2. toujours négative 3. toujours nulle 4. positive, négative ou nulle 5. aucune réponse ne convient J. Une transformation isentropique est une transformation : 1. adiabatique uniquement 2. réversible uniquement 3. adiabatique et réversible 4. isotherme 5. aucune réponse ne convient K. la création d entropie interne au cours d une transformation quelconque est toujours : 1. positive ou nulle 2. négative ou nulle 3. toujours nulle 4. positive, négative ou nulle 5. aucune réponse ne convient L. La création d entropie interne au cours d une transformation réversible est toujours : 1. positive ou nulle 2. négative ou nulle 3. toujours nulle 4. positive, négative ou nulle 5. aucune réponse ne convient 2

Cochez la ou les bonne(s) case(s). EERCICE 1 1 2 3 4 5 A B C D E F G H I J K L.25 point par ligne. 3

Exercice 2 : Transformation élémentaire réversible (5 points) On considère un gaz parfait subissant une transformation élémentaire réversible. Donner l expression de du, δw, δq, dh et ds en fonction des variations élémentaires dt, dp, dv de la température, de la pression et du volume et des coefficients caractéristiques du gaz parfait Cp et Cv qu on supposera constants. Remplir uniquement le tableau. Remplir le tableau Expressions générales Transformation isotherme Transformation isobare Transformation isochore Transformation isentropique du -PdV δw -PdV -PdV -PdV -RdT -PdV δq PdV dh ds.2 par cellule, ou encore 1 point par ligne ou par colonne. 4

Exercice 3 : Cycle thermodynamique (4 points) L état initial d une mole de gaz parfait est caractérisé par P = 2.1 5 Pascal, V = 14 litres. On fait subir successivement à ce gaz: - une transformation isobare, qui double son volume, - une compression isotherme, qui le ramène à son volume initial, - un refroidissement isochore, qui le ramène à l état initial (P, V ). 1. Faire une représentation de ces transformations dans le diagramme ( P,V ). 2. A quelle température en degré Celsius s effectue la compression isotherme? 3. En déduire la pression maximale atteinte. 4. Calculer le travail, la quantité de chaleur et la variation d énergie interne échangés par le système au cours de chaque transformation. 5. Faire le bilan du cycle. On donne : constante des gaz parfaits : R = 8,3 J.mol -1 K -1. Capacité calorifique à pression constante : Cp = (7 / 2) R Réponse : 1. P C P A B V V 2V 2. La compression isotherme BC s effectue à une température T tel que PV = RT en chaque point de l isotherme. En B : P 2V = RT d où : T = T B = T C = 2P V /R = 2T 1. T = 2*2*1 5 *14*1-3 /8.3 = 675 K 3. Soit P C la pression maximale atteinte, on a P C V =RT=R *2P V /R D où : P C = 2P P C = 2*2.1 5 = 4 1 5 Pa 4. Travail, chaleur et énergie interne. 1. 5

Travail : δw=- PdV = - 28 J Chaleur : = + 984 J Energie interne : 6

5. Bilan du cycle Transformations Travail ( J ) Chaleur ( J ) A B Isobare B C Isotherme C A Isochore Cycle Energie interne(j) - P V = - RT C P T - 28 984 73 3882-3882 -73-73 182-182 7

Exercice 4 : Cycle de Stirling (4 points) Soit une machine utilisant comme gaz de l air considéré comme un gaz parfait diatomique. Cette machine fonctionne réversiblement selon le cycle de Stirling représenté sur la figure ci-dessus. Ce cycle est composé de deux isothermes 3 ---> 4 et 1 ---> 2 et de deux isochores 2 ---> 3 et 4 ---> 1. A l état 1, la pression est P 1 = 1 5 Pa et la température est. A l état 3, la pression est P 3 = 4 1 5 Pa et la température est. 1) Etablir l expression des quantités de chaleur, échangées par une mole de gaz au cours des deux transformations isothermes en fonction des données du problème. Faire l application numérique. 2) Etablir l expression des quantités de chaleur, et échangées par une mole de gaz au cours des deux transformations isochores en fonction des données du problème. Faire l application numérique. 3) Etablir l expression des travaux et échangés par une mole de gaz au cours du cycle ainsi que le travail W total en fonction des données du problème. Faire l application numérique. 4) Déduire de ces résultats le rendement thermodynamique du cycle de Stirling. 5) Comparer ce rendement à celui que l on obtiendrait si la machine fonctionnait selon le cycle de Carnot entre les mêmes sources aux températures T et T. Expliquer la différence. Données : R = 8.3 S.I et C V = (5/2) R pour une molécule diatomique 8

Réponse : 1) Isotherme : A.N : A.N : 2) Isochore : A.N : 3) 9

4) Rendement = gain/dépense 5) Rendement de Carnot La différence de rendement provient des quantités de chaleur échangées ; le cycle absorbe de la chaleur lors de la transformation isochore 2 vers 3 ; cette quantité de chaleur est cédée lors de la transformation isochore 4 vers 1. Pour éviter cela, il suffit de stocker cette quantité de chaleur lors de la transformation 4 vers 1 et la restituer 2 vers 3. 1

Exercice 5 : Turbine à gaz (6 points) On se propose d étudier le fonctionnement et les performances d une turbine à gaz à combustion externe dans laquelle un gaz que l on supposera parfait décrit en circuit fermé les opérations réversibles suivantes : - le gaz initialement dans l état (, ) traverse un compresseur dans lequel il subit une évolution adiabatique jusqu à l état 2 (, ), - il se trouve alors en contact avec " une " source chaude où il se réchauffe à pression constante jusqu à la température, il est alors dans l état 3 (, ), - le gaz pénètre ensuite dans la turbine où il se détend de manière adiabatique jusqu à la pression ; en fin de détente il est dans l état 4 (, ), - il achève de se refroidir à la pression, au contact " d une " source froide jusqu à la température où il se trouve dans l état 1. 1) Tracer en diagramme p, V le cycle théorique de cette machine et on représentera toutes les données du problème. 2) Déterminer en fonction de,,, les volumes,,, d une mole de gaz dans les états 1, 2, 3, 4. On appellera γ la constante adiabatique du gaz et R la constante des gaz parfaits. 3) Déterminer les températures et en fonction de,,, 4) Préciser les quantités de chaleur Q et q échangées par une mole de gaz avec les sources chaude et froide en fonction uniquement des températures, ainsi que le travail global W de cette mole au cours du cycle. 5) Exprimer uniquement en fonction de le rendement théorique de cette machine. P Réponse : 1) P 2 2 3 1. P 1 1 4 V V 2 V 1 V 3 V 4 11

2) 1. 3) 1. 4) Les échanges de chaleur se font à pression constante. dt et on intègre. 1. (Le travail total + la chaleur totale) sur un cycle = variation d énergie interne = 12

1. 5) 13