Thermodynamique : bilans et transformations

Premier principe

• Pour un système fermé : ΔU = W + Q avec la convention des travaux et transferts reçus.
• Pour un gaz parfait, U dépend uniquement de la température.
• À pression constante, la chaleur échangée est reliée à la variation d'enthalpie.

Second principe

• L'entropie mesure la dispersion de l'énergie et vérifie ΔStotal ≥ 0 pour une évolution spontanée.
• Une transformation réversible idéale produit une entropie nulle.
• Le rendement de Carnot dépend uniquement des températures des sources.

Exemples

• Un système reçoit Q = 200 J et fournit 50 J de travail : ΔU = 200 − 50 = 150 J.

À retenir

• ⭐ Énoncer clairement la convention de signe avant tout bilan.

Exercices corrigés

1. 1. Le système reçoit 100 J de chaleur et 30 J de travail. ΔU = ?

   • 70 J
   • 130 J
   • −70 J
   • −130 J
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   Réponse : 130 J. Avec les grandeurs reçues positives : ΔU = Q + W.

2. 2. Pour un gaz parfait, l'énergie interne dépend de…

   • la température
   • la pression seule
   • le volume seul
   • la forme du récipient
   Voir la correction

   Réponse : la température. C'est une propriété du modèle du gaz parfait.

3. 3. Pour une évolution spontanée isolée, l'entropie totale…

   • augmente ou reste constante
   • diminue toujours
   • est nulle toujours
   • dépend de la masse seulement
   Voir la correction

   Réponse : augmente ou reste constante. C'est le second principe.

4. 4. Le rendement de Carnot dépend…

   • des températures des sources
   • de la masse du moteur
   • du volume du piston seulement
   • de la durée
   Voir la correction

   Réponse : des températures des sources. ηCarnot = 1 − Tfroid/Tchaud en kelvins.