Td corrigé Exercice 7 p - Exercices corriges pdf

Exercice 7 p - Exercices corriges

Remarque 2 : Pour ceux qui me l'ont demandé, vous trouverez l'énoncé de la partie thermique du DS du 23 décembre à la suite de ces corrections. Exercice 4  ...




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énergie interne du lait, qui vient de l’agitation thermique, va diminuer.

b. Le lait va passer à l’état solide. Dans cet état, l’agitation moléculaire est plus faible : on passe d’un état désordonné à un état ordonné. Dans l’énergie interne du lait, qui est liée à l’agitation thermique, va diminuer.


Exercice 9 p.135

Soit U l’énergie interne du bloc de laiton.

a. Soit  EMBED Equation.DSMT4 = 60 J la quantité de chaleur transférée. C’est une quantité positive puisque gagnée par le système.
L’énergie interne du système augmente par transfert thermique :  EMBED Equation.DSMT4 
Donc :  EMBED Equation.DSMT4 60 J.

b. Si la température du bloc diminue, alors l’agitation thermique diminue au niveau microscopique et donc l’énergie interne du système diminue :  EMBED Equation.DSMT4 

c. Ici,  EMBED Equation.DSMT4 -80 J, c’est une quantité négative puisque perdue par le système donc :  EMBED Equation.DSMT4 - 80 J.

d. La température du système augmente donc  EMBED Equation.DSMT4 

Exercice 10 p.136
Premier principe de la thermodynamique :  EMBED Equation.DSMT4 









a. Le système n’a reçu aucun travail de la part d’une force extérieure. Il a reçu par transfert thermique une énergie de 50 J : son énergie interne a augmenté de 50 J.

b. Le système a reçu un travail de 50 J la part d’une force extérieure. Il n’y a eu aucun transfert thermique et le système est donc thermiquement isolé de l’extérieur. Son énergie interne a augmenté de 50 J.

c. Le système a fourni un travail de 50 J à l’environnement (moteur par exemple). Il n’y a eu aucun transfert thermique et le système est donc thermiquement isolé de l’extérieur. Son énergie interne a diminué de 50 J.

d. Le système a fourni un travail de 50 J à l’environnement. Il a reçu par transfert thermique une énergie de 100 J : son énergie interne a augmenté de 100-50 = 50 J.

e. Le système a reçu un travail de 50 J la part d’une force extérieure. Il a perdu par transfert thermique une énergie de 100 J : son énergie interne a diminué de 50 J car 50-100 = - 50 J.

Exercice 11 p.136

a. Les glaçons fondent : il y a un changement d’état.

b. La température de la pièce est supérieure à celle des glaçons : il y a un transfert thermique de l’air vers les glaçons.

c. Les glaçons reçoivent de l’énergie puisque le transfert se fait du corps à température plus élevée vers le corps à température plus basse :  EMBED Equation.DSMT4 .

d. Les molécules d’eau passent d’un état microscopique ordonné à un état désordonné.

Exercice 12 p.136

a. Le transfert thermique s’effectue de l’eau à 60°C vers le cylindre à 20°C.

b. L’agitation moléculaire de l’eau, qui est supérieure à celle du cuivre initialement, va diminuer. Les vibrations du cristal atomique du cuivre vont augmenter.

c. Le système cuivre reçoit 10 J donc la transfert thermique est compté positivement :  EMBED Equation.DSMT4 10 J

d. Le système eau perd 10 J par transfert thermique :  EMBED Equation.DSMT4 - 10 J

Exercice 13 p.136

a. Le système choisi est l’eau. La résistance chauffante fournit de l’énergie au système par transfert thermique. Le système ne perd pas d’énergie vers l’extérieur puisque les parois du récipient sont isolées thermiquement.
L’énergie interne du système augmente donc.

b. Un réaction exothermique dégage de la chaleur : le système chimique fournit de l’énergie à l’environnement par transfert thermique.
Le système eau va donc recevoir de l’énergie par transfert thermique : son énergie interne va augmenter, et donc sa température. On va observer une augmentation de la température du mélange.

Exercice 14 p.136

a. L’archer (extérieur) fonrnit de l’énergie au système par travail. L’énergie interne de l’arbalète augmente de 50 J :  EMBED Equation.DSMT4 50 J.

b. La batterie (le système) fournit de l’énergie à l’extérieur. L’énergie interne de la batterie diminue de 100 J :  EMBED Equation.DSMT4 - 100 J.

c. L’eau (le système) fournit de l’énergie à l’extérieur par transfert thermique. L’énergie interne de l’eau diminue de 50 J :  EMBED Equation.DSMT4 - 50 J.

Exercice 15 p.136

a. L’énergie interne de l’eau a augmenté puisque sa température, et donc son agitation thermique, augmente.

b. Au niveau microscopique, on augmente le désordre moléculaire : les molécules d’un gaz s’agitent de façon plus désordonnée que les molécules d’un liquide.
L’énergie interne de l’eau a donc augmenté en passant de l’état liquide à l’état de vapeur.
Il faut donc transférer de l’énergie à l’eau par transfert thermique : chauffer l’eau.

Attention, la température de l’eau n’augmente pas pendant le changement d’état : toute l’énergie fournie à l’eau est utilisée pour passer à l’état désordonné du gaz.

c. La température de la vapeur a augmenté, donc son agitation thermique aussi : l’énergie interne de l’eau a par conséquent augmenté.
Les molécules d’eau se déplacent plus vite qu’auparavant.

Exercice 16 p.136

a. Les molécules d’eau sont rigidement liées entre elles dans la glace : elles oscillent autour d’une position moyenne.
Les molécules d’eau sont faiblement liées entre elles dans l’eau liquide : elles se déplacent les unes par rapport aux autres.

b. La glace est un état microscopique ordonné. L’eau liquide est un état désordonné.

c. Le désordre ayant augmenté, l’énergie interne du système augmente.

Exercice 17 p.136

L’énergie qu’il faut fournir à 1,0 kg de glace pour la faire passer à l’état liquide à température constante (0°C) vaut  EMBED Equation.DSMT4 334 kJ.
Un glaçon de 20 g doit donc recevoir une énergie de  EMBED Equation.DSMT4 6,7 kJ pour fondre.
Donc :  EMBED Equation.DSMT4 6,7 kJ.

Exercice 18 p.137

a. Le système gaz reçoit 25 J par transfert thermique :  EMBED Equation.DSMT4 25 J.
Il fournit 10 J par travail :  EMBED Equation.DSMT4 - 10 J.

b. Premier principe de la thermodynamique :  EMBED Equation.DSMT4 
Donc :  EMBED Equation.DSMT4 15 J.

L’énergie interne du gaz augmente lors de cette transformation.

Exercice 19 p.137

Le système étudié est l’ensemble des deux mains.

Pour que les mains frottent l’une sur l’autre, les bras exercent sur elles une force extérieure et fournissent un travail  EMBED Equation.DSMT4 >0. Le frottement engendré se traduit par une augmentation de l’énergie interne des mains.

Exercice 20 p.137

a. L’énergie interne dépend de l’état du système : si l’état du système est identique, alors l’énergie interne est la même : lors d’une transformation cyclique,  EMBED Equation.DSMT4 .

b. Etape 1 :  EMBED Equation.DSMT4 100 J.

c. Si le système revient dans son état initial, alors son énergie interne doit revenir à sa valeur initiale. Le système doit donc perdre de l’énergie lors de cette étape. Si ce n’est par travail, c’est donc par transfert thermique : le système va donc chauffer le milieu ambiant.
Etape 2 :  EMBED Equation.DSMT4  puisque  EMBED Equation.DSMT4 .
Donc  EMBED Equation.DSMT4 = - 100 J.

Exercice 21 p.137

a. Il n’y a pas de transfert thermique entre le système gaz et l’extérieur :  EMBED Equation.DSMT4 .
Premier principe de la thermodynamique :  EMBED Equation.DSMT4 .
Donc :  EMBED Equation.DSMT4  avec  EMBED Equation.DSMT4  > 0 puisque le gaz s’est déplacé dans le sens de la force exercée.
Soit :  EMBED Equation.DSMT4 , l’énergie interne du gaz augmente.

Au niveau microscopique, la compression du gaz se traduit par une agitation thermique plus importante. En effet, la pression du gaz augmente et donc sa température (loi des gaz parfaits).
Puisqu’il n’y a pas d’échange thermique avec l’extérieur la température du gaz ne peut pas diminuer ainsi.

b.  EMBED Equation.DSMT4  A.N :  EMBED Equation.DSMT4 10 J.

Exercice 22 p.137

Le système étudié est le fluide de la machine thermique symbolisé par un ovale. Toutes les grandeurs sont positives si l’énergie est fournie au système, et négative si le système en fournit à l’extérieur.
L’extérieur comprend la source chaude et la source froide.





a.  EMBED Equation.DSMT4 1000 J (énergie reçue) et  EMBED Equation.DSMT4 - 750 J (énergie fournie).

b. L’énergie interne dépend de l’état du système. Comme le fluide revient dans son état initial, l’énergie interne n’a donc pas varié au cours d’un cycle :  EMBED Equation.DSMT4 

c. Le système fournit de l’énergie au milieu extérieur par travail :  EMBED Equation.DSMT4 .

d. Premier principe de la thermodynamique :  EMBED Equation.DSMT4 .

Or :  EMBED Equation.DSMT4  et  EMBED Equation.DSMT4  donc :  EMBED Equation.DSMT4  Soit  EMBED Equation.DSMT4 

A.N :  EMBED Equation.DSMT4 -250 J

Si on se place du point de vue de l’extérieur, la machine convertit donc 250 J d’énergie thermique en énergie mécanique fournie à l’extérieur par travail moteur de la machine au cours d’un cycle.

e. Par définition, la puissance est le débit de l’énergie, soit ici le travail fourni par la machine sur la durée :
 EMBED Equation.DSMT4  avec  EMBED Equation.DSMT4 s et  EMBED Equation.DSMT4 kJ

Soit : P = 13,8 kW.
f. Le rendement vaut  EMBED Equation.DSMT4  soit r = 0,25 d’où 25%
La machine transforme un quart de l’énergie reçu en travail et dissipe le reste (trois quarts) en chaleur.
C’est un mauvais rendement. C’est pourtant celui (30% au mieux) des moteurs thermiques actuels.
Les moteurs électriques font beaucoup mieux (90%) mais l’énergie électrique se stocke très mal…


















Source froide

Q2 < 0 : perte d’énergie par transfert thermique







Q1 > 0 : gain d’énergie par transfert thermique

W < 0 : perte d’énergie par travail

Source chaude

cuivre à 20°C


















Eau à 60°C

Q < 0 : perte d’énergie par transfert thermique





Q > 0 : gain d’énergie par transfert thermique

W < 0 : perte d’énergie par travail

W > 0 : gain d’énergie par travail


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