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3.A : La première loi de la thermodynamique (réponse)

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    Vérifiez votre compréhension

    3.1. \(\displaystyle p_2(V_2−V_1)\)

    3.2. Ligne 1,\(\displaystyle ΔE_{int}=40J\) ;

    ligne 2,\(\displaystyle W=50J\) et\(\displaystyle ΔE_{int}=40J\)

    ligne 3,\(\displaystyle Q=80J\) et\(\displaystyle ΔE_{int}=40J\) ; et

    ligne 4,\(\displaystyle Q=0\) et\(\displaystyle ΔE_{int}=40J\)

    3.3. Pour que le processus soit représenté par la courbe\(\displaystyle p=nRT/V\) sur le diagramme pV pour l'évaluation du travail.

    3.4. \(\displaystyle 1.26×10-^3J\).

    Questions conceptuelles

    1. a. SE ; b. ES ; c. ES

    3. Une partie de l'énergie sert à transformer la phase du liquide en gaz.

    5. Oui, tant que le travail effectué est égal à la chaleur ajoutée, il n'y aura aucun changement d'énergie interne et donc aucun changement de température. Lorsque l'eau gèle ou lorsque la glace fond en retirant ou en ajoutant de la chaleur, respectivement, la température reste constante.

    7. Si plus de travail est effectué sur le système que la chaleur ajoutée, l'énergie interne du système diminuera en fait.

    9. Le système doit être en contact avec une source de chaleur qui permet à la chaleur de pénétrer dans le système.

    11. Les processus isothermes doivent être lents pour garantir que la température ne change pas lors du transfert de chaleur. Même pour les processus isobariques et isochoriques, le système doit être en équilibre thermique avec de lentes variations des variables thermodynamiques.

    13. \(\displaystyle C_p\)Est généralement plus important que\(\displaystyle C_V\) parce que lorsque l'expansion se produit sous pression constante, elle agit sur l'environnement. Par conséquent, la chaleur peut entrer dans l'énergie interne et fonctionner. À volume constant, toute la chaleur est convertie en énergie interne. Dans cet exemple, l'eau se contracte lors du chauffage, donc si nous ajoutons de la chaleur à pression constante, le travail sur l'eau est effectué par l'environnement et\(\displaystyle C_p\) est donc inférieur à\(\displaystyle C_V\).

    15. Non, il est toujours supérieur à 1.

    17. Un processus adiabatique entraîne un changement de température mais aucun flux de chaleur. Le processus isotherme n'entraîne aucun changement de température mais un flux de chaleur.

    Problèmes

    19. \(\displaystyle p(V−b)=−c_T\)est l'échelle de température souhaitée et reflète le gaz idéal à volume constant.

    21. \(\displaystyle V−bpT+cT^2=0\)

    23. 74 K

    25. 1,4 fois

    27. PvLN (4)

    29. a. 160 J ; b. —160 J

    31. \(\displaystyle W=900J\)

    La figure est un diagramme de la pression, p, dans les atmosphères sur l'axe vertical en fonction du volume, V, en litres sur l'axe horizontal. L'échelle de volume horizontale va de 0 à 10 litres et l'échelle de pression verticale de 0 à 2 atmosphères. Quatre segments, A, B, C et D, sont étiquetés. Le segment A est une ligne horizontale avec une flèche vers la droite, s'étendant de 4 L à 10 L à une pression constante de 2 atmosphères. Le segment B est une ligne verticale avec une flèche vers le bas, s'étendant de 2 atmosphères à 0,5 atmosphère à une pression constante de 10 L. Le segment C est une ligne horizontale avec une flèche vers la gauche, s'étendant de 10 L à 4 L à une pression constante de 0,5 atmosphère. Le segment D est une ligne verticale avec une flèche vers le haut, s'étendant de 0,5 atmosphère à 2 atmosphères à une température constante de 4 L.

    33. \(\displaystyle 3.53×10^4J\)

    35. a. 1:1 ;

    Avant 10:1

    37. environ 600 J ;

    b. 0 ;

    environ 500 J ;

    d. 200 J ;

    e. 800 J ;

    environ 500 J

    39. 580 J

    41. environ 600 J ;

    b. 600 J ;

    environ 800 J

    43. a. 0 ;

    b. 160 J ;

    environ —160 J

    45. a. 150 J ;

    b. 700 J

    47. Aucun travail n'est effectué et ils atteignent la même température commune.

    49. 54 500 J

    51. un\(\displaystyle (p_1+3V^2_1)(V_2−V_1)−3V_1(V^2_2−V^2_1)+(V^3_2−V^3_1)\) ;.

    b.\(\displaystyle \frac{3}{2}(p_2V_2−p_1V_1)\) ;

    c. la somme des parties (a) et (b) ; d.\(\displaystyle T_1=\frac{p_1V_1}{nR}\) et\(\displaystyle T_2=\frac{p_2V_2}{nR}\)

    53. un.

    La figure est un diagramme de la pression, p en mégaPascals, sur l'axe vertical en fonction du volume, V en litres, sur l'axe horizontal. L'échelle de volume horizontale va de 0 à 6. L'échelle de pression verticale va de 0 à 3. Deux points, A à 2 litres, 3 mégaPascals et B à 6 litres, et une pression non étiquetée, sont représentés et sont reliés par une courbe. La courbe décroît de façon monotone et est concave vers le haut.

    b.\(\displaystyle W=4.39kJ,ΔE_{int}=−4.39kJ\)

    55. a. 1660 J ;

    b. -2730 J ;

    c. Cela ne dépend pas du processus.

    57. environ 700 J ;

    b. 500 J

    59. a. -3 400 J ;

    b. 3400 J entre dans le gaz

    61. 100 J

    63. a. 370 J ;

    b. 100 J ;

    environ 500 J

    65. 850 J

    67. pression diminuée de 0,31 fois la pression initiale

    69. \(\displaystyle γ=0.713\)

    La figure est un diagramme de la pression, p, dans les atmosphères sur l'axe vertical en fonction du volume, V, en litres sur l'axe horizontal. L'échelle de volume horizontale va de 0 à 20 et l'échelle de pression verticale de 0 à 9. Les données du tableau précédent sont représentées sous forme de points et l'équation y est égale à 8,4372 x tandis que la puissance moins 0,713 est tracée sous forme de courbe. Les points se situent tous sur la courbe ou très près de celle-ci.

    71. 84 K

    73. Une expansion adiabatique nécessite moins de travail et aucun flux de chaleur, ce qui réduit l'énergie interne par rapport à une expansion isotherme qui implique à la fois un flux de chaleur et un travail effectué. La température diminue lors de l'expansion adiabatique.

    75. L'isotherme a une pression finale plus élevée et ne dépend pas du type de gaz.

    77.

    La figure est un diagramme de la pression, p, dans les atmosphères sur l'axe vertical en fonction du volume, V, en litres sur l'axe horizontal. L'axe horizontal en V s'étend de 1,0 à 2,0. L'axe vertical, p, s'étend de 0 à environ 40. Deux isothermes sont illustrés. Une isotherme correspond à T égal à 500 K, la pression commençant à environ 40 atmosphères lorsque le volume est de 1,0 litre et diminuant avec le volume jusqu'à environ 25 atmosphères à 2,0 litres. La seconde isotherme est pour T égale à 300 K, la pression commençant à environ 25 atmosphères lorsque le volume est de 1,0 litre et diminuant avec le volume jusqu'à un peu plus de 10 atmosphères à 2,0 litres. Un troisième tracé, intitulé « Adiabatique », commence par l'isotherme de 500 K, à 1,0 L et environ 40 atmosphères, et se termine par l'isotherme de 300 K, à 2,0 L et un peu plus de 10 atmosphères.

    Problèmes supplémentaires

    79. un.\(\displaystyle W_{AB}=0,W_{BC}=2026J,W_{AD}=810.4J,W_{DC}=0;\)

    b.\(\displaystyle ΔE_{AB}=3600J,ΔE_{BC}=374J\) ;

    c.\(\displaystyle ΔE_{AC}=3974J\) ;

    d\(\displaystyle Q_{ADC}=4784J\) ;.

    e. Non, car de la chaleur a été ajoutée pour les deux parties AD et DC. Il n'y a pas assez d'informations pour déterminer la quantité provenant de chaque segment du chemin.

    81. 300 J

    83. a. 59,5 J ;

    b. 170 N

    85. \(\displaystyle 2.4×10^3J\)

    87. a. 15 000 J ;

    b. 10 000 J ;

    Environ 25 000 J

    89. 78 J

    91. Une bouteille contenant trois moles d'azote gazeux est chauffée à une pression constante de 2 atm. a. −1220 J ; b. +1220 J

    93. a. 7,6 L, 61,6 K ;

    b. 81,3 K ;

    c.\(\displaystyle 3.63L⋅atm=367J\) ;

    d. −367 J

    Problèmes liés au défi

    95. a. 1700 J ; b. 1200 J ; environ 2400 J

    97. a. 2,2 mol ;

    b.\(\displaystyle V_A=6.7×10^{−2}m^3, V_B=3.3×10^{−2}m^3\) ;

    c.\(\displaystyle T_A=2400K,T_B=397K\) ; d. 26 000 J

    Contributeurs et attributions

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