TD T4: Second Principe de La Thermodynamique: But Du Chapitre
TD T4: Second Principe de La Thermodynamique: But Du Chapitre
TD T4: Second Principe de La Thermodynamique: But Du Chapitre
But du chapitre
Distinguer travail et transfert thermique.
Etudier le sens d’évolution d’un système thermodynamique.
Savoirs et savoir-faire
Ce qu’il faut savoir :
La définition d'un thermostat et sa réalisation pratique.
L'énoncé (complet !) du deuxième principe de la thermodynamique.
L'identité thermodynamique exprimée avec différents systèmes de variables.
La définition statistique de l'entropie.
Ce qu’il faut savoir faire :
Calculer la variation d'entropie d'un gaz parfait et d'une phase condensée idéale au cours de
différentes transformations.
Retrouver les expressions des relations de Laplace pour une transformation isentropique
d'un gaz parfait de coefficient γ constant.
Calculer la variation d'entropie d'un thermostat.
Calculer l'entropie créée au cours d'une transformation, conclure sur son caractère réversible
ou irréversible et analyser les éventuelles causes d'irréversibilité.
Identifier et comptabiliser les microétats associés à un macroétat donné.
Erreurs à éviter/ conseils :
Ne pas écrire le deuxième principe avant d'avoir défini clairement à quel système on
l'applique, et entre quels états (ou quels instants).
ΔS = 0 n'implique pas que la transformation associée soit réversible. Pour qu'une
transformation soit réversible, il faut que Scréée = 0.
Applications du cours
A l’instant initial, les deux gaz sont à la même température Ti et on enlève la paroi amovible, les
deux gaz parfaits vont se mélanger et atteindre une température d’équilibre finale T f. Calculer la
variation d’entropie qui accompagne ce processus.
Thermodynamique
Exercices
Exercice 1 : Solides en contact
Deux solides homogènes (Σ1) et (Σ2), de capacités thermiques C1 et C2, initialement à T1,0 et T2,0,
sont placés en contact dans une enceinte calorifugée sous pression constante.
Soit le système constitué de n moles de gaz parfait enfermé dans un cylindre de parois diathermanes
sous la pression P1, à la température T0. On suppose que le piston a une masse m 0 telle que m0g =
sP0, avec s section du cylindre et P0 pression atmosphérique. L'atmosphère au voisinage est
également à la température T0.
L'opérateur exerce très lentement une poussée sur le piston (supposé sans frottement) pour amener
le gp à une pression finale P2 = 4P0.
a) Peut-on modéliser la transformation comme isotherme réversible ?
b) Calculer la variation d'entropie du gaz et celle de la source en contact (l'atmosphère). Conclure.
2°) Compression monotherme irréversible d'un gaz parfait
On étudie le même système mais l'opérateur pose désormais brutalement à l'état initial une masse m
= 2m0 sur le piston (sans vitesse initiale). Le piston descend puis se stabilise après quelques
oscillations (frottements désormais, mais nous conservons le modèle du gp).
a) Préciser les paramètres de l'état final d'équilibre.
b) Calculer la variation d'entropie du gaz, celle de la source au contact, puis la variation d'entropie
de l'univers dans cette transformation.