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    TD3 Thermodynamique Chimique

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    TD3

    Exercice 1

    Une mole de gaz parfait, caractérisé par le coefficient = p/ v constant, subit les transformations
    suivantes:

     Une détente isobare de l’état 0 ( 0, 0, 0) à l’état 1 ( 1, 1 = 2 0, 1)

     Une compression isotherme de l’état 1 à l’état 2 (P2, 2 = 0, 2).

     Un refroidissement isochore de l’état 2 à l’état 0.

    On supposera que ce cycle, appelé cycle de Lenoir, est décrit de manière réversible.

    1) Exprimer les températures 1 et 2 En fonction de 0 et les pressions 1 et 2 en fonction de 0.

    2) Représenter le cycle dans un diagramme de Clapeyron ( , ). En déduire la nature de la


    machine thermique ainsi réalisée.
    3) Calculer les transferts thermiques reçus par le gaz au cours d’un cycle.
    4) En déduire le travail reçu par le gaz au cours d’un cycle et vérifier son signe.
    5) Le cycle est utilisé pour réaliser une pompe à chaleur. Calculer son efficacité.

    Exercice 2

    Le cycle d’Ericson est constitué de deux isothermes et deux isobares (Figure). On suppose que toutes
    les transformations du cycle sont réversibles. Ce cycle est décrit par une masse m= 1kg d’air supposé
    parfait. La pression au début de la compression est P1= 120 kPa et le taux de compression est
    a=V1/V2 = 5.5. Les températures des deux isothèrmes sont T1= 27 °C et T2=627 °C. Données de l’air :
    M= 29g/mole, R= 8.3 J/mol.K et γ= 1,4.

    1- Sans faire de calcul, donner le signe du travail de ce


    cycle Wcycle. Justifier la réponse.
    2- Ce cycle est-il moteur ou récepteur ? Justifier.
    3- Calculer les pressions les températures et volumes de
    l’air aux points 1,2,3 et 4 du cycle.
    4- Calculer les travaux et les chaleurs échangées au cours
    de chaque transformation du cycle.
    5- Donner les valeurs de chaleurs reçue Qc et fournie Qf par
    la masse d’air qui décrit le cycle.
    6- Calculer le rendement  du cycle.
    Exercice 3.
    1. a) Calculer la variation d’entropie de 2 moles de gaz parfait qui se détend de 30 à 50 litres de
    manière isotherme et irréversible.
    b) Calculer l’entropie créée.
    2. Même question que celle de 1-a, mais la détente n’est plus isotherme, la température passant de
    300K à 290K.
    On donne Cv = 5 cal/mol.K

    Exercice 4

    Un kilogramme de glace sorti du réfrigérateur à –5°C, est transporté dans une salle à 25°C. Il se
    met en équilibre. Calculer l’entropie créée.
    On donne : ΔH°fusion,273K (H2O, s) = 334 J/g, les chaleurs spécifiques massiques sont : Cp (H2O,
    Liq) = 18 J/g.K; Cp (H2O, s) = 9 J/g.K
    Exercice 5
    Une mole d’une substance solide à 25°C est introduite dans un four chauffé à 900°C, cette
    substance reste solide entre ces deux température, sa chaleur molaire à pression constante est égale à
    30 J/K.mol
    1. Calculer la variation d’entropie du solide.
    2. Calculer la variation d’entropie échangée entre le four et le solide.
    3. En déduire la variation d’entropie créée au cours du chauffage.

    Exercice 6

    Un vase calorifugé contient une masse m1=200g de liquide, capacité thermique massique
    c1=2850 J/kg K à la température T1 =20 °C. On y plonge rapidement un bloc de cuivre de masse
    m2=250g (c2=390 J/kgK) pris initialement à la température T2 = 80°C. La capacité thermique du
    récipient est C3=150 J/K.
    1. Déterminer la température d'équilibre Te.
    2. Calculer la variation globale d'entropie au cours de cette opération.
    3. Conclure
    4. On retire le couvercle et on laisse l'ensemble se refroidir lentement jusqu'à la température
    ambiante 20°C. Quelle est la variation d'entropie de l'ensemble {vase + liquide + cuivre}.

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