Title: PTE / Physique / Thermodynamique / Physique - Premier principe de la thermodynamique - Bilan d'énergie - PTSI

Q: Enoncer de façon générale le premier principe de la thermodynamique.
A: Pour un système FERME évoluant entre deux états d'équilibre. La variation d'énergie totale du système est donnée par:
ΔE = ΔE_c + ΔE_p + ΔU = W_pression + W_autres + Q
où - W_pression est le travail des forces de pression
- W_autres est le travail des forces non conservatives autres que celles de pression
- Q est le transfert thermique au niveau de la surface de controle du système.

Q: Définir ce qu'est un système macroscopiquement au repos et donner l'énoncer pratique du premier principe de la thermodynamique.
A: Pour un système fermé évoluant entre deux états d'équilibres , étant macroscopiquement au repos et soumis uniquement à des forces de pression, la variation d'énergie interne est égale à l'énergie échangée avec le milieu extérieur :
ΔU = W_pression + Q
Un système est dit macroscopiquement au repos lorsque son énergie cinétique macroscopique est nulle et son énergie potentielle macroscopique dont dérivent les forces extérieures au système est constante.

Q: Donner la propriété sur le premier principe de la thermodynamique dans le cadre des transformations cycliques.
A: Si le système est fermé et subit une transformation cyclique:
ΔE =  0
Si de plus il est macroscopiquement au repos et n'est soumis qu'à des forces de pression:
ΔU = 0

Q: Que peut-on dire sur une transformation isochore qui est utile à l'utilisation du premier principe de la thermodynamique ?
A: Dans une transformation isochore, le travail des forces de pression est nul.
Ainsi: Q_V = ΔU (le V en indice indique que l'on travaille à volume constant)

Q: Définir l'enthalpie
A: H = U + PV

Q: Ecrire le premier principe d'une autre manière grâce à l'enthalpie. + CONDITION
A: Pour un système fermé, macroscopiquement au repos, évoluant dans une transformation monobare, avec équilibire mécanique EI et EF, alors:
ΔH = Q_P

Q: Définir ce qu'est la capacité thermique à pression constante.
A: ΔH = C_P(T)ΔT
(grandeur extensive)

Q: Exprimer l'enthalpie molaire pour un gaz parfait.
A: monoatomique:
H_m = 5/2 * RT
diatomique:
H_m = 7/2 * RT

Q: Définir le coefficient adiabatique.
A: On note γ (gamma miniscule) le coefficient adiabatique:
γ = c_p/c_v = C_p,m/C_V,m = C_P/C_V

Q: Exprimer la relation de Mayeur. Donner sa conséquence.
A: C_P,m - C_V,m = R.
Ainsi:
C_V,m = R/(γ-1) et C_P,m = γR/(γ-1)

Q: Définir l'enthalpie massique de changement d'état.
A: On appelle enthalpie massique de changement d'état à la température T, et l'on note Δ_I->IIh(T), la variation d'enthalpie d'un kilogramme de corps pur lors de la transition de phase de l'état I à II:
 Δ_I->IIh(T) = h_II(T) = h_I(T)

Q: Définir l'enthalpie molaire de changement d'état.
A: On appelle enthalpie molaire de changement d'état à la température T, et l'on note Δ_I->IIH_m(T), la variation d'enthalpie d'une mole  de corps pur lors de la transition de phase de l'état I à II:
 Δ_I->IIH_m(T) = H_m,_II(T) - H_m,_I(T)

Q: Définir la notion de vapeur en eau dans le cadre de la mesure de grandeurs thermodynamiques.
A: On appelle vapeur en eau du calorimètre, la masse en eau μ qui aurait la même capacité thermique que le calorimètre et ses accessoires:
C_calorimètre+accessoires = μc_eau

Q: [latex]
On introduit du fréon liquide dans un détendeur à température $T_1 = 310K$ et à la pression $P_1 = 1 bar$. Le fréon ressort partiellement vaporisé à une température $T_2 = 250K$ et à la pression $P_2$. Le dispositif est entièrement calorifugé et on pourra néglier la vitesse du fréon. $T_1$ est la température d'équilibre liquide/vapeur à $P_1$.
1. Montrer que la transformation est isenthalpique.
2. On donner la chaleur latente: $l_v = 215,9 kJ.kg^{-1}$ à $P_2$ et la capacité thermique massique du fréon liquide: $c = 0,96 kJ.kg^{1}.K^{-1}$.
Déterminer le titre massique en vapeur à la sortie du détendeur. Faire l'application numérique.
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A: [latex]
\begin{enumerate}
\item Utilise le premier principe industiel, on a de façon quasi directe au vu des hypothèse que $dh = 0$.
\item Utiliser le faire que $H$ est extensive, ainsi:
$\Delta H = \Delta H_L + \Delta H_V$, donc: $\Delta h = x_l \Delta h_l + x_v \Delta h_v$.
On obtient alors aisément: $x_v = \frac{c\Delta T}{c\Delta T - l_v}$
\end{enumerate}
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