Le document présente des exercices de thermodynamique et de transfert de chaleur, comprenant le calcul de la capacité calorifique d'un calorimètre, de la chaleur massique du cuivre et des propriétés d'un cycle thermique de gaz parfait. Il aborde également des variations d'état dans un cylindre avec un piston, en incluant des calculs de pression, volume, température et travail effectué. Ces problèmes visent à illustrer les principes fondamentaux de la thermodynamique.

1. Groupe: IEX 03 Le 26
janvier 2006
EMD 1 : Thermodynamique et Transfert de Chaleur
Exercice 1:
Un calorimètre bien isolé contenant une masse d'eau me=400g de chaleur massique ce=4185 J/Kg.K à la
température initiale de θi=15°C.
1- On verse une masse m1=200g d'eau à la température θ1=50°C après agitation la température finale du
système θf=25°C. Calculer la capacité calorifique K du calorimètre et ces accessoires.
2- On introduit dans le calorimètre dans l'état final précédent (θf=25°C) une pièce de cuivre de masse
mcu=500g à la température θ2=120°C. Après agitation la nouvelle température finale du système est
θ'f=40°C. Calculer la chaleur massique du cuivre.
Exercice 2:
Une machine thermique met en jeu une masse constante d'un gaz parfait et lui fait décrire le cycle suivant
selon des transformations réversibles :
- une compression isotherme qui fait passer le gaz de l'état A (PA=2 bar ; VA= 30 L ; TA= 16°C) à l'état B
(PB ; VB = 6 L ; TB).
- un échauffement isobare de l'état B à l'état C (PC ; VC = 18 L , TC).
- une détente adiabatique de l'état C à l'état D (PD; VD; TD).
- un refroidissement isobare de l'état D à l'état A.
1. Calculer le nombre de moles gazeuses mises enjeu.
2. Calculer les variables d'état dans les états A, B, C et D. puis compléter, le tableau 1 ci-dessous.
P (bars) V (L) T (K)
Etat A
Etat B
Etat C
Etat D
3. Exprimer puis Calculer le travail et la quantité de chaleur échangés au cours des quatre transformations.
Calculer les variations de l'énergie interne puis remplir le tableau 2.
4. Vérifier premier principe pour ce cycle.
Transformation Q W ΔU
A → B
B → C
C → D
D → A
Données numériques :R = 8,31 J·K–1·mol–1. cP = 29,1 J·K–1
·mol–1
. γ = 1,4
Exercice 3:
On considère un cylindre fermé dont les parois sont adiabatiques; de l'air ( gaz parfait) est emprisonné dans
chacun des compartiments C1 et C2 séparés par un piston fixe au départ.
1- Dans C1, l'air est dans l'état (P0, V0, T0) et dans C2 dans
l'état (2P0, V0, T0). On libère le piston et lorsque
l'équilibre est établit, déterminer la pression finale de
l'air en fonction de P0 et γ. On admettra que le
déplacement du piston est quasi statique.
2- Calculer dans ce cas les volumes et les températures
du gaz dans chaque compartiment.
3- Calculer le travail effectué par le gaz dans chaque
compartiment.
4- Déduire la variation de l'énergie interne totale du système.
P0= 1 bar, V0=4 l, T0=25°C, γ = 1,4.
P0
V0
T0
2P0
V0
T0

2. * Bon Courage *