Cuestionario: Principes fondamentaux de la thermodynamique — 12 preguntas

1. Quelles grandeurs thermodynamiques sont généralement nécessaires pour décrire l’état d’un système ?

A. La force, l’énergie, la puissance et le débit

B. La masse, la vitesse, l’altitude et la densité

C. La longueur, la surface, le temps et la charge

D. La pression, la température, le volume et la quantité de matière

Answer: (D)

Explicación

Les grandeurs de base retenues sont bien $P$, $T$, $V$ et $n$. Les autres propositions mélangent des grandeurs physiques utiles, mais elles ne décrivent pas l’état thermodynamique du système dans ce cadre.

2. Quelle unité est associée à la quantité de matière dans ce cours ?

A. Le mètre cube

B. Le kelvin

C. Le pascal

D. La mole

Answer: (D)

Explicación

La quantité de matière $n$ s’exprime en moles. Le pascal, le kelvin et le mètre cube correspondent respectivement à la pression, à la température et au volume.

3. Quelle relation exprime l’équation d’état d’un gaz parfait ?

A. PV = RT

B. P = nR/V

C. PV = nRT

D. V = nRT/P

Answer: (C)

Explicación

L’équation d’état du gaz parfait est $PV=nRT$. Les autres écritures sont incomplètes ou oublient la quantité de matière.

4. Quelle hypothèse fait partie du modèle du gaz parfait ?

A. Le gaz ne peut échanger ni chaleur ni travail

B. Les molécules n’interagissent pas et leur volume propre est négligeable

C. Les molécules sont immobiles et le gaz est toujours liquide

D. Les molécules attirent fortement les parois du récipient

Answer: (B)

Explicación

Le modèle suppose l’absence d’interactions entre molécules et un volume propre négligeable devant celui du contenant. Les autres réponses décrivent des propriétés incompatibles avec ce modèle.

5. Que représente l’énergie interne d’un système ?

A. L’énergie échangée sous forme de travail uniquement

B. La somme des énergies électrique et magnétique macroscopiques

C. La somme des énergies cinétique et potentielle microscopiques

D. L’énergie liée uniquement au mouvement du centre de masse

Answer: (C)

Explicación

L’énergie interne $U$ regroupe les contributions microscopiques cinétique et potentielle des constituants. Elle ne correspond pas à l’énergie mécanique macroscopique du système.

6. Dans quel cas le recours à l’énergie interne est-il particulièrement pertinent dans ce cours ?

A. Lorsque le système est immobile à l’échelle macroscopique

B. Lorsque le système se déplace rapidement dans l’espace

C. Lorsque seule la pression est connue

D. Lorsque la matière traverse librement la frontière du système

Answer: (A)

Explicación

Le cours précise qu’on suppose le système immobile à l’échelle macroscopique, ce qui rend pertinent le bilan par l’énergie interne. Le déplacement du système relèverait plutôt d’un bilan macroscopique plus général.

7. Quelle définition correspond à la chaleur ?

A. Une grandeur qui mesure la quantité de matière

B. Une énergie échangée d’origine thermique

C. Une énergie stockée uniquement sous forme de pression

D. Une énergie échangée d’origine mécanique

Answer: (B)

Explicación

La chaleur $Q$ est l’énergie échangée avec le milieu extérieur d’origine thermique. L’échange d’origine mécanique correspond au travail $W$.

8. Quel signe adopte l’énergie échangée lorsque le système reçoit de l’énergie ?

A. Le travail et/ou la chaleur sont négatifs

B. Le signe dépend uniquement de la température

C. Le travail est nul et la chaleur est toujours nulle

D. Le travail et/ou la chaleur sont positifs

Answer: (D)

Explicación

Dans cette convention, si le système reçoit de l’énergie, on a $W>0$ et/ou $Q>0$. Lorsqu’il en cède, les valeurs deviennent négatives.

9. Quelle relation traduit le premier principe de la thermodynamique pour un système fermé ?

A. ΔU = 0

B. ΔU = Q − W

C. ΔU = W − Q

D. ΔU = W + Q

Answer: (D)

Explicación

Pour un système fermé, la variation d’énergie interne est la somme du travail et de la chaleur reçus : $\Delta U=W+Q$. Les autres expressions ne respectent pas la convention donnée dans le cours.

10. Dans le cas d’un système incompressible sans changement d’état ni transformation chimique, quelle relation est correcte ?

A. W = 0 et ΔU = Q

B. W = ΔU et Q = 0

C. W = −Q et ΔU = 0

D. W = Q et ΔU = 0

Answer: (A)

Explicación

Un système incompressible ne subit pas de variation de volume, donc le travail est nul. On en déduit alors que la chaleur reçue est égale à la variation d’énergie interne : $\Delta U=Q$.

11. Dans le cas d’un système incompressible sans changement d’état ni transformation chimique ou nucléaire, quelle relation relie la variation d’énergie interne et la variation de température ?

A. PV = nRT

B. C = mcΔT

C. ΔU = W + Q

D. ΔU = CΔT

Answer: (D)

Explicación

Pour un système incompressible, la variation d’énergie interne est proportionnelle à la variation de température : ΔU = CΔT. La relation ΔU = W + Q est le premier principe, mais ce n’est pas la loi spécifique de capacité thermique.

12. Pourquoi le travail échangé est-il nul pour un système incompressible ?

A. Parce qu’il n’échange pas de chaleur

B. Parce que sa température reste constante

C. Parce que son volume ne varie pas

D. Parce que son énergie interne est forcément nulle

Answer: (C)

Explicación

Un système incompressible ne subit pas de variation de volume, donc il n’y a pas de travail mécanique de compression ou de dilatation. La température constante ou l’absence d’échange de chaleur n’impliquent pas à elles seules que le travail soit nul.