T3. 7. Travail des forces de pression. Enonc. Partie A. On
ralise la compression isotherme d'une mole de gaz
parfait contenu dans un cylindre de section S. On suppose que le poids du piston est
ngligeable devant les autres forces intervenant
dans le problme. La temprature To est
maintenue constante par un thermostat. P 1 et P 2
sont les pressions initiale et finale. P 1 est la pression atmosphrique. 1. Comment raliser une compression isotherme? 2. Reprsenter graphiquement cette
transformation en coordonnes ( V, P). 3. Calculer le travail fourni W 1
une mole de gaz partait. Partie B.
ralise maintenant cette compression brutalement; en
posant sur le piston de section S une masse
M calcule de telle sorte que la pression
finale l'quilibre soit P 2
la temprature To. 4. Discuter ce qui se passe. 5. Calculer le travail fourni W 2
Partie C. 6. Reprsenter le travail fourni dans ces deux
situations en traant y = W 1 / P 1 V 1
et y = W 2 / P 2 V 2 en fonction de x = P 2 / P 1.
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Thermodynamique: Travail des forces de pression - YouTube
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En particulier, elles ne modifient pas la norme de la vitesse; elles peuvent cependant en modifier la direction. Travail des forces conservatives [ modifier | modifier le code]
Les forces conservatives sont, par définition, des forces dont le travail ne dépend pas du chemin suivi mais uniquement des positions de départ et d'arrivée. Dans le cas de telles forces, il existe alors une énergie potentielle associée, dont la variation est l'opposée du travail. Le poids est un exemple de force conservative, dont le travail est l'opposé de la variation de l'énergie potentielle de pesanteur. Les contre-exemples les plus courants sont les frottements, dont le travail dépend toujours du chemin suivi. Considérons un corps de masse m se déplaçant de A vers B et un repère, l'axe étant supposé vertical et dirigé dans le sens opposé de la gravité:. Dans ce cas, le travail du poids vaut:. Si on considère que le poids est constant le long du trajet entre A et B alors on a:. Si l'on note les coordonnées du point A et celles de B, alors les coordonnées des vecteurs et sont les suivantes:
et, par définition du produit scalaire, le travail du poids se simplifie de la façon suivante:
Le travail du poids d'un corps est donc indépendant du chemin suivi lors de son déplacement, il ne dépend que de la variation d'altitude du centre de gravité de ce corps.
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Exemple: Transformation à pression extérieure constante On définit la fonction d'état enthalpie: \(H=U+PV\) Le transfert thermique est alors donné par: \(Q=\Delta H\) Exemple: Transformation adiabatique réversible d'un GP, loi de Laplace Hypothèse: pas de transfert de chaleur et réversibilité de la transformation. Les lois de Laplace sont vérifiées: \(P{V^\gamma} = cste = {P_1}V_1^\gamma = {P_2}V_2^\gamma\) Ou, ce qui est équivalent: \({P^{1 - \gamma}}{T^\gamma} = cste = P_1^{1 - \gamma}T_1^\gamma = P_2^{1 - \gamma}T_2^\gamma \;\;\;\;\;ou\;\;\;\;\;T{V^{\gamma - 1}} = cste = {T_1}V_1^{\gamma - 1} = {T_2}V_2^{\gamma - 1}\) Remarquer que le travail reçu par le gaz lors de la transformation est directement donné par: \(W = \Delta U = n{C_{V, mol}}({T_2} - {T_1})\) Soit: \(W = n\frac{R}{{\gamma - 1}}({T_2} - {T_1}) = \frac{{{P_2}{V_2} - {P_1}{V_1}}}{{\gamma - 1}}\)
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On note Q le transfert thermique reçu par un système (grandeur algébrique, > ou < 0). Q s'exprime en Joule (J) dans le SI. Historiquement, on utilise la calorie: 1 cal = 4, 18 J: « La calorie est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'un gramme d'eau de 1°C (de 1 K) à pression constante de 1 bar et à partir de 14, 5°C. » Quelques ordres de grandeurs: On chauffe 1 kg d'eau de 20°C à 100°C sous 1 bar: Q = 80 kcal = 334, 4 kJ On transforme 1 kg d'eau liquide en vapeur à 100°C sous 1 bar: Q = 2 255 kJ (Q est ici appelée chaleur latente de vaporisation de l'eau). Exemple: Transformation adiabatique Lors d'une transformation adiabatique, le système ne reçoit pas de transfert thermique (Q = 0). Le 1 er principe donne alors:
Pour un gaz parfait monoatomique, par exemple:
Par conséquent, si W > 0 (compression de l'air dans une pompe à vélo), alors: le gaz s'échauffe alors qu'il n'a pas reçu de chaleur! Il est ainsi important de ne pas nécessairement associer quantité de chaleur et modification de température!
Soit une mole de gaz subissant une compression isotherme réversible de (P 0, T 0) à (2P 0, T 0). Donner l'expression du travail reçu par le gaz selon qu'il s'agit:
1-) D'un gaz parfait
2-) D'un gaz de Van der Waals. Que peut on en conclure si a = b = 0? On donne la relation d'état pour une mole de gaz de Van der Waals:
3-) D'un gaz obéissant à l'équation d'état: PV = RT (1 – a'P)
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