Quiz — Le second principe de la thermodynamique

Question 1

Dans cette leçon, que demande la réversibilité globale d'une transformation ?

Accepted Answer

Qu'un retour puisse restaurer le système et tout son extérieur, sans laisser aucun autre changement.

Question 2

Un système fermé cède 2 400 J à un thermostat à 300 K. Sa variation d'entropie est ΔS = −6 J/K. Quels sont son entropie échangée S_e et son entropie produite S_i ?

Accepted Answer

S_e = −8 J/K et S_i = +2 J/K.

Question 3

Une chaleur Q = 1 200 J passe directement d'un thermostat à 600 K vers un thermostat à 300 K. Quelle est la variation d'entropie totale des deux thermostats ?

Accepted Answer

+2 J/K.

Question 4

Pourquoi un réfrigérateur ordinaire ne contredit-il pas l'énoncé de Clausius ?

Accepted Answer

Parce que le transfert de chaleur du froid vers le chaud s'accompagne d'un apport de travail extérieur.

Question 5

Un gaz parfait de n moles subit une détente de Joule–Gay-Lussac du volume v au volume V > v dans une enceinte rigide et adiabatique. Le retrait de la cloison ne modifie pas l'extérieur. Quel bilan est correct ?

Accepted Answer

Q = W = ΔU_gaz = 0 et ΔS_tot = nR ln(V/v) > 0.

Question 6

Un moteur ditherme fonctionne entre 600 K et 300 K et reçoit Q_ch = 1 000 J par cycle. Quelle est la valeur maximale du travail fourni |W| ?

Accepted Answer

500 J.

Question 7

Deux sous-systèmes de composition fixée peuvent échanger indépendamment de l'énergie et du volume dans un ensemble isolé. Que peut-on dire de leur état d'équilibre ?

Accepted Answer

T_1 = T_2 et P_1 = P_2.

Question 8

Une machine cyclique reçoit les chaleurs algébriques Q_k de thermostats à T_k > 0 et échange du travail avec une source idéale. Quelle affirmation respecte l'inégalité de Clausius et les définitions de la leçon ?

Accepted Answer

Σ_k Q_k/T_k ≤ 0 ; l'égalité caractérise la réversibilité globale, sans prouver la réversibilité locale.

Question 9

Comment la leçon construit-elle l'entropie à partir de l'égalité ∮ δQ_rev/T = 0 sur les cycles localement réversibles ?

Accepted Answer

Elle définit S(B) − S(A) par l'intégrale de δQ_rev/T.

Question 10

Quelle affirmation décrit correctement la réversibilité locale ?

Accepted Answer

Elle demande d'inverser chaque étape d'une succession d'états d'équilibre par une modification infinitésimale des contraintes.

Question 11

Une transformation irréversible relie deux états d'équilibre A et B, mais ses états intermédiaires sont loin de l'équilibre. Quelle affirmation est correcte ?

Accepted Answer

La variation d'entropie ΔS peut être calculée sur un chemin localement réversible entre A et B, tandis que S_e et S_i dépendent du processus réel.

Question 12

Quel fonctionnement est précisément interdit par l'énoncé de Kelvin–Planck ?

Accepted Answer

Accomplir un cycle dont le seul effet est de prélever une chaleur Q > 0 à un thermostat unique et de fournir W = −Q à l'extérieur.

Question 13

Une compression quasi-statique est nécessairement localement réversible.

Accepted Answer

Faux

Question 14

Quelle succession décrit le cycle moteur de Carnot d'un gaz parfait, toutes ses branches étant localement réversibles ?

Accepted Answer

Une détente isotherme à T_ch, une détente adiabatique réversible, une compression isotherme à T_fr, puis une compression adiabatique réversible.

Question 15

Le second principe fixe le sens thermodynamiquement admissible des évolutions, mais ne détermine pas à lui seul leur durée ni les coefficients de transport.

Accepted Answer

Vrai