444 Chapitre 16
Système thermodynamique à l’équilibre
1. Expliquer la présence de paliers au sein de cette courbe. Quelles caractéristiques de l’éthanol
peut-on en tirer ?
2. Estimer à partir de cette courbe la quantité d’énergie à fournir pour faire fondre le kilogramme
d’éthanol à température fixée, puis le vaporiser de façon isotherme. Commenter.
3. Déduire du graphe les valeurs des capacités thermiques massiques à pression constante de
l’éthanol liquide et gazeux.
On donne la constante des gaz parfaits R = 8,31 J · K
−1
· mol
−1 .
Exercice 16.9 Coup de Pompe
Michel est un cycliste chevronné, qui sillonne régulièrement les petites routes de campagne. Un
beau matin, voulant prendre son vélo pour faire son tour hebdomadaire, il se rend compte que sa
roue avant est crevée ! Michel la répare et s’apprête à la gonfler. Pour cela, il utilise une pompe à
vélo, dont le schéma est représenté ci-contre. Le fonctionnement de cette dernière comprend deux
étapes :
• phase d’admission : lorsqu’on tire sur
la poignée, le piston remonte, créant
une légère dépression sous le piston : la
valve se ferme, la jupe s’abaisse, ce qui
permet à l’air extérieur à la pression
atmosphérique P e = 1,0 bar de venir
remplir le corps de pompe, de surface
S = 3,0 cm
2 et de hauteur L = 10 cm ;
• phase de compression : on pousse le piston vers le bas, ce qui crée une légère
surpression sous le piston : la jupe se
plaque contre les parois du corps de
pompe. Le piston continuant sa descente, l’air enfermé est comprimé, jusqu’à ce qu’il atteigne la pression nécessaire à l’ouverture de la valve, ce
qui permet à l’air d’être chassé dans la
chambre à air.
admission
P e , θ e
piston
jupe
tige
valve
compression
vers chambre à air
P e , θ e
Les pneus de Michel ont un volume interne de 1,0 L, qu’on supposera constant, et il cherche à les
gonfler à une pression de P f = 5,0 bar. L’air sera considéré comme étant un gaz parfait.
1. Quelle est la pression initiale de l’air dans le pneu avant qu’on le gonfle ? Quelle est la quantité
en moles d’air, n i , présente dans le pneu ? On supposera la température extérieure égale à 20
◦ C.
2. Le système constitué du pneu relié à la pompe et de l’air qu’il contient est-il un système ouvert ?
Un système fermé ?
3. Quel volume d’air est admis dans la phase d’admission ? À combien de moles d’air cela correspondil ?
4. Combien de coups de pompe Michel devra-t-il effectuer avant d’arriver à la pression de 5 bar ?
Pourquoi lui est-il de plus en plus difficile de pousser le piston ?
On donne la constante des gaz parfaits R = 8,31 J · K
−1
· mol
−1 ainsi que la constante d’Avogadro
N A = 6,02 · 10
23 mol
−1 .
partagelivrescpge.blogspot.com
Système thermodynamique à l’équilibre
1. Expliquer la présence de paliers au sein de cette courbe. Quelles caractéristiques de l’éthanol
peut-on en tirer ?
2. Estimer à partir de cette courbe la quantité d’énergie à fournir pour faire fondre le kilogramme
d’éthanol à température fixée, puis le vaporiser de façon isotherme. Commenter.
3. Déduire du graphe les valeurs des capacités thermiques massiques à pression constante de
l’éthanol liquide et gazeux.
On donne la constante des gaz parfaits R = 8,31 J · K
−1
· mol
−1 .
Exercice 16.9 Coup de Pompe
Michel est un cycliste chevronné, qui sillonne régulièrement les petites routes de campagne. Un
beau matin, voulant prendre son vélo pour faire son tour hebdomadaire, il se rend compte que sa
roue avant est crevée ! Michel la répare et s’apprête à la gonfler. Pour cela, il utilise une pompe à
vélo, dont le schéma est représenté ci-contre. Le fonctionnement de cette dernière comprend deux
étapes :
• phase d’admission : lorsqu’on tire sur
la poignée, le piston remonte, créant
une légère dépression sous le piston : la
valve se ferme, la jupe s’abaisse, ce qui
permet à l’air extérieur à la pression
atmosphérique P e = 1,0 bar de venir
remplir le corps de pompe, de surface
S = 3,0 cm
2 et de hauteur L = 10 cm ;
• phase de compression : on pousse le piston vers le bas, ce qui crée une légère
surpression sous le piston : la jupe se
plaque contre les parois du corps de
pompe. Le piston continuant sa descente, l’air enfermé est comprimé, jusqu’à ce qu’il atteigne la pression nécessaire à l’ouverture de la valve, ce
qui permet à l’air d’être chassé dans la
chambre à air.
admission
P e , θ e
piston
jupe
tige
valve
compression
vers chambre à air
P e , θ e
Les pneus de Michel ont un volume interne de 1,0 L, qu’on supposera constant, et il cherche à les
gonfler à une pression de P f = 5,0 bar. L’air sera considéré comme étant un gaz parfait.
1. Quelle est la pression initiale de l’air dans le pneu avant qu’on le gonfle ? Quelle est la quantité
en moles d’air, n i , présente dans le pneu ? On supposera la température extérieure égale à 20
◦ C.
2. Le système constitué du pneu relié à la pompe et de l’air qu’il contient est-il un système ouvert ?
Un système fermé ?
3. Quel volume d’air est admis dans la phase d’admission ? À combien de moles d’air cela correspondil ?
4. Combien de coups de pompe Michel devra-t-il effectuer avant d’arriver à la pression de 5 bar ?
Pourquoi lui est-il de plus en plus difficile de pousser le piston ?
On donne la constante des gaz parfaits R = 8,31 J · K
−1
· mol
−1 ainsi que la constante d’Avogadro
N A = 6,02 · 10
23 mol
−1 .
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