Exercices pour le cours de physique de Feynman
31. APPLICATIONS DE LA THÉORIE CINÉTIQUE :
PHÉNOMÈNES DE TRANSPORT
On se référera au Cours de Physique de Feynman, Mécanique 2, Chap. 43.
Exercice 31.1 Quel type de quantité physique moléculaire donne lieu, par son transport, à
(a) la conduction thermique ?
(b) la viscosité ?
Exercice 31.2 La section efficace de collision de neutrons lents sur l’hydrogène est
d’environ 20 × 10 −24 cm 2 . Quel est le libre parcours moyen l de tels neutrons sur de
l’hydrogène dans des conditions normales ?
Exercice 31.3 Le « diamètre » d’une molécule d’oxygène est environ 3 Å. Estimer le
libre parcours moyen l et le temps moyen entre collisions τ pour de l’oxygène dans des
conditions normales.
Exercice 31.4 Un vase « Dewar » (bouteille thermos), comme on le voit sur la figure 31.1, est une chambre à double parois entre lesquelles on a fait le vide pour l’isolation thermique. On suppose que le critère pour une bonne isolation dans un vase Dewar
avec une séparation des parois D est que l > 10 D, où l est le libre parcours moyen du
gaz résiduel dans le Dewar. Si D = 1 cm et que le gaz résiduel est de l’oxygène,
Figure 31.1
D
(a) quelle pression P peut être acceptable dans le vase Dewar à température ambiante ?
(b) Quel est le rapport des conductivités thermiques κ 1 /κ 2 du vase Dewar pour les deux
pressions P 1 = 400 mmHg et P 2 = 200 mmHg ?
Exercice 31.5 Deux gaz, A et B, ont des densités ρ A et ρ B à une certaine température T 0 . Un ion particulier a une mobilité μ a dans A et μ b dans B. Quelle mobilité μ de
l’ion attend-on dans un mélange de ces deux gaz à une densité ρ A + ρ B et une température T 0 ?
Exercice 31.6 Quand il y a un gradient de température dans un matériau, un
flux d’énergie proportionnel au gradient de température se produit. (On ne tient pas
compte de la convection.) Le coefficient de proportionnalité ramené à une aire unité
et un gradient de température unité, est appelé la conductibilité thermique κ. Ainsi
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31. APPLICATIONS DE LA THÉORIE CINÉTIQUE :
PHÉNOMÈNES DE TRANSPORT
On se référera au Cours de Physique de Feynman, Mécanique 2, Chap. 43.
Exercice 31.1 Quel type de quantité physique moléculaire donne lieu, par son transport, à
(a) la conduction thermique ?
(b) la viscosité ?
Exercice 31.2 La section efficace de collision de neutrons lents sur l’hydrogène est
d’environ 20 × 10 −24 cm 2 . Quel est le libre parcours moyen l de tels neutrons sur de
l’hydrogène dans des conditions normales ?
Exercice 31.3 Le « diamètre » d’une molécule d’oxygène est environ 3 Å. Estimer le
libre parcours moyen l et le temps moyen entre collisions τ pour de l’oxygène dans des
conditions normales.
Exercice 31.4 Un vase « Dewar » (bouteille thermos), comme on le voit sur la figure 31.1, est une chambre à double parois entre lesquelles on a fait le vide pour l’isolation thermique. On suppose que le critère pour une bonne isolation dans un vase Dewar
avec une séparation des parois D est que l > 10 D, où l est le libre parcours moyen du
gaz résiduel dans le Dewar. Si D = 1 cm et que le gaz résiduel est de l’oxygène,
Figure 31.1
D
(a) quelle pression P peut être acceptable dans le vase Dewar à température ambiante ?
(b) Quel est le rapport des conductivités thermiques κ 1 /κ 2 du vase Dewar pour les deux
pressions P 1 = 400 mmHg et P 2 = 200 mmHg ?
Exercice 31.5 Deux gaz, A et B, ont des densités ρ A et ρ B à une certaine température T 0 . Un ion particulier a une mobilité μ a dans A et μ b dans B. Quelle mobilité μ de
l’ion attend-on dans un mélange de ces deux gaz à une densité ρ A + ρ B et une température T 0 ?
Exercice 31.6 Quand il y a un gradient de température dans un matériau, un
flux d’énergie proportionnel au gradient de température se produit. (On ne tient pas
compte de la convection.) Le coefficient de proportionnalité ramené à une aire unité
et un gradient de température unité, est appelé la conductibilité thermique κ. Ainsi
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