Exercices pour le cours de physique de Feynman
33. ILLUSTRATIONS DE LA THERMODYNAMIQUE
On ce référera au Cours de Physique de Feynman, Mécanique 2, Chap. 45 et 46.
Exercice 33.1 Comment l’intensité totale du rayonnement dans une cavité de corps
noir dépend-elle de la température ?
Exercice 33.2 Dans un gaz moléculaire, le nombre de molécules présentes dans un
récipient fermé est indépendant de la température. Est-ce la même chose pour un gaz de
photons ? Expliquer.
Exercice 33.3 Calculer la chaleur spécifique C V d’un gaz de photons à volume V et
température T constants.
Exercice 33.4 Un courant continu de 10 A traverse une résistance de 10 Ω maintenue
à une température constante de 10 ◦ C.
(a) Quelle est le taux de changement d’entropie dS R /dt de la résistance
(en cal K
−1 s −1 ) ?
(b) Quelle contribution dS U /dt est apportée à l’entropie de l’Univers ?
Exercice 33.5 Pour un gaz parfait, dont l’énergie interne ne dépend que de la température T , montrer que la différence entre les capacités calorifiques molaires à pression
constante et à volume constant est égale à la constante des gaz R : C P,m − C V,m = R.
Exercice 33.6 La chaleur latente de vaporisation de l’eau est environ 2,44×10 6 J kg
−1 ,
et la densité de vapeur à 100 ◦ C est 0,598 kg m −3 . Utiliser l’équation de ClausiusClapeyron pour trouver le taux de changement de la température d’ébullition de l’eau
avec l’altitude, dT /dz, au niveau de la mer en ◦ C km
−1 . On supposera que la température
de l’air est 300 K.
Exercice 33.7 Les couches superficielles d’un lac sont initialement à 0 ◦ C. Un vent
froid se met à souffler, maintenant la surface du lac à une température ΔT au dessous
de 0 ◦ C.
(a) Trouver le taux de croissance de l’épaisseur de la glace dz/dt, en supposant que la
perte de chaleur requise pour abaisser la température de la glace déjà formée est
bien inférieure à celle nécessaire pour former de la glace nouvelle. (On supposera
aussi que la température de la glace change linéairement avec la profondeur.)
(b) En utilisant le résultat de la partie (a), calculer l’épaisseur z de la glace une heure
après que la congélation commence si ΔT = 10 ◦ C.
Utiliser : conductivité thermique de la glace : κ = 2,0 W m −1 K
−1 , chaleur latente
de formation de la glace : L = 3,3 × 10 5 J kg
−1 .
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33. ILLUSTRATIONS DE LA THERMODYNAMIQUE
On ce référera au Cours de Physique de Feynman, Mécanique 2, Chap. 45 et 46.
Exercice 33.1 Comment l’intensité totale du rayonnement dans une cavité de corps
noir dépend-elle de la température ?
Exercice 33.2 Dans un gaz moléculaire, le nombre de molécules présentes dans un
récipient fermé est indépendant de la température. Est-ce la même chose pour un gaz de
photons ? Expliquer.
Exercice 33.3 Calculer la chaleur spécifique C V d’un gaz de photons à volume V et
température T constants.
Exercice 33.4 Un courant continu de 10 A traverse une résistance de 10 Ω maintenue
à une température constante de 10 ◦ C.
(a) Quelle est le taux de changement d’entropie dS R /dt de la résistance
(en cal K
−1 s −1 ) ?
(b) Quelle contribution dS U /dt est apportée à l’entropie de l’Univers ?
Exercice 33.5 Pour un gaz parfait, dont l’énergie interne ne dépend que de la température T , montrer que la différence entre les capacités calorifiques molaires à pression
constante et à volume constant est égale à la constante des gaz R : C P,m − C V,m = R.
Exercice 33.6 La chaleur latente de vaporisation de l’eau est environ 2,44×10 6 J kg
−1 ,
et la densité de vapeur à 100 ◦ C est 0,598 kg m −3 . Utiliser l’équation de ClausiusClapeyron pour trouver le taux de changement de la température d’ébullition de l’eau
avec l’altitude, dT /dz, au niveau de la mer en ◦ C km
−1 . On supposera que la température
de l’air est 300 K.
Exercice 33.7 Les couches superficielles d’un lac sont initialement à 0 ◦ C. Un vent
froid se met à souffler, maintenant la surface du lac à une température ΔT au dessous
de 0 ◦ C.
(a) Trouver le taux de croissance de l’épaisseur de la glace dz/dt, en supposant que la
perte de chaleur requise pour abaisser la température de la glace déjà formée est
bien inférieure à celle nécessaire pour former de la glace nouvelle. (On supposera
aussi que la température de la glace change linéairement avec la profondeur.)
(b) En utilisant le résultat de la partie (a), calculer l’épaisseur z de la glace une heure
après que la congélation commence si ΔT = 10 ◦ C.
Utiliser : conductivité thermique de la glace : κ = 2,0 W m −1 K
−1 , chaleur latente
de formation de la glace : L = 3,3 × 10 5 J kg
−1 .
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