Université Ibn Zohr Faculté Polydisciplinaire Ouarzazate, Maroc

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Travaux Dirig´
es de Thermodynamique I ∗
Prof. : H. Chaib
Fili`
ere : SMP, Semestre : 1, Ann´
ee : 2015/2016, S´
erie : 01
Exercice 1
Un cylindre a` piston vertical contient un gaz a` une pression p inconnue. La pression
du milieu ext´erieur est maintenue constante a` p0 = 100 kPa. Le piston est caract´eris´e par
une superficie S = 0,2 m2 et une masse m = 20 kg.
1. Calculer la pression p du gaz.
2. Calculer la nouvelle valeur de la pression p du gaz si l’orientation du cylindre est
chang´ee `a l’envers.
Exercice 2
Dans l’´echelle de Fahrenheit, la temp´erature observ´ee sous une pression de 1 atmosph`ere de la glace fondante est 32◦ F et celle de l’eau bouillante de 212◦ F.
1. Exprimer la temp´erature de l’´echelle Fahrenheit T 0 en fonction de celle de l’´echelle
Celcius T .
2. Pour quelle temp´erature les deux ´echelles affichent la mˆeme valeur ?
3. Quelle est la temp´erature T 0 , en ◦ F, d’un homme bien portant (T = 37,5◦ C) ?
Exercice 3
On consid`ere un calorim`etre adiabatique, de masse ´equivalente en eau me a` d´eterminer,
contenant une masse m1 = 0,200 kg d’eau a` la temp´erature T1 = 15◦ C. On y ajoute une
masse m2 = 0,200 kg d’eau `a la temp´erature T2 = 45,9◦ C. La temp´erature finale de
l’ensemble est Tf = 30◦ C.
1. Calculer la masse ´equivalente en eau me du calorim`etre.
On laisse tomber dans l’eau contenu dans ce calorim`etre un bloc de glace de masse m3 =
0,050 kg `a la temp´erature T3 = 0◦ C.
2. Calculer la temp´erature finale Tf0 du calorim`etre.
3. Combien faut il ajouter encore de glace pour que le calorim`etre contienne seulement
de l’eau a` la temp´erature Tf00 = 0◦ C ?
∗. Les cours, les travaux dirig´es avec correction, les ´epreuves avec correction et les travaux pratiques
sont disponibles en ligne sur le site Web : http://196.200.181.135/chaib/teaching/
TD de Thermodynamique I (S´erie 01 : 2015/2016) - Prof. H. Chaib
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Exercice 4
On immerge un serpentin dans un calorim`etre C, de valeur en eau globale m0 =
0,350 kg et dont la temp´erature est maintenue constante a` T0 = 40◦ C par une r´esistance
´electrique chauffante aliment´ee en courant ´electrique I. Le serpentin est parcouru par un
courant d’eau dont la temp´erature `a l’entr´ee est de Te = 15◦ C et a` la sortie celle du
calorim`etre(Ts = T0 ).
1. Quelle quantit´e de chaleur Q doit fournir la r´esistance chauffante pendant un intervalle ∆t = 1 min, sachant que la vitesse d’´ecoulement d’eau dans le serpentin
est v = 10 g s−1 ?
2. Quelle est l’intensit´e I du courant ´electrique, sachant que la r´esistance a pour
valeur R = 100 Ω ?
Exercice 5
On m´elange, dans un calorim`etre adiabatique, une masse m = 1 kg de mercure `a la
temp´erature T = 100◦ C et une masse m0 = 40 g de glace a` la temp´erature T 0 = 273 K,
sous une pression atmosph´erique normale. Toute la glace fond et la temp´erature finale est
Tf = 0◦ C. On note que la temp´erature initiale du calorim`etre est Ti = 0◦ C.
1. Calculer la chaleur massique c du mercure, sachant que la chaleur latente massique
de fusion de la glace est L = 3,347 105 J kg−1 .
2. Pourquoi on a ignor´e dans la question pr´ec´edente la masse ´equivalente en eau du
calorim`etre ?
Exercice 6
Une bouteille rigide d’hydrog`ene de volume V = 100 l contient `a la temp´erature
T = 20◦ C un gaz de H2 comprim´e sous une pression p = 200 bar.
1. Dans tout l’exercice, le gaz est consid´er´e comme parfait. Expliquer ce propos.
2. Calculer le nombre de moles n du gaz.
3. Calculer la masse m du gaz.
4. Calculer la pression p0 du gaz pour une temp´erature T 0 = 500◦ C.
Exercice 7
On consid`ere un gaz, suppos´e parfait, de dioxyde de carbone CO2 qui se trouve sous
la pression atmosph´erique p = 1 atm `a la temp´erature ambiante T = 25◦ C.
1. Calculer la masse molaire MCO2 du gaz.
2. Calculer le volume molaire Vm du gaz.
3. Calculer le volume V du gaz sachant que sa masse m = 4,4 kg.
On donne : la constante de pesanteur est g = 10 m s−2 , la chaleur massique de l’eau
est c = 4180 J kg−1 ◦ C−1 , la chaleur latente massique de fusion de la glace est L =
3,347 105 J kg−1 , la constante universelle des gaz parfaits est R = 8,314 J mol−1 K−1 , la
masse molaire de l’hydrog`ene H est MH = 1 g mol−1 , la masse molaire du carbone C est
MC = 12 g mol−1 et la masse molaire de l’oxyg`ene O est MO = 16 g mol−1 .