Thermodynamique 1 : exercices et sujets d’examen

Le premier principe, les gaz parfaits, les bilans d’énergie et les limites imposées par le second principe aux moteurs thermiques, réfrigérateurs et pompes à chaleur. La plupart des erreurs d’examen viennent des unités et des températures, pas de la physique.

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Pack de révision (PDF)Formulaires, étapes de méthode et exercices avec corrigés complets, prêts à imprimer.

Thèmes de ce cours

  1. Loi des gaz parfaitsP à partir de n, V, T · à partir de la masse · changement d’état ou masse volumiquecalculs
  2. Bilan d’énergiechauffage d’un flux · échangeur de chaleur · échangeur avec pertescalculs
  3. Moteurs thermiques et réfrigérateurspremier principe sur un cycle · limite de Carnot · réfrigérateurs et pompes à chaleurcalculs
  4. Cycles moteurs à gazcycle d’Otto · cycle Diesel · cycle de Braytoncalculs

Conseils pour l’examen de Thermodynamique 1

  • Utilisez des températures absolues (K) dans les lois des gaz et dans toute formule de Carnot ou de COP.
  • Écrivez d’abord le bilan d’énergie en mots : ce qui entre moins ce qui sort est égal à la variation.
  • Entre les deux mêmes températures, le COP d’une pompe à chaleur est toujours supérieur d’exactement 1 à celui d’un réfrigérateur.

Exemples corrigés

Loi des gaz parfaitsFacile
n = 5 molV = 15 LT = 30 °CP = ?

Un réservoir rigide contient un gaz parfait. Trouvez sa pression P.

n = 5 molV = 15 LT = 30 °CR = 8,314 J/(mol·K)

Calculer P (kPa)

Afficher les indices
  1. Utilisez PV = nRT avec la température absolue (K).
  2. Unités : avec V en m³ et R = 8,314, P sort en Pa. 1 L = 0,001 m³.
  3. T = 303,1 K.
Afficher la réponse et la solution pas à pas

Loi des gaz parfaits : PV = nRT, avec la température absolue (K) et des unités cohérentes avec R.

Convertir les unités

T = 30 + 273,15 = 303,1 K
V = 15 L = 0,015 m³

Loi des gaz parfaits

P = nRT/V = 5·8,314·303,1/0,015 = 840130 Pa = 840,1 kPa

Réponse

P = 840,1 kPa
Bilan d’énergieMoyen
côté chaudcôté froidmélange glycolé · 150 °C120 °Ceau · 15 °Ct = ? °C

Du mélange glycolé chaud refroidit de l’eau dans un échangeur à contre-courant sans pertes. Trouvez la température de sortie de l’eau tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

Calculer tout (°C)

Afficher les indices
  1. La chaleur perdue par le flux chaud égale la chaleur gagnée par le flux froid.
  2. Calculez d’abord Q côté chaud, puisque vous connaissez ses deux températures.
  3. Q = 108 kW.
Afficher la réponse et la solution pas à pas

Bilan d’énergie de l’échangeur : sans pertes, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Chaleur cédée par le flux chaud

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Chaleur reçue par l’eau

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4,18) = 40,84 °C

Réponse

tout = 40,84 °C

Comment fonctionne l’entraînement

  • « S’entraîner sur ce cours » mélange des exercices de tous ses thèmes, comme un vrai examen.
  • Chaque exercice a de nouvelles valeurs : vous apprenez la méthode, pas une réponse.
  • Bloqué ? Ouvrez d’abord un petit indice, et l’explication complète seulement si vous en avez besoin.
  • Les examens blancs sont chronométrés et sans indices ; vous obtenez votre score et une correction complète à la fin.

Calculatrices pour ce cours

Calculatrice de rendement et de COP de CarnotCalculatrice de la loi des gaz parfaitsCalculatrice de rendement des cycles d’Otto et de BraytonCalculatrice de loi des gaz combinée (Boyle, Charles et Gay-Lussac)

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