OEF thermodynamique des gaz parfaits --- Introduction ---

Ce module regroupe pour l'instant 11 exercices sur la thermodynamique des gaz parfaits. L'objectif est de faire travailler aux étudiants l'équation d'état des gaz parfaits (PV = nRT) ainsi que les conversions d'unité qui sont primordiales pour bien appliquer cette équation d'état.

Calcul de la pression

Difficulté : niveau 1 (sur 5)

Une masse de g d'argon occupe une enceinte de volume L à K. Quelle est, en bar, la pression du gaz dans l'enceinte ?

On prendra la constante des gaz parfaits .
Pour la valeur de la pression exprimée en bar, il suffit de deux chiffres après la virgule qui, elle, doit être remplacée par un point.

Compression isotherme

Difficulté : niveau 1 (sur 5)

Un gaz parfait subit une compression isotherme qui réduit son volume de %. La pression est alors de bar. Quelle était la pression du gaz au départ (en Pa) ?

Pour la pression, on demande une précision d'une unité sur le chiffre des kilopascals, le chiffre des hectopascals n'est pas pris en compte.

Détente adiabatique réversible

Difficulté : niveau 2 (sur 5)

Une bouteille de gaz contient de l'azote à 25°C sous une pression de bar. Quelle température en Kelvin peut atteindre théoriquement le gaz lorsqu'il s'échappe de la bouteille à la pression standard ?

On prendra pour un gaz diatomique.
Il suffit d'un chiffre après la virgule qui, elle, doit être remplacée par un point.

Masse volumique

Difficulté : niveau 1 (sur 5)

Sachant que 24.8 L d'air a une masse de 29 g à 25°C et à la pression standard, calculer, en , la masse volumique de l'air à °C et bar.

Pour la valeur de la masse volumique en , il suffit de deux chiffres après la virgule qui, elle, doit être remplacée par un point.

Mélange de gaz parfaits

Difficulté : niveau 2 (sur 5)

On mélange dans une enceinte g d'argon ( ) et g de néon ( ) à une température de 273 K. La pression partielle de l'argon est mbar.

Calculer
  1. le volume de l'enceinte en L,
  2. la pression totale du gaz dans l'enceinte en mbar.
On prendra la constante des gaz parfaits .
Pour le calcul du volume en litres, il suffit de deux chiffres après la virgule qui, elle, doit être remplacée par un point.
Pour le calcul de la pression en mbar, on demande une précision d'une unité sur le chiffre des centibars, le chiffre des millibars n'est pas pris en compte.

Montgolfière

Difficulté : niveau 3 (sur 5)

On considère une montgolfière sphérique de m de rayon. Sa masse, nacelle comprise, est de 150 kg. Elle doit emporter personnes de 75 kg chacune. L'enveloppe de la montgolfière peut ne pas supporter une température strictement supérieure à 100°C et donc la montgolfière peut ne pas décoller.

La masse volumique de l'air à 25°C (température supposée du milieu extérieur) est de .

A quelle température, en °C, faut-il chauffer l'air contenu dans la montgolfière pour qu'elle puisse s'élever ?

Pour la température en °C, on demande une valeur entière à une unité près.
Si la température est strictement supérieure à 100°C, entrer 0 comme réponse.

Nombre de molécules

Difficulté : niveau 1 (sur 5)

A l'aide d'une pompe à vide, on obtient, dans les laboratoires, des basses pressions par exemple de bar.
Calculer, pour cette pression, le nombre de molécules par de gaz à une température de °C.

On prendra les valeurs suivantes : La réponse doit être donnée sous la forme x.yz*10^10 où x, y, z sont des chiffres pouvant être 0.

Fractions molaires et massiques - pressions partielles - masse volumique

On utilisera le point (.) comme séparateur de décimales.
On considère un mélange gazeux constitué par trois gaz que l'on considèrera comme des gaz parfaits. Le pourcentage volumique de chacun des constituants du mélange ainsi que leur masse molaire sont donnés dans le tableau ci-dessous.
On se placera sous P= bar à T= °C.
% volumique
M (g.mol-1)
  1. Quelle est la fraction molaire du gaz dans ce mélange ?
    2. fraction molaire de : /100
  2. Quelle est la pression partielle du dans ce mélange ?
    3. Pression partielle de : bar
    Le programme arrondit la pression partielle à deux chiffres significatifs. Faites de même.
  3. Quel est le pourcentage massique du dans ce mélange ?
    4. % massique de :
    Le programme arrondit le pourcentage massique à deux chiffres significatifs. Faites de même.
  4. Quelle est la masse volumique de ce mélange dans ces conditions expérimentales ?
    5. masse volumique du mélange : en g.m-3
    Le programme arrondit la masse volumique à trois chiffres significatifs. Faites de même. Donnez la réponse en chiffres décimaux.

Chauffage à pression constante

Difficulté : niveau 1 (sur 5)

Un gaz parfait à K est chauffé à pression constante jusqu'à ce que son volume augmente de %.
Quelle est, en Kelvin, la température atteinte par le gaz ?

Pour la température en Kelvin, on demande une valeur entière à une unité près.

Vitesse moyenne

Difficulté : niveau 2 (sur 5)

Quelle est, en , la vitesse quadratique moyenne des atomes dans , lorsque la température du gaz est de °C ?

On rappelle que l'énergie moyenne pour un gaz monoatomique est

.

On prendra les valeurs suivantes : Pour la vitesse moyenne en , on demande une valeur entière à une unité près.

Volume molaire

Difficulté : niveau 1 (sur 5)

Sachant que le volume d'une mole de gaz parfait à 25°C et à la pression standard est de 24.8 L, calculer, en L, le volume molaire à °C et bar.

Pour le volume molaire en L, il suffit d'un chiffre après la virgule qui, elle, doit être remplacée par un point.
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