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Correction du devoir en temps limité de physique n°6 18 mars 2010

Posted by NiCl2 in BCPST, devoir.
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Le devoir en temps limité de physique fait apparaitre deux groupes dans la classe : ceux qui connaissent bien leur cours, et ceux qui soit n’ont pas assez travaillé, soit n’ont pas réfléchi assez profondément à certaines subtilités de la thermodynamique. Il est indispensable de combler les lacunes avant qu’on ne commence la deuxième partie du cours de thermodynamique.
La moyenne est de 8,8/20. La moyenne est atteinte par 15 copies, et 4 ont entre 9 et 10.

L’exercice 1 est absolument catastrophique.

Il est satisfaisant de constater que tout le monde connait l’équation d’état d’un gaz parfait, l’expression de l’énergie interne d’un gaz parfait, et le premier principe. Il reste des imprécisions sur l’utilisation l’écriture, avec des mélanges entre dU et Delta U, et delta Q et Q, mais cela devrait s’arranger avec le temps et l’habitude. Cela ne m’inquiète pas.

En revanche, les trois quarts d’entre vous confondent adiabatique et isotherme. Cela est inadmissible. J’ai passé du temps à expliquer que chaleur et température ne signifient pas la même chose en physique. J’ai pris des exemples concrets où une transformation est adiabatique sans être isotherme (une maison parfaitement bien isolée avec un poele qui entretient un feu d’enfer voit sa température monter, alors qu’aucun échange de chaleur n’a lieu avec l’extérieur)). On a étudié en cours des bilans d’énergie dans le cas d’une transformation isotherme, et dans le cas d’une transformation adiabatique infiniment lente, et pour cette dernière, on a calculé une variation de température. On a tracé dans le diagramme de Clapeyron une isotherme et une adiabatique réversible, et ce n’est pas la même courbe (donc pas la même transformation). Il ne vous reste plus qu’à travailler le cours de façon plus approfondie.

La différence entre adiabatique et isotherme est fondamentale. On ne peut pas continuer le cours de thermodynamique, en particulier le cours sur les machines thermiques, si vous ne maitrisez pas cela. Il faut bien réfléchir à ce que ça veut dire concrètement, être isotherme et être adiabatique. Vous êtes isothermes (du moins si vous venez de la même planète que moi), mais vous ne cessez d’échanger de la chaleur avec le monde extérieur (en cette saison, vous en cédez).

L’exercice 2 est à peine mieux.

La détermination de la capacité thermique d’un bout de métal était quasiment identique à l’exercice n°2 de la feuille d’exercices sur les bilans d’énergie. Il y avait juste à rajouter le fait que le calorimètre n’est pas parfait. En outre, on a fait en cours un exercice assez semblable (sauf qu’il y avait 2 solides, au lieu d’un solide et un liquide).

C’est vrai que pour les phases condensées, U et H c’est quasiment pareil. Cependant, comme on travaille ici à P constante, on a Delta H = Q, et donc ici Delta H = 0. C’est mieux de raisonner avec H qu’avec U, ça montre qu’on a compris l’intérêt de la fonction enthalpie. On ne s’est pas foulé à la définir juste pour enquiquiner les étudiants, mais au contraire pour se simplifier la vie.

Je suis coupable d’avoir oublié Te dans la liste des paramètres en fonction desquels il fallait exprimer c0, mais cela n’aurait dû troubler personne connaissant son cours sur le sujet. Faites-vous un peu confiance, parfois ! je ne suis pas parfait, et il y a des coquilles dans mes énoncés. Il y en a aussi parfois dans les énoncés des sujets de concours !

Pour ce qui concerne la détermination de la chaleur latente de vaporisation, je ne dirais qu’une chose : alors même qu’il y avait des changements d’état dans le dernier devoir en temps limité et dans le dernier devoir en temps libre, je suis attéré de constater que les copies où la réponse à la question 6 est juste se comptent sur les doigts d’une main. A pression constante, s’il y a changement d’état d’un corps pur, la température est constante. Il n’y a rien d’autre à dire.

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