Travail Des Forces De Pression
Fondamental: Travail des forces de pression: échange d'énergie d'origine macroscopique, c'est-à-dire le travail des forces définies à notre échelle et qui s'exercent sur la surface délimitant le système. On considère un cylindre fermé par un piston mobile. La force de pression extérieure s'écrit: Travail des forces de pression Lors d'un déplacement élémentaire du piston, son travail vaut: Soit: Or, (variation du volume du gaz, > 0 sur le dessin), ainsi: Ainsi: Si (le volume diminue): le travail est positif (le gaz reçoit de l'énergie sous forme de travail). Si (le volume augmente): le travail est négatif (le gaz se détend et fournit du travail à l'extérieur). Ce résultat se généralise à un volume quelconque (gaz, liquide, solide). Ainsi, le travail reçu de la part des forces de pressions extérieures par un système thermodynamique qui voit son volume varier de dV vaut: Méthode: Cas d'une transformation réversible, interprétation géométrique du travail Lors d'une transformation réversible, la pression extérieure est constamment égale à la pression intérieure, c'est-à-dire celle du système.
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T3. 7. Travail des forces de pression. Enonc. Partie A. On ralise la compression isotherme d'une mole de gaz parfait contenu dans un cylindre de section S. On suppose que le poids du piston est ngligeable devant les autres forces intervenant dans le problme. La temprature To est maintenue constante par un thermostat. P 1 et P 2 sont les pressions initiale et finale. P 1 est la pression atmosphrique. 1. Comment raliser une compression isotherme? 2. Reprsenter graphiquement cette transformation en coordonnes ( V, P). 3. Calculer le travail fourni W 1 une mole de gaz partait. Partie B. ralise maintenant cette compression brutalement; en posant sur le piston de section S une masse M calcule de telle sorte que la pression finale l'quilibre soit P 2 la temprature To. 4. Discuter ce qui se passe. 5. Calculer le travail fourni W 2 Partie C. 6. Reprsenter le travail fourni dans ces deux situations en traant y = W 1 / P 1 V 1 et y = W 2 / P 2 V 2 en fonction de x = P 2 / P 1.
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Travail d'une force constante lors d'un déplacement rectiligne Si un système est soumis à une force constante lors d'un trajet rectiligne d'un point A à un point B, alors les forces sont conservatives, et le travail de cette force correspond à la formule vue plus haut: Pour quantifier le travail de la force, il faut alors connaitre les normes (distances) des vecteurs. Si l'angle entre les deux vecteurs est noté α, alors l'expression du travail devient: Schéma de la force F s'exerçant sur un point mobile avec un mouvement rectiligne uniforme allant de A à B. Cas particuliers de travaux de forces constantes lors d'un déplacement rectiligne Voici quelques cas particulier d'angles, très souvent rencontrés: Si α = 90° alors cos (90) = 0 donc le travail est nul (Toute force perpendiculaire à la trajectoire à un travail nul car un produit scalaire est nul lorsque deux vecteurs sont à 90°). Si α < 90° alors cos (90) > 0 et la valeur du travail est positive: il s'agit d'un travail moteur. Si α > 90° alors cos (90) < 0 et la valeur du travail est négative: il s'agit d'un travail résistant.
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Salut! représente ici le travail reçu par ton système de l'extérieur (gaz à la pression), donc le travail de la force est orientée selon si est le vecteur normal sortant de ton système. Avec cette convention, le déplacement élémentaire du piston s'écrit avec si le volume à l'intérieur du cylindre (le contenant de ton système) s'agrandit. Et alors la variation de volume est donnée par En gros, dans cette démo on choisit le comme étant celui qui dirige la force de pression exercée par le gaz intérieur (celui dans le cyclindre, constituant le système étudié). On aurait pu choisir une autre convention, peu importe. Notons que dans le cas contraire,, ce qui justifie le sens de choisi. Pour expliquer ça, rien de tel qu'un petit schéma où on représente la situation. A noter enfin: la démo peut se faire sans cylindre et sans piston à condition de bien définir la frontière (mobile) du gaz (ou fluide quelconque d'ailleurs) étudié. Nicolas
La chaleur Q Lors d'une transformation élémentaire sans changement de phase de la vapeur d'eau, la quantité infinitésimale de chaleur échangée est exprimée en fonction de 2 variables d'état (les 3 variables d'état sont liées par l'équation des gaz parfaits) et en fonction de coefficients déterminés de façon empirique: où m est la masse de la particule d'air considérée, et où les coefficie nts c v et c p sont appelés capacités thermiques massiques respectivement à volume et pression constants (ou chaleurs massiques). La loi de Joule (voir ACTIVITE) permet de montrer que les coefficients l et h sont respectivement égaux à P et - V, d'où: Le travail W Lors d'une transformation élémentaire avec changement de volume (non isochore), les forces de pression extérieure cèdent une quantité infinitésimale de travail δW à la particule d'air (positive si son volume diminue lors d'une compression, négative si son volume augmente lors d'une détente). Considérons un cylindre de volume V et de section S, fermé par un piston pouvant se déplacer sans frottement, et dans lequel la pression de l'air est P int (voir figure ci-après).