Travail d'une compression et énergie interne

Le problème exposé dans ce sujet a été résolu.

Bonjour à tous !

Avant compression, 1 mole de gaz parfait est enfermée dans une enceinte adiabatique (δQ=0\delta Q = 0) et fermée, à la pression p0p_0 et à la température initiale T0T_0. La compression est brutale : la pression externe passe instantanément de P0P_0 à P1P_1. On se trouve dans une transformation hors-équilibre où l’on peut supposer que la pression vaut P1P_1 pendant toute la transformation.

On demande d’abord de calculer le ΔU\Delta U du gaz pour cette transformation.

Je pense que ΔU=W=P1ΔV\Delta U = W = P_1\Delta V.
Là, je me demande si je dois tenir compte de la pression interne du gaz pour évaluer le travail ?

La pression du gaz déjà existante, PintP_{int}, càd la pression exercée par le gaz sur le milieu extérieur. Elle va s’opposer à la pression p1p_1 et du coup :

dU=P1dV+PintdVdU = -P_1dV + P_{int}dV

Pint évolue en fonction du volume du gaz et la compression s’arrête lorsque Pint = P1.

Que penser de ce raisonnement ?

Je ne crois pas que ça marche. Imaginons une compression quasi-statique. À tout moment, la pression vaut P (qui augmente avec le temps), et ton PintP_{int} vaut aussi P, car on est à l’équilibre à chaque instant. On trouve que dU=0dU = 0 tout le temps. Ça marche pas.

Tu peux faire le calcul pour un gaz parfait pour retrouver que, avec ce terme interne, ça ne marche plus. Le travail nécessaire pour réaliser la compression va être converti en chaleur (d’où augmentation de UU). Or, PV=nRTPV=nRT, donc une augmentation donnée de pression ΔP\Delta P à volume et nombre de particule fixé va produire une même augmentation de température ΔT\Delta T quel que soit la valeur originel de PP.

C’est le moment de rappeler que WW et QQ sont le travail et la chaleur reçu par le gaz. Comment la pression interne peut-elle modifier le travail reçu ?

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