Compression isotherme  : travail effectué à température constante

1 · Prédire

Un gaz est comprimé dans un volume plus petit tandis que sa température est maintenue constante (isotherme). Faut-il travailler davantage pour le compresser davantage ?

• La compression vers un volume final plus petit nécessite moins de travail.
• La compression à un volume final plus petit nécessite plus de travail (un Wgas plus négatif).
• Le travail à réaliser est le même quel que soit le volume final.

2 · Configurer

1. Ouvrez le préréglage « compression isotherme » et appuyez sur Réinitialiser. 1 mole de gaz commence à 49.9 L, 300 K.
2. Activez la lecture du travail effectué sur le gaz.
3. Définissez le volume cible (final) pour chaque essai et enregistrez le travail effectué par le gaz.

3 · Collecter les Données

Tracez W_gas (axe y) par rapport à ln(V₂/V₁) (axe x) pour vos trois essais, en utilisant V₁ = 49.9 L.

4 · Analyser

1. Pour un essai, calculez W_gas = nRT·ln(V₂/V₁) en utilisant n = 1 mol, R = 8.314 J/(mol·K), T = 300 K. Comparez avec le tableau.
2. W_gas est négatif à chaque essai. Expliquez ce qu'une valeur négative signifie physiquement pour un gaz comprimé et pourquoi la compression à un V₂ plus petit rend W_gas plus négatif.

5 · Approfondir

1. Puisque ΔU = 0 pour tout processus isotherme (la température ne change pas), la première loi dit ici aussi Q = W_gas. La chaleur entre-t-elle dans ou hors du gaz pendant cette compression ? Expliquez en utilisant votre convention de signe.
2. Pour maintenir le gaz à température constante tout en le comprimant, les expériences réelles nécessitent un réservoir de chaleur en contact avec le cylindre. Expliquez pourquoi la compression réchaufferait le gaz si ce réservoir n'était pas là.

La physique derrière cette expérience

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