@vdb: la Physique en Classe Prépa
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Cette applet permet de visualiser l'évolution de l'évolution temporelle des variables d'état d'un gaz parfait en évolution monobare. Le gaz, supposé parfait, est enfermé dans une enceinte munie d'un piston qui se déplace sans frottement. Le modèle à la base de cette simulation a été publié (novembre 2005) dans un article que j'ai écrit pour le BUP. Vous pouvez lire cet article en suivant ce lien. La position du piston, la température du gaz et la pression dans le gaz au niveau du piston sont représentées en fonction du temps.
Vous pouvez choisir le rapport de la pression intiale du gaz à la pression extérieure, la masse du piston et un coefficient a caractérisant la conductibilité thermique de l'enceinte: la valeur 0 correspond à une transformation adiabatique, toute valeur positive correspond à une transformation monotherme. L'applet affiche l'évolution de l'entropie pour une transformation adiabatique ou de l'enthalpie libre pour une transformation monotherme et monobare ainsi que celle du taux de création d'entropie. Vous remarquerez que l'état d'équilibre thermodynamique est un état stationnaire où la création d'entropie est nulle.
Notez que la position représentée est rapportée à sa valeur initiale, il en est de même pour la température. La pression du gaz, elle, est rapportée à la pression extérieure qui reste constante. Le temps est aussi adimensionné grâce au temps caractéristique: t=(MNkBTi)1/2/PeA où M est la masse du piston, N le nombre de molécules gazeuses, Ti la température initiale du gaz, Pe la pression extérieure et A l'aire du piston.
Comparez les valeurs d'équilibre fournies par la simulation à vos propres calculs à partir des deux principes de la thermodynamique !
La simulation montre clairement les oscillations du piston en l'absence de frottement ! Il y a conversion progressive de l'énergie mécanique du piston en énergie interne du gaz ou du thermostat via les chocs moléculaires sur le piston (je précise que le modèle ne tient pas compte des fluctuations statistiques). Essayez de découvrir dans quelle condition l'amortissement semble le plus important !