thermodynamique (MPSI) · Chapitre 6 · Application directe du cours

Le frigo porte ouverte

Deuxième principe et bilans d'entropie · niveau 2

Énoncé

Peut-on rafraîchir une cuisine en laissant la porte du réfrigérateur ouverte, fenêtres fermées ? Le compresseur reçoit un travail électrique $W > 0$ pendant la durée $τ$ ; la cuisine, très grande, est assimilée à un thermostat à la température $T$ .

Un frigo pompe la chaleur de l'intérieur vers l'arrière. Que devient ce transfert si la porte est ouverte (intérieur $=$ cuisine) ?
Système : le fluide frigorigène et le frigo, en régime permanent sur la durée $τ$ . Écrire les deux principes et en déduire le transfert thermique total $Q$ reçu par le frigo et l'entropie créée.
Conclure sur la température de la cuisine.

Corrigé de la question 1

1. La chaleur prise « à l'intérieur » est rejetée « à l'arrière » : si les deux sont la même pièce, le transfert est nul en net (on déplace la chaleur en rond).

Question 2 : comment l'IA t'aide

2. Système : le fluide frigorigène et le frigo, en régime permanent sur la durée $τ$ . Écrire les deux principes et en déduire le transfert thermique total $Q$ reçu par le frigo et l'entropie créée.

Élève

J'aurais écrit deux transferts, $Q_{f}$ côté intérieur et $Q_{c}$ côté arrière, comme pour un frigo qui fonctionne normalement. Mais porte ouverte, je ne sais pas à quelles températures écrire l'entropie échangée.

Avec la porte ouverte, avec combien de thermostats distincts le système échange-t-il réellement de la chaleur ? Et que t'apprend le régime permanent sur l'état du système entre le début et la fin de la durée $τ$ ?

Élève

Une seule source, la cuisine à $T$ : je peux regrouper les échanges en un seul $Q$ . Et en régime permanent, $Δ U$ et $Δ S$ sont nuls.

Bien. Que t'apprend alors le premier principe sur $Q$ , et comment le second principe, avec ce seul thermostat, te conduit-il à l'entropie créée et à son signe ?

L'IA ne donne pas la réponse : elle pose la question qui fait avancer. À toi de continuer.

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Reprends la question 2 là où le dialogue s'arrête, puis la suite de l'exercice.

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