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1. Définition du modèle On considère un modèle de gaz parfait classique, constitué de N particules ponctuelles se déplaçant sur un domaine bidimensionnel. Les coordonnées (x, y) des particules sont dans l'intervalle [0, 1]. Les particules ont la même probabilité de se trouver en tout point de ce domaine (la densité de probabilité est uniforme). Soit v → i la vitesse de la particule i. Pour un gaz parfait, il n'y a pas d'énergie d'interaction entre les particules, donc l'énergie totale du système est la somme des énergies cinétiques des particules: E = 1 2 ∑ i = 1 N v → i 2 (1) L'énergie totale est supposée constante. Toutes les configurations de vitesse qui vérifient cette équation sont équiprobables. On se propose de faire une simulation de Monte-Carlo, consistant à échantillonner les positions et les vitesses aléatoirement afin de faire des calculs statistiques. Equation d'état d'un gaz parfait. Il faudra pour cela respecter les deux hypothèses d'équiprobabilité énoncées précédemment. La distribution des positions est indépendante de la distribution des vitesses.
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L'opération qui permet de passer des gaz parfaits pur au mélange à même température et pression est donc adiabatique. On notera que les fractions molaires étant inférieures à l'unité, leur logarithme est négatif, et la variation d'entropie est bien positive. L'enthalpie du mélange est conservée aussi (transformation isobare adiabatique), et: est l'enthalpie molaire du gaz parfait pur.
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5: n += 1 somme_n += n*1. 0/N somme_n2 += n*n*1. 0/(N*N) moy_n = somme_n/P var_n = somme_n2/P-moy_n**2 dn = (var_n) print(moy_n, dn) return (moy_n, dn) Voici un exemple. On calcule la moyenne et l'écart-type pour trois valeurs différentes de N: liste_N = [10, 100, 1000, 10000] liste_n = [] liste_dn = [] P = 1000 for N in liste_N: (n, dn) = position_direct(N, P) (n) (dn) figure() errorbar(liste_N, liste_n, yerr=liste_dn, fmt=None) xlabel("N") ylabel("n") xscale('log') grid() axis([1, 1e4, 0, 1]) On voit la décroissance de l'écart-type lorsque N augmente. Il décroît comme l'inverse de la racine carré de N. Physiquement, cet écart représente l'amplitude des fluctuations de densité dans le gaz. Lorsque le nombre de particule est de l'ordre du nombre d'Avogadro, ces fluctuations sont extrêmement faibles. Simulation gaz parfait 1. 2. c. Échantillonnage de Metropolis Dans cette méthode, la position des particules est mémorisée. Au départ, on les répartit aléatoirement. Pour obtenir une nouvelle configuration, on ne déplace qu'une seule particule.
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Quelle limite à cette simulation ce calcul met-il en évidence? Donner 6 nouveaux coups de pompe Quelle grandeur fait-on directement varier? Mesurer la nouvelle pression P 3 On peut considérer que le nombre de coups de pompe est proportionnel à la quantité de matière. Calculer le rapport n 3 /n 1. De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations. - Mélange de gaz parfaits. Le comparer au rapport P 3 / P 1. Constats des mesures précédentes: la pression augmente si le volume diminue. la pression augmente si la température augmente. Ces constatations sont-elles en accord avec l'équation de gaz parfaits? La pression se retrouve aussi dans la formule P = F / S; une force sur une surface. Interpréter les constats précédents avec cette formule.
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