Leçons de niveau 14

Thermodynamique (PCSI)/Descriptions microscopique et macroscopique d'un système à l'équilibre : Corps pur diphasé en équilibre

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Les trois phases principales d’un corps pur et les transitions de phase correspondantes[modifier | modifier le wikicode]

Les trois phases principales d’un corps pur et les propriétés de leurs paramètres intensifs[modifier | modifier le wikicode]

     Un corps pur constitue un système diphasé ou triphasé dès lors qu’il est simultanément présent sous deux ou trois phases parmi les principales phases « solide – liquide – vapeur » ;

     la différenciation des phases simultanément présentes pour un corps en équilibre se fait par certains paramètres intensifs [1] n’ayant pas la même valeur comme par exemple :

     la différenciation des phases simultanément présentes la masse volumique les phases sont « séparées par la gravitation » [2],

     la différenciation des phases simultanément présentes l’indice de réfraction [3] observation visuelle de l'interface les séparant par gravitation ;

Définition d’une transition de phase d’un corps[modifier | modifier le wikicode]

Variance, rappel de la définition et exemples[modifier | modifier le wikicode]

Rappel de la définition de la variance d’un système thermodynamique[modifier | modifier le wikicode]

Exemples[modifier | modifier le wikicode]

Nécessité, pour décrire l’état d’un système diphasé d’un corps pur en équilibre sous l’action des seules forces de pression extérieure, de connaître, outre un paramètre intensif choisi parmi « T ou p », un paramètre de répartition entre les deux phases[modifier | modifier le wikicode]

Introduction[modifier | modifier le wikicode]

Paramètre de répartition entre les « deux phases »[modifier | modifier le wikicode]

Calcul d’une « grandeur extensive » d’un système diphasé « liquide – vapeur » connaissant la température, la masse totale et le titre en vapeur xvap[modifier | modifier le wikicode]

À l’inverse détermination du titre en vapeur d’un système diphasé « liquide – vapeur » connaissant la température, la masse totale et une « grandeur extensive » du système diphasé[modifier | modifier le wikicode]

Diagramme de phases (p, T) d’un corps pur, courbes de vaporisation, de fusion et de sublimation, point triple et point critique[modifier | modifier le wikicode]

Diagramme de phases (p, T) d’un corps pur[modifier | modifier le wikicode]

Courbes de transition de phase et point triple[modifier | modifier le wikicode]

Courbe de vaporisation[modifier | modifier le wikicode]

Courbe de fusion[modifier | modifier le wikicode]

Courbe de sublimation[modifier | modifier le wikicode]

Point triple[modifier | modifier le wikicode]

Retour sur le point critique[modifier | modifier le wikicode]

En complément, quelques éléments sur l’équilibre physique entre deux phases d’un corps pur à une température T fixée[modifier | modifier le wikicode]

En documentation, formules approchées de variation de pression de vapeur saturante d’un corps pur avec la température[modifier | modifier le wikicode]

Diagramme de Clapeyron (p, v) pour l’équilibre « liquide/vapeur », isothermes d’Andrews, courbe de sublimation et palier de vaporisation (ou de liquéfaction) isotherme, caractérisation du point critique[modifier | modifier le wikicode]

Retour sur le tracé des isothermes expérimentales de l’hexafluorure de soufre dans un diagramme de Clapeyron[modifier | modifier le wikicode]

Généralisation à un corps pur quelconque, isothermes d’« Andrews » d’un fluide dans le diagramme de Clapeyron[modifier | modifier le wikicode]

Caractérisation du point critique C[modifier | modifier le wikicode]

En complément, surface caractéristique d’un « corps pur » dans un diagramme tridimensionnel (v, T, p)[modifier | modifier le wikicode]

Détermination de la composition d’un système diphasé sur le palier de liquéfaction (ou de vaporisation) isotherme du diagramme de Clapeyron, « théorème des moments » relatif au volume[modifier | modifier le wikicode]

Détermination du titre en vapeur d’un système diphasé de corps pur sur le palier de vaporisation isotherme (isobare) de son diagramme de Clapeyron[modifier | modifier le wikicode]

« Théorème des moments » relatif au volume[modifier | modifier le wikicode]

En complément, détermination du titre en liquide d’un système diphasé de corps pur sur le palier de fusion isotherme (isobare) de son diagramme de Clapeyron ou du titre en vapeur de ce système diphasé de corps pur sur le palier de sublimation isotherme (isobare) de son diagramme de Clapeyron[modifier | modifier le wikicode]

En complément, peut-on déterminer les titres en liquide et en vapeur d’un système triphasé de corps pur sur la « ligne triple » de son diagramme de Clapeyron ?[modifier | modifier le wikicode]

« Explication de la problématique du stockage des fluides »[modifier | modifier le wikicode]

« Mise en œuvre de protocoles expérimentaux d’étude des relations »[modifier | modifier le wikicode]

« Tracé des isothermes expérimentales de l’hexafluorure de soufre dans un diagramme de Clapeyron »[modifier | modifier le wikicode]

Mise en évidence de la pente négative de la courbe de solidification de l’eau liquide dans le diagramme des phases de l’eau[modifier | modifier le wikicode]

Mise en évidence du point critique à l’aide des tubes de « Natterer »[modifier | modifier le wikicode]

Mise en évidence de la continuité des phases « liquide et vapeur » par contournement du point critique[modifier | modifier le wikicode]

Expérience de « Franklin » ou le paradoxe de la reprise de l’ébullition par refroidissement[modifier | modifier le wikicode]

Notes et références[modifier | modifier le wikicode]

  1. Voir le paragraphe « grandeurs intensives » du chap. de la leçon « Thermodynamique (PCSI) ».
  2. Dans un corps pur en équilibre sous deux phases « liquide - vapeur », la vapeur nettement moins dense que le liquide se trouve toujours au-dessus du liquide,
       dans un corps pur en équilibre sous deux phases « solide - liquide », le liquide se trouve usuellement au-dessus du solide lequel est, dans ce cas, légèrement le plus dense sauf pour l’eau où le solide est légèrement moins dense que le liquide et le glaçon flotte sur l’eau liquide,
       dans un corps pur en équilibre sous deux phases « solide - vapeur », la vapeur nettement moins dense que le solide se trouve toujours au-dessus du solide.
  3. Voir le paragraphe « définition de l'indice d'un milieu transparent homogène isotrope (M.T.H.I.) » du chap. de la leçon « Signaux physiques (PCSI) ».