thermodinamique 2

 

d- transformations adiabatiques: Rappelons que nous sommes dans le cas des transformations:

- de gaz parfaits,

- quasi-statiques,

- sans échange de matière,

- sans échange de chaleur.

en remplaçant P par

on obtient:

Homogène à PV.

On peut ensuite remplacer le rapport des volumes par celui des pressions ou par celui des températures.

 

F - DETENTES DE FLUIDES

 

Détente de Joule/Gay-Lussac

Détente de Joule/Thompson

 

 

 

 

 

Lorsqu’on supprime la paroi, le gaz subit une détente telle que Uf = Ui ou encore .

 Ecoulement d’un fluide à travers une paroi poreuse. Si l’écoulement est lent, adiabatique, sans échange de travail, alors H1 = H2 ou encore

 

G - DEUXIEME PRINCIPE

- Enoncé: il existe une fonction d’état S, appelée entropie, fonction extensive des paramètres d’état extensifs, et qui peut varier par échange de chaleur ou de matière avec l’extérieur par création à la suite de phénomènes irréversibles.

- système isolé:

 

l'entropie ne peut qu'augmenter.

- transformation. adiabatique réversible d’un système fermé

- transformation.cyclique quelconque:    car Sest une fonction d’état .

- transformation.réversible d’un système fermé:

- transformation. infinitésimale, réversible ou non:

H - MACHINES THERMIQUES

Les valeurs algébriques W, Q1 et Q2 sont relatives à la machine thermique.

On suppose que le système mécanique n'échange que du travail et que l'évolution au contact des sources de chaleur est réversible.

- au cours d'u n nombre n entier de cycles:

premier principe appliqué à la machine thermique

second principe appliqué à l'ensemble

rendement et efficacité

Moteur thermique

Frigidaire

Pompe à chaleur

Remarquons que pour les 2 derniers cas (congélateur et pompe à chaleur), tous les signes sont identiques. Dans la pompe à chaleur, c'est la source chaude (eau des canalisations) qui est le centre d'intérêt alors que pour le frigidaire, c'est la source froide (compartiment du frigo).

 I - COEFFICIENTS CALORIMETRIQUES

 (exemples pour un fluide homogène)

- définitions:

- U fonction d'état:

 - S fonction d'état:

Des 2 dernières relations, on exprime:

relation de Clapeyron.

- H et S fonction d'état:

relation de Clapeyron.

 

 

Physique

Chimie

Astronomie

Labo virtuel

Données

Exercices

 

- Expressions TdS:

de

et de

on tire:

 

J - CHANGEMENTS D'ETAT
 

- définitions:

- équilibre entre 2 phases alors une seule variable indépendante.Si on fixe V,   alors P. = f ( T ) dont le graphe constitue la courbe de fusion, de sublimation... le long de ces courbes,il y a équilibre entre 2 phases.

- diagramme P - T d’un corps pur:

 Tr est le point triple. C est le point critique.

- S, L, G sont les domaines de stabilité du solide, du liquide et du gaz.

- Sur les courbes vertes, il y a équilibre entre 2 phases.

 - Au point triple, il y a coexistence des 3 phases en équilibre. Ce point est unique pour un corps pur donné. Pour l'eau, ses coordonnées sont:

P = 610 Pa

T = 0,01 °C = 273,16 K

 

( point fixe de l'échelle Thermodynamique )

- la courbe de fusion-solidification est pratiquement rectiligne, de pente (dP/dT)V  très grande et positive (pour la majorité des corps). Pour l'eau, cette pente est négative.

- la courbe de vaporisation est limitée par le point critique C: pour liquéfier un gaz par détente, par exemple, il faut abaisser sa température au-dessous de sa température critique.

- différents cas:

• transformation ( 1 ): on opère sous une pression inférieure à celle du point triple. Le corps s'échauffe puis se sublime lorsque le point figuratif traverse la courbe de sublimation-condensation. La température présente alors un palier. Il est ensuite entièrement à l'état gazeux.

• transformation ( 2 ): P > PTr le corps fond puis bout ( 2 paliers de température ).

• transformation ( 3 ): on passe graduellement du gaz au liquide sans transition nette. Au début, le corps est entièrement gazeux; à la fin il est entièrement liquide et dans les 2 états extêmes, il occupe entièrement le récipient de volume constant. A aucun moment on n'a aperçu un ménisque de séparation gaz-liquide et on ne voit même pas que l'on a obtenu un liquide. Pour s'en rendre compte, il suffit de procéder à une détente: le point figuratif de l'état du corps traverse la courbe de vaporisation-liquéfaction et l'on observe des bulles de gaz, preuve qu'on avait bien un liquide. Il n'y a pas de discontinuité entre l'état liquide et l'état gazeux.

- chaleur latente massique de changement d'état: c'est la chaleur que l'unité de masse du corps doit échanger pour subir le changement d'état à pression et température constantes. Pour les 3 états physiques, il y a 6 chaleurs latentes massiques, deux à deux opposées.

Au point triple,

 - chaleur latente molaire de changement d'état: relative à une quantité de matière de une mole. Il y a aussi 6 chaleurs latentes molaires 2 à 2 opposées.

 

 - entropie de changement d'état:

- relation de Clapeyron: elle relie la chaleur latente massique (ou molaire) à la pente de la courbe de changement d'état dans un diagramme P-T et aux volumes massiques (ou molaires) du corps dans les 2 phases concernées:

 P V est en joules, P v est en J.kg-1 ou en J.mol-1. Ainsi, L est en J.kg-1 ou en J.mol-1.

T est la température au palier de changement d'état.

Pour l'eau,

pente négative.

 

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