[EXO] Thermodynamique: volume fluide liquide et gazeux

[RoX74]

Bonjour à tous,

Tout d'abord bravo et merci à tous ceux qui font vivre ce forum car il est riche en enseignement. Généralement j'arrive à résoudre mes problèmes juste en lisant les post-précédents mais la je bloque un peu malgrés ce que j'ai lu sur le sujet. Si quelqu'un pouvais m'aider en m'expliquant clairement ce serait sympas.

Voila mon problème et ce que j'ai compris

J'ai un volume fermé (V0), il est rempli d'air et est à température de 25°C (donc Vair =V0 ; Tair =25°C et Pair = pression atmosphérique = 1,013 bar).

Mon volume fermé (V0) est relié par un robinet à un volume V2 (tres supérieur à V0) de gaz sous forme liquide (Tliquide = 25°C et Pliquide = P saturante du gaz).
- Dans un volume clos, la pression du gaz-liquide est égale à la pression saturante du gaz à la température donnée. Peu un porte le volume VRAI ???

J'ouvre le robinet pendant quelque seconde puis le referme. Par Delta de pression une certaine quantité de liquide est passé du volume V2 au Volume V0.
Quelle est cette quantité de liquide ??

Le volume V0 étant clos, le volume air initial n'a pas pu disparaitre il a donc été soit mélangé dans le liquide, soit comprimé soit les deux.
Comment je peux le savoir ??

Lors du transfert, la quantité de liquide perdu par V2 est elle totalement liquide dans V0 ou une petite partie c'est elle évaporée ?

Ainsi apres transfert mon volume clos V0 est composé de:
V0 = V air comprimé + Vliquide + Vgaz Vrai ???
la température vaut 25°C et la pression vaut "Pression saturante du gaz-liquide" Vrai ???

Comment puis je déterminer les 3 volumes ci dessus ??

Est ce que je peux utiliser la loi de Boyle-Mariotte pour le calcul de V air comprimé ? Patmos*Vair = V air comprimé * Psaturante ? Est ce aussi simple ?

Une petite explication pour m'aider à comprendre ce qui se passe réellement dans V0 lorsque j'ajoute un gaz-liquide serait la bien venue. Merci à ceux qui prendront un peu de temps pour me répondre.

Cdt RoX
-----

[stefller]

Bonjour,

Juste une petite remarque si une partie de V2 va dans V0 et que l'on ouvre le robinet un court instant sans attendre l'équilibre cela doit pouvoir se traduire par le fait qu'à l'instant initial P₀ < P₂ et après avoir refermé le robinet cette inégalité doit être vraie. Etant donnée que P_2initiale> P_2finale car une partie du liquide s'est transféré et que P_2initiale = P_saturante, pour moi il n'y a plus de liquide dans les deux volumes car les deux pressions finales sont inférieures à la pression de saturation.

Après la mise en équation pour le démontrer, si ce que je viens dire est vraie, je te la laisse.

[RoX74]

Bonsoir
Je ne suis d'accord avec vous concernant le volume V2 final.
V2 initiale est tres supérieur à V0 initiale donc le volume de liquide transféré de V2 vers V0 est remplacé dans V2 final par l'évaporation du gaz liquide jusqu'à ré obtenir la pression saturante du gaz donc dans V2 final il y aura encore du gaz liquide ainsi qu'une partie gazeuse.
Donc a Tps final j'ai pression V0 = Pression V2 = pression saturante du gaz.
etes vous d'accord avec mon raisonnement ou je suis complètement dans les choux?
Bonne soirée
Rox

[stefller]

Bonjour,

Je comprends ton raisonnement.
Si on le suit, tu insinues donc que le robinet reste ouvert assez longtemps pour qu'on obtienne l'équilibre de pression entre les deux volumes:

Donc a Tps final j'ai pression V0 = Pression V2 = pression saturante du gaz.
Rox

Si c'est le cas mon raisonnement est alors erroné. Cependant là où je ne suis pas d'accord c'est de retrouver la pression saturante du gaz. D'accord pour V0_final = V2_final, si le robinet reste suffisament longtemps ouvert ou plus simplement completement ouvert.

En effet si une partie du contenu du volume 2 va dans le volume 1 alors logiquement la pression dans V2 diminue donc la pression d'équilibre est inférieure à la pression saturante (=pression initiale).

Je pense que c'est sous entendu mais précisons le, le système est totalement adiabatique.

[A voir en vidéo sur Futura]

[RoX74]

Bonjour,

Pourquoi dites vous que je ne peux pas retrouver la pression saturante du gaz? C'est pourtant le role de la Pression saturante ou alors je n'ai pas compris sa définition et j'aimerai bien qu'on me la ré-explique.

Voici ce que j'ai compris de la pression saturante. Dans un réservoir il y a un fluide sous forme liquide et sous forme gazeux donc la pression dans le réservoir vaut Psat. Vrai ???
partie liquide ; pression Psat
partie gazeux; Pression Psat

Si je retire un volume ΔA de la partie liquide, obligatoirement la pression de la partie liquide va diminuer (Pliquide <Psat). Or comme Pliquide < Psat; pour rétablire l'équilibre une partie du liquide va s'évaporer jusqu'à ré-obtenir la Pression saturante (ou jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de liquide à évaporer).
Donc au final: le Volume liquide aura diminué, le volume gazeux aura augmenté et la pression sera identique (Psat).
Vrai ??

[stefller]

Bonjour,

La pression de vapeur saturante est la pression à laquelle autant de molécule de gaz se liquéfie que de molécule de liquide s'évapore (pour un mélange liquide, gaz). Cette pression est directement dépendante de la température.

Dans votre problème étant donnée que l'on ne parle pas de température on la considère constante.

La transformation réalisée est d'enlever une partie du liquide d'un volume constant. Par conséquent la pression dans ce volume diminue et est donc inférieur à la pression de vapeur saturante (à cette température).

Si on considère la transformation isotherme alors tout le liquide va s'évaporer. La pression n'augmente pas lorsqu'un liquide s'évapore à température constante donc on ne peux pas atteindre la pression de vapeur saturante.

[RoX74]

Bonjour,

Si mon résonnement et mon explication sont erronés, pouvez-vous m’expliquer ce qu’il se passe dans une bouteille de gaz pour réchaud (type campingaz) après utilisation ? merci
Contrairement à mon explication d’avant, dans le cas d’une bouteille ce n’est pas un ΔVolume liquide qui est enlevé mais un ΔVolume gazeux (l’ouverture est sur le dessus de la bouteille) mais le principe reste le même.

Je prends la bouteille. Elle est à température extérieur Tex. je la remue, il y a bien du gaz liquide ainsi que du gaz gazeux donc la pression vaut Psat.
J’ouvre le robinet pour utiliser la bouteille puis le referme (je retire un Volume ΔV gazeux de la bouteille)
Le lendemain, je reprends la bouteille. Elle est encore à température Tex (je n’ai pas changer d’endroit et les conditions climatiques sont les mêmes). Je re-remue la bouteille, selon votre explication je ne devrais rien entendre car tout le liquide se serait évaporé or j’entends encore du liquide donc j’ai bien toujours 2 phases dans la bouteille (liquide et gazeux).
Donc la pression dans la bouteille vaut bien Psat sinon comment avoir une phase liquide et une phase gazeux dans un récipient pour un seul et même composant ?
Au final, J’ai donc pas dévolution de Température, la pression est la même Psat, le volume liquide a diminué donc le volume occupé par l’état gazeux a augmenté (la boite métallique n’a pas rétréci).

Etes-vous d’accord ?

[stefller]

Bonjour,

Oui ce que vous dites me semble logique.

En revanche il y a forcément une évolution de température car l'évaporation de la phase liquide crée un refroidissement (machine frigorifique) et la pression saturante est diminuée.

Ensuite lorsqu'on arrête d'utiliser la bouteille, vous avez raison, il reste toujours deux phases. La température ambiante apporte donc de la chaleur au mélange ce qui permet l'évaporation du liquide et d'augmenter la pression pour retrouver la pression saturante initiale.

Je suis d'accord avec vous. Néanmoins la température joue un rôle très important.

[RoX74]

bonjour,

Oui, la température joue un rôle très important lorsque l'on parle de gaz. Dans notre cas elle permet de connaitre la Pression de vapeur saturant. Apres comme dans toute réaction chimique et physique il y a échange de chaleur (ou d'énergie) mais apres équilibre de la réaction la température se stabilise. Dans notre cas elle redevient la température initial.

Par contre que ce serait il passé si dans la bouteille de gaz au lieu d'enlever un volume ΔV (liquide ou gazeux) j'ajoutais un volume ΔV liquide ?
Volume liquide ; volume gazeux ; pression ???

Cdt
Rox

[stefller]

Bonjour,

J'imagine qu'en ajoutant un volume, quelque soit son état, on augmente la pression, ce qui crée une liquéfaction de la phase gazeuse et par conséquent augmentation de la température