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diagramme de phase, ultra vide, petit probleme



  1. #1
    lipo

    Question diagramme de phase, ultra vide, petit probleme


    ------

    Bonjour,

    Je fait le vide (un vide pousse de l'ordre de 10-8 mbar) dans une enceinte qui a l'origine contenaire de l'air ambiant a 25 degres C a 1 athmosphere avec toutes les "saletes" qu'il contient, entre autre de l'eau. Sur le diagramme de phase de celle-ci je devrait arriver, en faisant un vide secondaire (donc a 25 degres C si je passe de 1 bar a 0) a transformer toute l'eau presente sous forme liquide en vapeur d'eau or il s'avere qu'une partie de celle-ci se transforme en glace .
    Que ce passe t'il? Est ce du au fait que je passe assez brusquement de la pression athmospherique a un ultravide ?
    Une hypothese que je pourrai emmettre est la suivante mais je solicite votre avis sur celle-ci et pour que vous aussi vous m'exposiez votre vision des choses. Une bonne partie de l'eau presente dans l'enceinte passe sous forme de vapeur, normal, cependant pour cela il faut de l'energie or l'enceinte est hermetiquement fermee et plutot "vide" donc l'eau qui s'evapore trouve son energie dans l'eau qui est a ses cote ce qui fait que l'eau qui s'est fait voler son energie en a moins (normal) et du coup passe a l'etat solide.
    Ceci expliquerqi le fqit qu'une partie de l'eau passe en phases gazeuse et l'autre en phase solide.
    a vous

    -----

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  3. #2
    lipo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    pour poser le problème plus implement: est-il possible que nous obtenions de la glace en faisant baisser la pression dans une enceinte qui contient un peu de vapeur d'eau à températue ambiante?
    Si oui pourquoi?

  4. #3
    f6bes

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Bjr lipo.
    Me semble que plus on AUGMENTE la pression, plus l'eau en l'occurence, reste à l'état liquide.Faudra plus de 100 ° pour faire évaporer de l'eau sous plusieurs bars.A 100 ° sous plusieurs bars , elle reste donc liquide.
    Donc l'INVERSE (diminution) de pression ne peut que faire "remonter" en température la limite de changement d'état eau/glace.
    Un certain Mr Mariotte à plancher , me semble t il, sur le sujet.
    Cordialement
    Ben ça marche!

  5. #4
    Aneldo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    a pression plus faible que la pression atmosphérique, l'eau bout à moins de 100°C

    lipo, ton hypothese me semble bonne. J'ai aussi travaillé avec des basses pressions et nous essayons de rencontrer le point triple de l'eau. Nous etions étonné que de l'eau ne gele pas à moins de 0°C et c'étais due à l'absence de perturbation de l'eau. Ensuite elle gelait instantanément et l'on se trouvais au pont triple.
    Dernière modification par Aneldo ; 09/05/2007 à 13h10.

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    lipo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Citation Envoyé par Aneldo Voir le message
    Nous etions étonné que de l'eau ne gele pas à moins de 0°C et c'étais due à l'absence de perturbation de l'eau. Ensuite elle gelait instantanément et l'on se trouvais au pont triple.
    D'apres le diagramme de phase de l'eau ( cf : http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:g..._phase_eau.svg) le fait que l'eau ne gèle pas à moins de 0°C pour des bases pressions est normal en dessous de 0.5 bar environ et à 0 bar il faut aller chercher vers les -70° C environ pour avoir de l'eau à l'état solide. Je ne saisi pas tt à fait la signification de "absence de perturbation de l'eau"
    Et sur le diagramme de phase que j'ai là, le point triple est a plus de 0°C ça correspond à tes observations?

  8. #6
    Aneldo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    L'eau dans notre coupelle etait liquide et non gazeuse. Elle etait toujours liquide à basse pression et basse température (pour une temperature < 0 et une pression < 1 atm) ce qui n'est pas possible d'apres le diagramme.
    J'expliquais cela par le fait que l'eau avait besoin d'une "perturbation" pour geler. Cette perturbation (vibration) apportant l'energie necessaire à la solidification.

    Je suis bien sure peu sure de cette explication.
    Qu'en pensez vous?

    Et sur le diagramme de phase que j'ai là, le point triple est a plus de 0°C ça correspond à tes observations?
    Oui si je me souvient bien.

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  10. #7
    lipo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Idée différente de la mienne pour expliquer le phénomène mais très intéressante. Je ne sais pas si tu as déjà entendu parler des pluies verglacentes (ou un nom dans ce style): de l'eau tombe du ciel (il pleut) et cette eau est liquide a une température inférieure à 0°C mais dès qu'elle touche le sol est se transforme en glace
    La pluie verglaçante se forme lorsque qu'il neige en haute troposphère et que la température de l'air y est inférieure à à O°C. En descendant par gravité, cette neige va rencontrer une couche d'air dont la température exède au moins 0°C. Elle va donc fondre et se transformer en pluie normale. Si cette pluie formée rencontre à nouveaux une couche d'air située près du sol, assez mince, et dont la t°C est inférieure à 0°C, la pluie va rentrer en surfusion. Lorsqu'elle va toucher le sol ou n'importe quel autre objet, elle va geler immédiatement et former ainsi de la pluie verglaçante.
    Il faut (d'après ce que j'ai compris) une "accroche", un petit mouvement qui va permettre aux première molécules de s'assembler (liaisons hydrogènes) et d'un coup, grâce a ce "point de départ" tout va cristaliser.
    Je ne pense pas que ça apporte l'énergie au sens propre necessaire à la solidification mais c'est l'évennement déclancheur, l'amorce qui permettrai de lancer le phénomène.
    Qu'est ce que t'en penses?

    Demain je tente la ptite expérience de la coupelle d'eau à température ambiante que je vais soumettre assez rapidement à un vide primaire.

  11. #8
    Aneldo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Pas mal le truc des pluies verglacentes.
    Du coup ca doit faire moins mal que de prendre un glacon sur le crane

    Sinon si le choc apporte de l'energie ou permet un point de départ à la structure cristaline, je n'en sais rien.
    Mais les deux me parraissent plausible.

    Pour ton experience essaie de dessendre le plus bas en temperature (la temperature va baisser avec la pression) avec de l'eau liquide. Tu me diras combien tu atteinds (et aussi la pression min).
    Apres tous va s'equilibrer : pression et temperature sur le pont triple de l'eau : ca fait un saut de pression et de temperature.

    Je pense qu'une partie de l'eau s'évapore (pour faire augmenter la pression). Le reste se solidifie. Tous cela en un instant qui semble instantané.

    On verra si tu observes les memes choses.

  12. #9
    invite50625854

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Le point triple ce sont des condition particulières de température et de pression. A ne pas confondre avec le phénomène de surfusion.

    Soit on fait baisser la température (à la pression atmosphérique) et alors on obtiens de l'eau liquide à une température inférieur à 0°C (surfusion). Lors du moindre choc, perturbation... la structure cristalline si "accroche" et donne naissance à une quantité de glace.
    Cette quantité de glace se termine facilement avec (température de l'eau liquide avant cristallisation)*(capacité calorifique eau liquide)=(273.15)*(capacité latente).

    Connaissant la masse d'eau au départ la capacité thermique massique de l'eau et la chaleur latente de la glace, on calcul facilement la quantité de glace formé.

    Ca n'a rien à voir avec le point triple de l'eau. Qui représente les conditions de température et de pression permettant l'existence des trois état simultanément.
    Enfin, je pense que l'idée de Lipo :
    Une bonne partie de l'eau presente dans l'enceinte passe sous forme de vapeur, normal, cependant pour cela il faut de l'energie or l'enceinte est hermetiquement fermee et plutot "vide" donc l'eau qui s'evapore trouve son energie dans l'eau qui est a ses cote ce qui fait que l'eau qui s'est fait voler son energie en a moins (normal) et du coup passe a l'etat solide.
    Pourquoi pas, c'est une manière interessante de regarder le problème. Ja suis pas très fort en thermo, mais je pense que ce doit être correcte. En gardant à l'esprit qu'une fois le point triple atteint, alors les changements d'état ce font sans énergie extérieur (équilibre thermodynamique).

  13. #10
    mbochud

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Citation Envoyé par lipo Voir le message
    Je fait le vide (un vide pousse de l'ordre de 10-8 mbar) dans une enceinte

    À une pression totale de10-8 mBar ,la pression partielle de vapeur d’eau est probablement la grosse proportion de cette pression totale. Le volume ne contient que de la vapeur (pas d’eau ou de glace) à la température des parois mais la majeure partie de des molécules d’eau est adsorbée (collée) sur les surfaces.

    Le refroidissement causé pas le début de l’abaissement de pression peut créer une condensation temporaire (et même formation de microcristaux de glace) mais les molécules se déplacent à 500m/s et le libre parcours moyen devient plus grand que l’enceinte. Le réchauffement est donc très rapide et à10-1 mBar il ne subsiste que des molécules d’eau non liées (vapeur sèche).

  14. #11
    lipo

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Citation Envoyé par Aneldo Voir le message
    Pour ton experience essaie de dessendre le plus bas en temperature (la temperature va baisser avec la pression) avec de l'eau liquide. Tu me diras combien tu atteinds (et aussi la pression min).
    Apres tous va s'equilibrer : pression et temperature sur le pont triple de l'eau : ca fait un saut de pression et de temperature.

    Je pense qu'une partie de l'eau s'évapore (pour faire augmenter la pression). Le reste se solidifie. Tous cela en un instant qui semble instantané.

    On verra si tu observes les memes choses.
    La "machine" dans laquelle j'ai fait ma manip est en fait un four dans lequel on peut (ou pas faire monter la température) donc je n'ai pas pu la baisser et l'eau est réstée à température ambiante, mais normalement, d'apres le diagramme (toujours) l'eau devrait s'évaporer en dessous de 400mbar.

    Ce que j'ai pu observer c'est que (j'ai fait un vide jusqu'a 20 mbar assez lentement) l'eau s'est évaporée mais au début très lentement (formation de petites bulles contre les parois) alors que je croyait que le phénomène serait très rapide. Etant donné que le four devait servir à une autre manip je n'ai pas pu m'éterniser donc pour accélérer les choses j'ai monté la température (jusqu'a 50°C) et la ça c'est évaporé plus vite, même assez violemment (ptites "explosions ds le becher).
    Par contre je n'ai pas eu le tps de voir de glace.

    Pour youry, les changement d'états au pt triple ca demande pas d'énergie? sur de sur?

    pour mbochud, j'ai également un capteur de température sur mon enceinte et il n'y a pas de variation vraiment importante lors du pompage (en fait même pas 0.2 °C de différence). Pour l'augmentation du libre parcours moyen des molécules, est ce que ça a des conséquences quelconques?

  15. #12
    mbochud

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Le refroidissement de 1Bar à 0,1mBar est très important (de +20 degC à -70 degC dépendamment de la vitesse de pompage. Mais c’est un refroidissement du gaz, les parois ne bougent pratiquement pas.

    « Pour l'augmentation du libre parcours moyen des molécules…… »
    En bas de 10-4 mbar le libre parcours moyen devient si grand que le transfert de chaleur entre le gaz et les parois est pratiquement instatané.

    Quel type de pompe y-a t’il sur ce système ?

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  17. #13
    almaco44

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    Une chose est sure : si des traces d'eau résiduelles restent dans ton enceinte à vide, tu n'obtiendras pas ton vide poussé, et dès l'arrêt de ta pompe, la pression va remonter rapidement à la pression correspondant à la température de tension partielle de vapeur (environ 20 à 25 mbar à 20°C).
    Je réalise régulièrement des tirages au vide afin de déshydrater des tyuyauteries, mais je n'ai jamais été confronté à des gels d'eau résiduelle, car l'eau reste libre. Le gel ne serait possible que si l'environnement est à basse température autour de l'installation.
    Par contre, sur des installation de refroidissement sous vide (vacuum cooling) de salades par exemple, j'ai déjà vu le gel de produits. Je pense que dans ce cas, l'eau est emprisonnée dans les cellules des produits et gèle avant de pouvoir d'évaporer.

  18. #14
    hassani amine
    Invité

    Re : diagramme de phase, ultra vide, petit probleme

    bonjour,

    je cherche a reproduire experimentalement le diagramme de l'eau , vous n'auriez pas un protocole experimental a me proposer??

    merci d'avance!
    Dernière modification par hassani amine ; 29/09/2008 à 09h13. Motif: ortho

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