Thermodynamique: transition de phase

[inviteb98378b3]

Bonjour,

Je traite l'exercice suivant:

Une masse m0=1kg d'eau liquide à ti=100°C est placé dans un récipient totalement calorifugé. L'eau s'y vaporise réversiblement et la vapeur formée est enlevée, au fur et à mesure de sa production, à l'aide d'une soupape qui permet également de maintenir une pression constante dans le récipient. La température baisse peu à peu

Bon je le recopie pas tout, c'est trop long

MAIS COMMENT C'EST POSIBLE QUE L'EAU SE VAPORISE TOUTE SEULE !!!!???? (et réversiblement en plus)

le pire de tout c'est que à la deuxième question:

2)A un instant ultérieur, il ne reste plus que de la glace ...

Je deviens fou

merci d'avance de bien vouloir me débloquer

Fred
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[S321]

Et bien l'eau est portée à 100°C c'est à dire sa température d'ébullition. Lorsque la température diminue, l'eau cesse (a priori) de bouillir. Mais même sans bouillir, l'eau s'évapore (en fait le mot "évaporation" s'applique en l'absence d'ébullition).
Pour séparer le sel de l'eau dans les marais salant on fait s'évaporer celle ci, ça couterai trop cher de la faire bouillir.

La température baisse peu à peu. Elle peut devenir très basse, surtout si la pression au départ n'était pas très élevée, vous ne donnez pas l'énoncé complet je ne peux pas savoir. Surtout si vous ne donnez pas la suite de la question.
Que l'eau s'évapore et qu'il y ait de la glace sont des donnés de votre énoncé. S'ils vous le disent, c'est que ça doit être vrai. Il n'y a pas lieu de se monter le bourrichon pour si peu ^^. Et même si ça n'était pas vrai, ça n'empêche pas de faire les calculs. Pour ces derniers on ne peut pas vous aider si vous ne nous posez pas les questions.

[chwebij]

bonjour

L'énergie utilisée pour vaporiser le liquide est puisée justement dans le liquide qui va baisser sa température jusqu'à la température de condensation. une partie de l'eau se transforme donc en glace pour donner assez d'énergie à la vapeur.

[chwebij]

de plus si la vapeur est enlevée au fur et à mesure, le liquide ne peut être en équilibre avec sa phase gazeuse.
Pour qu'il soit en équilibre, il faut que la pression partielle de la vapeur soit égale à la pression de vapeur saturante du fluide.
En effet vu que la pression se fait à pression et à température constante, une particule fluide qui se vaporise va tout de suite se mettre en équilibre mécanique avec le gaz, c'est à dire que sa pression est égale à la pression partielle du gaz. Comme ce phénomène est à pression constante, la pression de vapeur saturante est égale à la pression partielle de vapeur.
Or si tu enlèves tout le temps la vapeur d'eau, la pression partielle de la vapeur est quasi-nulle et donc ta température d'ébullition est très basse. Car plus la pression est faible plus la température d'ébullition est faible.

EN enlevant en continu la vapeur, la phase liquide et gazeuse ne sont pas en équilibre, et du liquide va s'évaporer en continu.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb98378b3]

Bonjour,

Il semble que j'ai bien compris le phénomène
On a de l'eau qui cède une partie de son énergie à une autre partie de l'eau because la pression est à pression atmosphérique constante (donc la pression n'est pas saturante <-je sais pas si on dit comme ça)

Alors au fur et à mesure une partie de l'eau devient vapeur jusqu'à atteindre le zéro degré puisque qui dit perte d'énergie, dit perte de température (u=CT)

Je pensais que j'avais pas besoin de mettre l'énoncé en entier pour que l'on puisse m'aider (erratum ...)

On donne la chaleur latente de fusion de l'eau lf=335 kJ/kg et la chaleur latente de vaporasation de l'eau lv=3334-2.9T kJ/kg où T est la température exprimée en kelvin. La capacité thermique de l'eau c=4.18 unité habituelle

1) -Exprimer qualitativement pourquoi la température de l'eau diminue
Bon ça c'est ok
-Trouver la masse d'eau liquide restante lorsqu'elle commence à se solidifier à T1=273.16K

L'auteur écrit (m0-m)lv+mc(T-Ti)=0 (bilan entropique)

Ce qui me gène c'est que en écrivant cela j'ai l'impression qu' on considère que toute l'eau s'est vaporisée d'un coup.
Cependant à chaque instant, une partie de l'eau se vaporise, mais aussi une partie de l'eau destinée à se vaporiser, voit sa température baisser. De plus la chaleur latente de vaporisation de l'eau dépend de la température, donc que l'on soit à 90° ou 10° ce n'est plus la même chose. Bref on néglige l'énergie utilisée pour abaisser la température de l'eau qui deviendra vapeur par la suite. (moi je veux bien négliger mais
1) pour négliger une grandeur il faut avoir démontré qu'elle est négligeable
2) Il est bien de préciser ce que l'on néglige)

Pour lui vaporiser une partie de l'eau revient à utiliser (m-m0)lv où m est la masse restante d'eau.

J'aurais plutôt tendance à écrire:
(m-dm)cdT+dmlv=0 ce qui me donne du dm/m=quelque chose, et hop une petite intégrale en ln

Où est mon erreur ?

cordialement,

Fred

[inviteb98378b3]

Bonjour,

petites précisions :

Ti est la température initiale
chaleur latente de vaporasation de l'eau lv=3334-2.9*T [en kJ/kg] (il faut lire l indice v)

lf=335 kJ/kg (il faut lire l indice f)

(m0-m1)*lv+m1*c(T1-Ti)=0
On note m1 la masse d'eau liquide restante à la température T1
m0 (m petit indice 0) n'étant pas définie par l'auteur j'imagine qu'il s'agit de la masse d'eau initiale

et

(m-dm)*c*dT+dm*lv=0

Je me mets à TEX rapidement, c'est promis
J'espère avoir rendu les choses plus lisible

Fred

[chwebij]

Bonjour,

Il semble que j'ai bien compris le phénomène
On a de l'eau qui cède une partie de son énergie à une autre partie de l'eau because la pression est à pression atmosphérique constante (donc la pression n'est pas saturante <-je sais pas si on dit comme ça)


Fred

il semble hélas que tout ne soit pas compris.
La pression de la vapeur n'est pas égale à la pression atmosphérique.
Dans l'air, il y a plusieurs constituants, dont les majeurs: l'azote (dans les 80%) et du dioxygène (dans les 20%). A côté de ça, tu as aussi de la vapeur et d'autres gaz.
La pression atmosphérique est égale à la somme partielle de chaque constituant, c'est à dire
donc la pression partielle de vapeur n'est pas la pression atmosphérique. Elle est plus petite dans l'air (sinon c'est plus de l'air mais 100% de vapeur). Pour calculer la pression partielle de vapeur, on a la relation où y est la fraction molaire de vapeur dans l'air, c'est à dire le rapport entre le nombre de molécules de vapeur sur le nombre total de molécules dans l'air pour un volume donné. est forcément inférieur à 1.
donc si tu enlèves au fur et à mesure la vapeur produite, tu gardes très petit, ce qui maintient la pression de vapeur basse et donc aussi la température d'ébullition. donc tu peux évaporer ton liquide en continu.