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Thermodynamique principe de la cocotte minute



  1. #1
    fishnormal

    Thermodynamique principe de la cocotte minute


    ------

    Bonsoir, j'ai lu dans un bouquin que si on chauffait un récipient fermé d'eau (on laisse de l'air entre la parois et l'eau), la température ne cesserait d'augmenter. Ceci serait dû au fait que la pression de vapeur saturante n'atteint jamais la pression totale exercée sur l'eau (pression partielle de l'air dans le récipient + pression atmosphérique ). Pourtant, la pression de vapeur saturante augmente plus vite que la pression partiel de l'air. Il y a donc bien une température pour laquelle l'eau va bouillir et donc la température se stabiliser, non ?

    Merci

    -----

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  3. #2
    tarninou

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    ça risque pas d'exploser plutôt ?
    C'est l'histoire d'un têtard qui croyait qu'il était tôt alors qu'en fait il était tard.

  4. #3
    fishnormal

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    Bien sur puisque la pression augmente, mais imaginons que le récipient résiste. Ma question est plus d'ordre théorique que pratique en effet...

  5. #4
    phuphus

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    Bonjour fishnormal,

    quelle est la référence du bouquin ? L'équilibre entre phase liquide et phase gazeuse ne dépend que de la température et de la pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans l'air au dessus.

    La pression de vapeur saturante augmentant avec la température, au fur et à mesure du chauffage l'air au dessus va contenir une quantité d'eau de plus en plus grande (et si le chauffage est lent, donc si on laisse la pression partielle de vapeur s'équilibrer à chaque instant avec la pression de vapeur saturante, le taux d'humidité relative va constamment rester à 100%, et l'on ne fera qu'augmenter progressivement la solubilité de l'eau dans l'air).

    Ce que voulait peut-être dire le bouquin, c'est qu'avec une vitesse de chauffage raisonnable, on n'a jamais de réelle ébullition/vaporisation mais plutôt une évaporation. Mais tu as raison, si à un moment la pression de vapeur saturante dépasse la pression totale du gaz il y a ébullition.

    Par contre, ce que je ne sais pas, c'est s'il existe un point critique en présence d'air, c'est à dire si au bout d'un moment il n'y a plus de distinction entre les phases liquide et gazeuse.

    Indépendamment de ces changements de phase, si ton réservoir est calorifugé et que la vapeur est confinée, tant que tu apportes de la chaleur la température augmente. Seule une évacuation de cette chaleur vers l'extérieur permettrait d'atteindre une température d'équilibre, pour laquelle la quantité de chaleur évacuée serait égale à la quantité de chaleur apportée.
    Dernière modification par phuphus ; 19/12/2011 à 21h39.

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

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    tant que tu apportes de la chaleur la température augmente
    C'est vrai uniquement quand le corps est monophasique non ?

  8. #6
    phuphus

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    Bonsoir fishnormal,

    si je ne m'abuse (mes cours de thermo sont loin), un changement d'état isochore (c'est le cas de l'exemple que tu décris) n'est ni isobare ni isotherme. Ce que j'ai par contre du mal à appréhender, c'est une éventuelle influence de l'air, par exemple l'augmentation de sa solubilité dans l'eau liquide lorsque la température monte, ou encore le caractère réellement isochore du changement d'état de l'eau sachant que l'air est compressible.
    Dernière modification par phuphus ; 24/12/2011 à 22h40.

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  10. #7
    fishnormal

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    Bonsoir Phuphus, c'est peut être plus clair sur le graphe de cette page internet : http://climatisationetchauffage.blog...-physique.html

  11. #8
    phuphus

    Re : Thermodynamique principe de la cocotte minute

    Bonsoir fishnormal,

    le lien que tu donnes présente une courbe faite dans des conditions très différentes de ce que décrit ton bouquin. En effet, sur le graphe de ton dernier lien, implicitement :
    - on suppose les transformations quasi-statiques
    - il n'y a aucune contrainte sur le volume, et chaque phase peut évoluer dans un volume supposé infini

    Imagine par exemple que tu chauffes dans une casserole un pain de glace. A l'origine, la température ne s'homogénéise que par convection, et la glace n'est pas un conducteur thermique parfait. Donc déjà là, des parties de glace vont fondre alors que d'autres sont encore bien en dessous de la température de fonte. Ensuite, dès que le volume d'eau est suffisant pour que la glace flotte, la fonte n'est plus assurée que par des mouvements de convection entre l'eau chauffée et la glace flottante, et si le chauffage est "rapide" il y a bien apparition d'un gradient thermique non négligeable entre l'eau au fond de ta casserole et l'eau en contact avec la glace. Seul un chauffage lent, permettant à l'eau et à la glace de s'équilibrer en température à tout instant (transformation quasi-statique) permet d'obtenir le tronçon A-C de la courbe.

    Pour revenir à ton problème initial, il ne faut pas oublier que le volume est fixe : tu as affaire à une transformation isochore (attention à ne pas oublier la présence de l'air dans le volume total !). Pour un corps pur (donc sans l'air...), un changement d'état isochore ne peut pas se faire à température et à pression constante. Pour la pression, c'est immédiat, il suffit de considérer une verticale dans le diagramme P-v. Pour la température, il faut déterminer l'équation d'une isochore dans le diagramme T-s, on se rend compte que T n'est pas constante. Les graphes à considérer sont donc ceux présents en bas de page dans ce document, et non pas celui de ton lien :

    http://alainrobichon.free.fr/cours/P...dynamiques.pdf

    Pour expliquer cela de manière un peu plus sensible : imagine que la température soit telle que la pression de vapeur saturante est devenue plus élevée que la pression totale régnant dans le récipient. Tu as ébullition, et la fraction d'eau liquide transformée en vapeur vient s'ajouter au gaz déjà présent dans le récipient. La pression de cette phase gazeuse ne peut donc qu'augmenter, et avec elle la température.

    Si l'eau était à l'air libre plutôt que dans un récipient confiné, on pourrait négliger l'augmentation de pression dans l'atmosphère, et supposer que toute fraction de l'eau liquide chauffée alors qu'elle était déjà à 100°C se transforme en vapeur : on se retrouverait dans les conditions d'un changement d'état à température et pression constante. Mais ce n'est pas ce que décrit ton bouquin.

    Là où ton bouquin se trompe, c'est qu'en effet la pression de vapeur saturante va très certainement dépasser à un moment la pression régnant au sein du liquide, et l'on aura ébullition. Voir par exemple le point A/ ici :

    http://fr.wikipedia.org/wiki/Pressio...rps_pur_gazeux

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