Questions sur la pression des gaz

[rig900]

Bonjour,

J'ai deux questions:

1) si je prends un bocal où il n'y a rien (enfin le moins possible), si je mets de l'eau liquide à l'intérieur (T=20°C, P=1bar), est ce que l'eau s'évapore de suite pour occuper l'espace vide ? Si oui jusque quelle pression ?

2) dans une bouteille d'eau à moitié pleine (T=20°C, P=1bar), les gaz fournissent des chocs à cause de la température. Est ce que l'eau fait de même ? Si oui, pourquoi la pression en bas de la bouteille n'est pas plus élevée puisque les chocs dus à un liquide sont plus nombreux vu que la densité est plus importante ?

Merci
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[LPFR]

Bonjour.
1) Oui. À la pression de vapeur de l'eau à la température du récipient.
2) l'eau fait de même, mais avec une pression équivalente égale à la pression de vapeur de l'eau plus la pression de l'air au dessus plus la pression hydrostatique.
Si vous faites la manip en apesanteur, la dernière contribution disparaît.
À l'équilibre, la pression partielle de la vapeur d'eau dans l'air devient égale à la pression de vapeur et la pression qu'un goute d'eau fait sur la paroi est la même que celle de l'air + la vapeur d'eau.
Au revoir.

[rig900]

merci

1) cela donne une pression importante pour 1bar, et 20°C ?
2) je ne comprends pas la différence entre la pression de l'air et la pression de la vapeur d'eau dans votre explication

[LPFR]

Re.
La pression de vapeur de l'eau à 20°C est (de tête) d'environ 3000 Pa. Soit 3% de la pression atmosphérique.
Dans un récipient avec de l'air saturé en eau mais à la pression atmosphérique, la pression totale est de 10^5 Pa dont 3000 Pa de vapeur d'eau.

Si vous prenez un récipient fermé avec de l'air sec à 10^5 Pa et que vous ajoutez un peu d'eau, l'air se saturera en vapeur d'eau et la pression montera à 103 000 Pa.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[rig900]

re,

Admettons que l'on soit dans l'espace et que l'on place de l'eau dans un récipient, il n'y a pratiquement rien au départ dans le récipient, dans ce cas la pression sera aussi de 103000 Pa ou seulement de 3000 Pa ?

a bientôt

[LPFR]

Re.
Comme je vous ai déjà dit, si c'est un récipient fermé, la pression montera à 3000 Pa (à 20°C).
Si vous êtes dans l'espace intergalactique, l'eau se métra à bouillir, se refroidira, gèlera et continuera à se sublimer et à diminuer de température. Elle se métra en équilibre à la température où la chaleur perdue par l'évaporation se compensera exactement avec la chaleur reçue par rayonnement (soleil, étoiles, etc.).
Vous avez l'exemple avec les comètes: de la glace sale qui se sublime sérieusement uniquement quand ils passent près du soleil.
A+

[rig900]

merci,

Je voulais savoir également s'il est possible de séparer des gaz en les faisant tourner à grande vitesse ? Je me disais que la température du gaz empêcherait peut être le gaz d'être "collé" sur le cercle externe et que finalement à cause de la température tous les gaz seraient quand même mélangés. Bon certes, il faut tourner assez vite, à 20°C cela donne des vitesse de translation de 500m/s (selon le gaz) et il faut donc tourner plus vite que cette vitesse.

[LPFR]

Re.
Oui. On utilise même ce procédé pour la séparation des isotopes d'uranium. Ici, il s'agit du même gaz, mais les masses des molécules sont différentes. On appelle ça des "centrifugeuses". Vous devez avoir entendu parler des centrifugeuses que le iraniens on mit en service pour enrichir l'uranium.
Mais, en dehors de ce type d'enrichissement, je ne pense pas que le procédé soit intéressant. À ma connaissance, on utilise surtout la distillation fractionnée. Et, peut-être dans certains cas, les tamis moléculaires.
A+

[rig900]

Oui, j'ai entendu parlé des centrifugeuses, je pensais plus à un liquide pour l'uranium je savais pas que c'était un gaz...et c'est si difficile que cela de faire tourner un gaz à grande vitesse parce qu'ils ont l'air de galérer depuis le temps ?

Donc avec un seul gaz qui irait à 500m/s en moyenne, il faudrait prendre la vitesse max possible du gaz, celle ci est elle calculable ?

Exemple: si la vitesse max du gaz est de 2000m/s, si je vais à cette vitesse le gaz est plaqué au fond du cercle et au centre il n'y a plus rien ?

[LPFR]

Re.
C'est bien un gaz, mais il est corrosif et radioactif. Et les centrifugeuses doivent être étanches et tourner à haute vitesse (je ne connais pas les valeurs, mais on doit les trouver sur le net). Elles coutent bien plus qu'une centrifugeuse à salade. Et il en faut des milliers car, comme la différence de masse est très faible, l'enrichissement à chaque étape est très petit. Regardez wikipedia.

Je ne comprends pas votre raisonnement avec les vitesses des gaz.
A+

[rig900]

Re,

Pour les gaz, je voulais savoir quelle vitesse de rotation il fallait appliquer pour plaquer un gaz contre la paroi externe du cercle, cela sur un exemple simple, de l'azote à 20°C par ex.

A bientôt

[LPFR]

Re.
Je ne suis pas sur d'avoir compris. Peut-être ce que vous voulez est que la force centrifuge soit suffisante pour créer une pression d'un bar ?
Dans ce cas il faut faire le calcul en tenant compte de la variation de densité avec la pression.
Et de la variation de l'accélération centrifuge avec le rayon.
A+

[rig900]

Bonjour,

1) Un bar je ne sais pas (je ne me rend pas compte), si le gaz est pris en sandwich entre deux cylindres de rayons r1 et r2 (r1<r2), je voulais avoir la vitesse de rotation pour que le gaz ne touche jamais le cylindre de rayon r1. Mais ce n'est peut être pas possible.

2) Si on met en rotation le gaz, est-ce que sa température augmente ? Car on augmente la vitesse du gaz.

Merci

[LPFR]

Bonjour.
"Ne touche jamais" c'est difficile. Mais vous pouvez vous rapprocher d'une situation comme celle de l'atmosphère de la terre, avec une pression de 1 bar ou plus au niveau de R2 et une pression (presque) nulle au centre.

La température c'est une question de repère. Dans le repère du gaz, sa température reste la même. Mais vu du repère immobile, la température augmente.
Au revoir.

[rig900]

Merci bien

Si je veux avoir un ordre de grandeur, comment je peux calculer la vitesse de rotation pour une température, une pression et un gaz donné (ex: Azote, 1 bar, 20°C, rayon R) ? J'ai lu votre message précédent mais j'aurai besoin d'un peu plus de détails svp.

[LPFR]

Re.
Il faut que preniez une colonne "pyramidale" qui va de la périphérie au centre.
On la divise en "rondelles" d'épaisseur 'dr' et de surface S (qui dépend de 'r').
La variation de pression entre le rayon 'r' et 'r + dr' est:

où 'a' est l'accélération centrifuge rw² et rhô la densité du gaz, qui dépend de la pression.
Il faut exprimer rhô en fonction de la pression, passer P à gauche et intégrer entre r1 et r2
A+

[rig900]

Merci

Je reviens sur la température du gaz vue de manière relative. Cela signifie que de "comprimer" le gaz n'augmente pas sa température ? Si c'est le cas alors la compression du gaz ne demande pas plus d'énergie que la mise en rotation d'un objet quelconque de même masse ?

A bientôt

[LPFR]

Re.
Lors d'une compression adiabatique, la température du gaz augmente.
A+

[rig900]

oui en régime adiabatique, donc lors de la mise en rotation du gaz sa température augmente autant que si on l'avait comprimé avec un piston ? Et cela fait consommer de l'énergie pour mettre en compression les gaz, c'est bien cela ?

a bientôt

[LPFR]

Re.
Pour comprimer un gaz il faut toujours fournir de l'énergie que ce soit en adiabatique ou autrement.
Pour faire tourner votre gaz il faut lui fournir l'énergie cinétique qu'il faut. Mais on ne peut pas dire que le gaz chauffe. Un thermomètre qui accompagne le gaz, indique toujours la même température. S'il chauffe c'est du à la compression et non à la vitesse.
Il ne faut pas interpréter de travers ce que je vous ai dit à propos de la température suivant le repère.

Que voulez-vous faire ? Un mobile perpétuel ?
A+

[rig900]

Bonsoir,

J'essaie d'en apprendre un peu plus sur les gaz c'est tout

Pour la température qui "change" selon la pression, c'est parce qu'il y a plus de choc c'est cela (plus de pression = plus de gaz par unité de volume) ? Je pensais que comprimer un gaz (de manière adiabatique) c'était forcément augmenter sa température, c'est pas simple à saisir la thermo

Merci

[obi76]

Non, la quantité de gaz par unité de volume est caractérisé par la masse volumique Tu peux avoir une très grande masse volumique avec beaucoup de molécules qui bougent peu (température faible) => pression faible.
Tu peux avoir l'inverse : peu de molécules mais qui bougent très vite (température élevée) => faible masse volumique mais forte pression

[rig900]

Bonjour,

Alors je ne comprends pas cette phrase:

S'il chauffe c'est du à la compression et non à la vitesse.

et:

Pour comprimer un gaz il faut toujours fournir de l'énergie que ce soit en adiabatique ou autrement.

L'énergie à fournir est celle de l'énergie cinétique du gaz cela je comprends, en plus il faut fournir une énergie pour comprimer le gaz ? Cette energie correspond t-elle à l'énergie qu'il faudrait pour comprimer le gaz avec un piston ?

Merci

[LPFR]

Bonjour.
Quand on comprime un gaz avec un piston, la vitesse des particules augmente (et donc, la température) car dans les chocs avec la paroi du piston qui avance, les particules rebondissent avec une vitesse plus grande que la vitesse d'arrivée.
Si vous comprimez le gaz avec votre manip dans la centrifugeuse, c'est la vitesse vers l'extérieur qu'il faut donner aux particules si les fait chauffer.
Maintenant que j'écris ça, je pense qu'il est possible que les chocs pour leur donner une vitesse circulaire chauffent aussi les particules. Mais je n'ai pas réfléchi à cet aspect et donc, je ne peux pas être affirmatif.

L'énergie d'un gaz parfait ne dépend que de sa température et non de la façon utilisée pour l'augmenter.
Au revoir.

[rig900]

re,

1) Si j'ai bien compris, un thermomètre qui serait à l'intérieur de la centrifugeuse ne verrait jamais la température augmenter car lui aussi aurait une vitesse de rotation. Cela quelque soit l'endroit où il se trouve dans la centrifugeuse ?

2) Mais vu de l'extérieur le gaz possède son énergie de température + l'énergie cinétique qu'on lui fournit pour tourner. Et cela augmente donc sa température vue de l'extérieur. C'est pour cela qu'il se comprime ?

3) L'énergie fournit au gaz est uniquement une énergie cinétique qui correspond à la vitesse du gaz + une énergie cinétique qui est contrecarrée par la mise en compression du gaz ?

Merci

[LPFR]

Re-bonjour.
J'ai l'impression que je m'exprime mal.
Car vous interprétez de travers ce que je dis.
Mais je ne sais pas m'exprimer autrement.
Je renonce.
Au revoir.

[rig900]

Re,

Ok, peut être qu'Obi76 pourra arriver à me faire comprendre.

Merci quand même pour tout

[obi76]

Bonjour,

la température dépend de l'écart type de la fonction de distribution de vitesse. Donc une vitesse moyenne dans un échantillon (du vent, centrifugeuse ou autre) ne changera pas la température théorique.

Votre histoire de centrifugeuse va augmenter la pression en bas de l'éprouvette (là où l'accélération est la plus forte) et la diminuer en haut.

Pour tout le reste, LPFR l'a expliqué comme il fallait et je ne pense pas pouvoir mieux expliquer que ça...

[rig900]

D'accord, le dernier point qui me taraude concerne la consommation d'énergie pour comprimer le gaz (puisqu'il va subir des forces centripètes), est ce que cette énergie vaut l'énergie cinétique ou alors est une énergie supplémentaire qu'il faut fournir et dans ce cas elle vaut quoi ?

Merci pour votre patience