bonjour
on m'a indiqué l'existence de réactions irréversibles adiabatiques. dans le lien un piston était séparé de l'environnement
par une paroi adiabatique. j'aimerais connaitre le fonctionnement de celle ci dans une telle réaction. Celle ci m'avait
été présentée comme un des rares cas ou on a irreversibilité sans intervention de chaleur.
dans wikipedia je lis qu'une compression
irreversible peut etre adiabatique si
le système est isolé du milieu extérieur, par une enceinte adiabatique (par exemple un calorimètre) ;
la transformation est rapide alors que les échanges de chaleur sont très lents.
j'ai déja posé la question du role de l'enceinte
et pour le second cas ?
supposons que je tienne le tube du piston dans la main et qu'il y a une compression tres rapide. pas le temps que de la chaleur ait été émise entre le début et la fin de la compression. Mais apres je peux garder la main dessus? ou bien ca finit par bruler?
adiabatique ou pas et jusque quand?
Dernière modification par alovesupreme ; 01/04/2018 à 22h40.
Je me souviens d'avoir eu cet exercice en prépa il y a tres longtemps. je l'avais trouvé difficile aussi apres la correction j'en avais fait une fiche avec l'enchainement des formules et l'argumentaire associé. les profs ont été efficaces j'ai pu quelque temps apres ressortir tout ca et obtenir une bonne note. le but etait atteint, associer une réponse quasi automatique aux termes compression irreversible adiabatiqe.
comme par le suite je n'ai plus eu a m'en servir il ne m'en a rien resté.
Comme pendant la compression on est hors equilibre la temperature est mal définie je ne sais pas si dS = dQ/T est applicable
a la fin de la course du piston je suppose que le gaz va vers un état d'equilibre. que se passe t il pendant cette phase?
Dernière modification par alovesupreme ; 02/04/2018 à 06h29.
Difficile de répondre à ta question sans une définition correcte de la chaleur.
Donc pour cela voir mon intervention #11 dans http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post6133420
Dans le cas par exemple de la détente d'un gaz dans un piston. une partie thermique (vibratoire donc déstructurée) se transforme grâce à une contrainte mécanique en (énergie structurée (avec une force globale non nulle)) . Ce transfert correspond à un transfert appelé travail mécanique.
Si ceci se passe dans une enceinte adiabatique, la température diminuera (dQ=0) (diminution de l'énergie thermique).L’entropie du gaz n’est pas modifiée: dQ/T=0. Par contre lors de la compression, un travail doit être apporté (force et déplacement). Cette énergie mécanique va servir à augmenter l’énergie thermique du gaz en augmentant sa température.
Si le processus est adiabatique, dQ=0 et l’énergie thermique produite ne modifie pas l’entropie du gaz*: dQ/T=0 . Dans ces conditions une compression suivit d’une détente (cycle) se fait sans transfert d’énergie en dehors du système.
Faut-l encore que le processus soit complètement adiabatique. Donc:
1) les parois de l’enceinte de compression/détente complètement isolées thermiquement
2) Pas de chaleur produite pendant le processus (compression ou détente) dans le gaz proprement dit (flux d’énergie thermique Q=0). Ceci est théorique et correspond à un processus très lent. En pratique on aura toujours des flux de convection thermiques dans le gaz, donc c’est à ce niveau-là qu’il y a apparition d'un dQ>0 qui fait que le processus n’est pas a complètement réversible et donc une augmentation d’entropie a lieu.
Remarque.
Si on veut que la détente se fasse à dT=0, il faut apporter de l'énergie thermique sous forme de chaleur (flux d'énergie thermique) pour garder la température constante (flux d'énergie thermique). Dans ce cas l'entropie du système diminue de dQ/T.
pendant une compression rapide adiabatique irréversible du gaz le laps de temps est trop court pour qu'un échange de chaleur aie lieu.
que se passe t il apres la compression si le piston ne bouge plus (deux cas: parois adiabatiques ou non)?
Le gaz continue a subir pendant un certain temps des mouvements convectif tant que la température n'est pas uniforme : donc chaleur Q (flux d'énergie thermique) qui augmente l'entropie Q/T pendant les mouvements du gaz.Envoyé par alovesupreme
Suite..
Supposons que l’enceinte de compression/détente soit adiabatique, mais en plus du gaz, elle contient une masse solide importante conductrice de la chaleur et en équilibre thermique avec le gaz (cela peut être la surface interne de l’enceinte). Lors de la compression (ultra-rapide), la température du gaz augmente rapidement en transférant sous forme d’énergie thermique le travail nécessaire à la compression. Ensuite un échange sous forme de chaleur s’établit entre le gaz et la masse qui a pour conséquence de refroidir le gaz. Une grosse partie de l’énergie thermique amenée au gaz par la compression n’est plus disponible pour la détente. La chaleur Q échangé avec la masse correspond donc à une augmentation d’entropie Q/T (irréversibilité).
puis je traduire en disant que lors de cette compression irreversible rapide il n'y a adiabaticité que pendant une période donnée,
puis il y a transfert de chaleur soit dans l'environnement soit vers une partie de la paroi adiabatique?
c'était le cas dans le calorimetre contenant de la glace pouvant fondre.
A mon sens oui, pour autant que le gaz soit parfait.
Ne pas oublier:
-Pas d'échange d'énergie calorifique sortant/entrant du système
-PV/T est constant quelle que soit la position du piston.
Si on fait des cycles compression détente, même s'il n'y a pas d'échange avec l'extérieur, la masse interne du calorimètre s'échauffe pour atteinte une température moyenne entre Tmin (après détente) et Tmax (après compression). Même après cet échauffement (en partie irréversible), les échanges convectifs entre la paroi et la masse interne du calorimètre ont pour conséquences de remonter Tmin et de diminuer Tmax (donc irréversibilité).
Si on veut un bilan énergie mécanique nul, il faut que les cycles de compression/détente diminuent avec pour conséquence un rapprochement de plus en plus marqué (amortissement des oscillations mécanique du piston). Par contre si on veut maintenir les variations de volume (pas d'amortissement), il faut apporter de l'énergie mécanique avec pour conséquence une augmentation continuelle des températures (puisque par définition on n'évacue pas d'énergie calorifique hors du système).
On peut dire que Stirling, avec son moteur a trouvé une parade pour contourner le problème de la détente/compression adiabatique (voir #9). Pendant les phases à volume constant (isochore), pour éviter une perte sèche de rendement on canalise le gaz dans un échangeur particulier appelé régénérateur. Les propriétés essentielles de celui-ci étant de se laisser traverser par le gaz en assurant un bon transfert thermique avec les matériaux le constituant, mais aussi ce matériau ne doit pas être conducteur de la chaleur pour éviter un flux thermique entre des températures différentes.
Dans ces conditions quand le flux de gaz passe de la zone chaude à la zone froide, il abandonne son énergie thermique tout le long de la masse du régénérateur. Lorsque le gaz est poussé dans l’autre sens c’est au tour du régénérateur à céder son énergie thermique emmagasinée au gaz. C’est le gradient de température maintenue (matériau isolant) le long du régénérateur qui permet de maintenir le transfert calorifique vers le gaz pendant la phase de récupération.
pour moi ce n'est pas ça la question. On peut avoir une détente ou compression adiabatique irréversible même avec un dispositif idéal parfait qui fait que le gaz n'échange strictement aucune chaleur avec l'extérieur. Le problème est dans l'homogénéité du gaz.
Lorsqu'on fait une détente ou une compression adiabatique réversible, on suppose que la transformation est infiniment lente, de façon à ce qu'à tout moment la température, la pression, la masse volumique, soient homogènes dans tout le volume de gaz. Lorsqu'on a à faire à une transformation réelle, on ne peut pas éviter la formation de gradients transitoires et ce sont ces gradients qui, en se dissipant, sont la source d'entropie.
Un modèle simplifié pour voir un peu ce que ça donne : on considère un volume de gaz dans un récipient adiabatique parfait. On sépare en deux compartiments par une paroi adiabatique et on fait subir à l'un une détente ou une compression adiabatique. On enlève la parois et on laisse le gaz s'équilibrer. On compare avec une détente ou compression adiabatique reversible identique mais sans séparer en deux compartiment.
Le gaz dans le compartiment qu'on comprime ou détend modélise la fraction du gaz qui "à le temps" d'atteindre l'équilibre lors de la compression ou détente adiabatique. Le gaz dans l'autre compartiment modélise la fraction du gaz qui "n'a pas le temps" de suivre ce qui se passe. Il faut ensuite que ces deux fractions s'équilibre. Bien entendu, en réalité il faudrait considéré une infinité de compartiments, chacun plus ou moins comprimé ou détendus.
m@ch3
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Bonjour
Tout à fait d'accord avec le message de mach3. Lors d'une évolution irréversible, les états intermédiaires ne sont pas des états équilibres et le gaz n'est pas homogène. Il n'est donc pas possible, pour chacun de ces états intermédiaires de définir une pression du gaz et une température du gaz ; pas question dans ces conditions bien sûr d'évoquer l'équation d'état des gaz parfaits !
Petite précision de vocabulaire même si ce n'est pas l'essentiel : l'adjectif "adiabatique" qualifie une évolution en absence de transfert thermique (Q=0), pas une paroi. Une paroi parfaitement bien calorifugée interdisant les transferts thermiques (c'est une idéalisation de la réalité bien sûr...) est qualifiée d'athermane, par opposition à une paroi diathermane très bonne conductrice de la chaleur...
Bonjour,
Oui, vous reprenez à juste titre les arguments habituelles que ce sont l’apparition de gradients de température dans le gaz lui même qui occasionne des flux énergétique (chaleur) non réversibles. Dans la pratique, la masse de gaz ajoute son effet à celle de la la masse calorifique du calorimètre. Et pour moi cette dernière masse dans la pratique est la source première cause de l’inhomogénéité, donc de production d’entropie (voir #9). En tout cas cette masse «*parasite*» doit être minimisé dans la zone adiabatique d’un moteur à cycle de Carnot (Stirling modifié).
Qu’en pensez-vous? Je suis intéressé pour la construction d’un petit moteur à air chaud solaire à cycle Carnot.
Le fait est que dans la pratique une transformation adiabatique (réversible ou irréversible) ça n'existe pas. C'est un processus idéalisé. Et il est utile de l'étudier parce qu'on peut approcher ce processus idéalisé par des processus réels (où on se débrouille, techniquement, pour limiter le plus possible les échanges de chaleur avec l'extérieur).Oui, vous reprenez à juste titre les arguments habituelles que ce sont l’apparition de gradients de température dans le gaz lui même qui occasionne des flux énergétique (chaleur) non réversibles. Dans la pratique, la masse de gaz ajoute son effet à celle de la la masse calorifique du calorimètre.
Je pense que tenter d'expliquer une transformation adiabatique irréversible, processus idéalisé et sans aucune instance dans la réalité, par les caractéristiques techniques d'un dispositif qui réalise un processus réel ressemblant, de près ou de loin, à une transformation adiabatique est une erreur. En faisant cela ce n'est pas la transformation adiabatique irréversible idéalisée que l'on décrit, mais la transformation réelle qu'effectue le dispositif, et ce n'est pas la même chose.
m@ch3
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Pas seulement avec l’extérieur…
Si le système est parfaitement adiabatique (pas d’échange avec l’extérieur), la qualité de la transformation va dépendre de l’importance des échanges internes, en particulier avec l’intérieur des parois du conteneur. Et pour moi, cela est à souligner pour le praticien. Par exemple pour la conception de l’enveloppe isolante ( par exemple différence entre un cylindre en verre et un cylindre métallique avec une couche isolante externe.
bon, c'est du pinaillage, mais les parois du conteneur, de mon point de vue, c'est l'extérieur. Si on inclut les parois, en disant qu'on étudie un système gaz+récipient où le gaz se détend ou est comprimé, que le gaz échange avec le récipient mais que le récipient n'échange pas avec l'extérieur, alors il ne s'agit plus "simplement" de la transformation adiabatique d'un gaz (même si on idéalise), mais d'une autre transformation (qui tend vers la transformation adiabatique si la capacité calorifique du récipient tend vers 0), consistant en une compression ou détente non adiabatique couplé avec une chauffe ou un refroidissement de récipient.
m@ch3
Never feed the troll after midnight!
Si vous voulez, mais je peux vous dire que si vous vous coltinez la fabrication d'un moteur à cycle de Carnot vous risquez d'être déçu par ses performances si vous n'envisagez pas l'inertie thermique de la paroi en contact avec le gaz. Pour moi, (mais excusez-moi, je suis d'abord un praticien) c'est un élément essentiel à la bonne performance du moteur. Je pense que les théoriciens n'en ont pas signalé l'importance.
Dernière modification par yvon l ; 19/04/2018 à 15h11.
