Froid Evaporatif

[Casper75]

Bonjour,
Je ne comprend pas comment l'évaporation sans pression peut créer du froid.
Contrairement à :

-Un fluide mis sous pression, sa température augmente quand le volume diminue sous contrainte, on évacue de la chaleur par un point A, l'énergie interne diminue. Puis on fait se détendre le fluide à un point B ou la température chute plus bas qu'initialement,

-Dans une machine à vapeur, on rechauffe l'eau. Il en résulte une augmentation de la temperature, pression et volume. Une resistance à l'augmentation du volume créé un travail mécanique. L'énergie dissipé sous forme de travail mécanique de traduit par une baisse d'énergie interne ? Et donc de la température quand l'eau à condensé ?

Mais si de l'eau s'évapore sans pression, sans que rien ne résiste à sa prise de volume, alors pourquoi il ne s'établie pas une simple moyenne entre la temperature de la vapeur condensé et celle de l'air ambiant ?
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[Sethy]

En fait, c'est plus simple que cela.

L'air peut contenir un peu de vapeur d'eau, c'est une relation complexe, qui dépend de la t° mais tant que l'humidité relative n'atteint pas 100% (en d'autres termes, que l'air n'est pas saturée en eau), l'eau liquide en contact de cet air va se vaporiser.

Tout comme la glace a besoin de chaleur pour fondre, l'eau a besoin de (beaucoup de) chaleur pour passer à l'état gazeux. C'est d'ailleurs pour cela que la température d'ébullition de l'eau est si élevée (en comparaison, H2S et H2Se qui sont plus "lourds" que l'eau sont des gaz à p et t° ambiante).

Donc, lorsque l'eau s'évapore, même si c'est en deçà de 100°C, elle emporte avec elle les calories nécessaires à cette évaporation. Et ces calories, elles les prend la où elle peut, c'est à dire dans son milieu ambiant, qui donc se refroidit.

C'est pour ça, qu'après avoir bien transpiré, si on est exposé au vent, on a une sensation de froid. Et c'est d'ailleurs "le but" de la transpiration.

[Casper75]

Sauf qu'on transpire à 37 degré dans un air à mettons 20 degré. Dans ce cas c'est l'eau qui devrait réchauffer l'air. Donc c'est la réaction qui créé le froid, et non pas la chaleur absorbé pour créer la réaction.
Contrairement à un verre d'eau froide qui absorbe de la chaleur de l'air ambiant pour s'évaporer.

C'est deux situations inverses

[Casper75]

Quand le corps ruisselant dissipe des calories ont dit qu'il créé du froid.
Quand un verre d'eau absorbe des calorie pour s'évaporer on dit qu'il créé du froid.


En plus quel rapport entre la chaleur absorbé par un fluide et son évaporation, qui n'est pas une condition nécessaire ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Casper75]

AH ok desolé je répond trop vite.
C'est la réaction elle même qui "coute de l'énergie" calorifique alors.
On transmet des calorie à de l'eau qui va s'évaporer au lieu de chauffer.
merci

[Casper75]

Désolé je flood avec 5 messages d'affilés, mais je ne comprend pas la chaleur latente d'évaporation.
Si je mouille un thermomètre et que le vent souffle dessus, ça va tomber en dessous de la temperature ambiante.

Alors je ne comprend plus.
C'est bien l'eau qui a refroidit, et non pas l'air au contact de l'eau "en transmettant sa chaleur".
Transmettre la chaleur à l'eau voudrait dire réchauffer l'eau, même si une partie de cette chaleur était dissipé sous forme de réaction chimique avec l'évaporation.
Comment ça peut dissiper plus de chaleur que la différence de température lui permet d'absorber ?

[Casper75]

"Puiser de la chaleur pour s'évaporer" est l'explication la moins satisfaisante au monde pour expliquer la création de froid.

Littéralement c'est comme si je disais que qu'allumer une cigarette congelait mon briquet puisque ça puisait sa chaleur.
Ou dire que je vide un verre d'eau pour le remplir. Et oui, puisqu'en le vidant on le fait déborder.
Ou dire que le frein de ma voiture dissipe tellement d'énergie qu'il me fait reculer.

Non vraiment j'arrive pas à comprendre la logique

[Sethy]

Prend l'exemple de l'ébullition.

Les molécules d'eau s'attirent l'une l'autre. Pour briser cette cohésion, il faut fournir de l'énergie, ce qui va augmenter le mouvement des atomes et des molécules. C'est ce qui se passe quand on met une casserole "sur le feu".

Arrivé à 100°C, le surplus de chaleur apporté va permettre à certaines molécules de s'arracher au liquide. Ces molécules emportent avec elles suffisamment d'énergie pour rester à l'état gazeux. La température reste constante (100°C) et toute calorie apportée à la casserole va apporter (si on omet les pertes de chaleur) l'énergie nécessaire à un certain nombre de molécule d'eau pour passer en phase gazeuse.

Donc, on peut dire d'une certaine manière que l'ébullition "refroidi" l'eau puisqu'elle l'empêche de dépasser 100°C alors qu'on continue de chauffer (la t° de la flamme bleue, c'est plusieurs centaines de degrés.

[Casper75]

Ok, l'eau cesse de monter en température à 100 degré ok. Ça ne chauffe pas plus.
Sauf qu'avec l'évaporation ça refroidit, ça ne se contente pas de plafonner à une température.
C'est la grosse différence que j'ai du mal a comprendre.

Je lis que les molécules les plus agités sont celle qui s'échappent du liquide en premier.
Alors la chaleur aurait le double rôle de réchauffer les molécules d'eau et de diminuer l'entropie ? Ce qui coute de l'énergie, puisque le Démon de Maxwell n'existe pas.

[azizovsky]

Littéralement c'est comme si je disais que qu'allumer une cigarette congelait mon briquet puisque ça puisait sa chaleur.

je crois que tu n'a jamais vu ceux qui placent le roofing sur les toitures plates, ils sont obligés de réchauffer la bouteille à gaz dès que le givre comment à apparaître ....

[azizovsky]

je crois que tu n'a jamais vu ceux qui placent le roofing sur les toitures plates, ils sont obligés de réchauffer la bouteille à gaz dès que le givre comment à apparaître ....

c'est la principe de fonctionnement d'un réfrigérateur, au lieu de brûler le gaz ( inflammable dans ce cas) , il est récupéré, puis compresser (compresseur ), et condenser (condenseur), et remet dans la bouteille : enceinte pour créer le froid ...

[flyylf]

La vaporisation est un phénomène endothermique. Pour qu’un système passe d’un état liquide à gazeux, il faut apporter de l’énergie au système.
Pour une flaque d’eau, tant que le taux d’humidité de l’air est inférieur à 100% , celle-ci s’évapore. L’énergie nécessaire à cette évaporation est celle satisfaisante à la chaleur de l’eau. La flaque se refroidit. (A l’inverse la condensation est un phénomène exothermique).

C'est bien l'eau qui a refroidit, et non pas l'air au contact de l'eau "en transmettant sa chaleur".

La vaporisation est un changement d’état ; à ne pas confondre avec la convection thermique (si je ne me trompe pas), il s’agit d’un tout autre phénomène. Si l’air a une température plus élevé que l’eau alors on a un échange thermique qui se produit.

[Sethy]

Ok, l'eau cesse de monter en température à 100 degré ok. Ça ne chauffe pas plus.
Sauf qu'avec l'évaporation ça refroidit, ça ne se contente pas de plafonner à une température.
C'est la grosse différence que j'ai du mal a comprendre.

Je lis que les molécules les plus agités sont celle qui s'échappent du liquide en premier.
Alors la chaleur aurait le double rôle de réchauffer les molécules d'eau et de diminuer l'entropie ? Ce qui coute de l'énergie, puisque le Démon de Maxwell n'existe pas.

Une chose à la fois, ne complique pas avec l'entropie, tant que le phénomène d'évaporation n'est bien maitrisé.

Chaque gramme d'eau à besoin de 2300 Joules pour passer à l'état gazeux. Imaginons que le feu sur lequel est la casserole qui bout apporte 2300 Joules / secondes (2300 Watts). Dans ce cas, si l'eau est à 100°C, 1 g d'eau va passer à l'état gazeux à chaque seconde.

Si on coupe le feu, l'eau va continuer à s'évaporer. Mais il faudra toujours 2300 Joules par gramme d'eau qui se sera évaporé.

Où peut-elle aller les chercher ? Dans la chaleur contenue dans l'eau chaude. Tu connais probablement la formule Q = c.m.∆T.

Pour le premier gramme qui s'évapore, si on imagine qu'il y 1 litre d'eau, soit 1 kg, le ∆T = Q/(c*m) = 2300/(4184 * 1) = 0,55°C

Donc la température des 999 g d'eau n'est plus que de 99,45°C. Et ainsi de suite jusqu'à atteindre les 20°C et "en gros", 145 g d'eau se seront évaporées car m = Q/(c.∆T).

Par la suite, si la casserole est bien isolée thermiquement, chaque g d'eau perdue par évaporation va continuer à refroidir la casserole d'environ 1/2°C (car évidemment, il n'y a plus que 855 g d'eau).

[Casper75]

Ok, je comprend ce que tu décris, un changement d'état consomme de l'énergie. L'évaporation consomme des calories, et la température pourrait descendre en dessous de 20 degrés si la casserole était isolé thermiquement, feu éteint. Mais quelque chose reste très perturbant.


On a des grappes de molécule plus chaudes qui suce l'énergie de molécules plus froides pour s'évaporer (contraire à l'écoulement naturel )
Forcement puisque les molécules qui restent dans la casserole sont plus froide que celle qui s'échappent.

Ou alors il faut voir ça comme un tri, les molécules les plus agités s'échappent les premières, en faisant baisser la moyenne d'agitation (température).

[Casper75]

La vaporisation est un phénomène endothermique. (A l’inverse la condensation est un phénomène exothermique).

Alors est-ce qu'on pourrait créer un chauffage par condensation ?
Un chaud condensatif

[azizovsky]

Il faut faire la différence entre la chaleur sensible et la chaleur de transformation de phase (chaleur latente de fusion ou de solidification, de vaporisation ou de condensation), dans l'exemple de la bouteille de gaz, le refroidissement de la bouteille( liquide) se fait grâce à la chaleur latente de vaporisation, cette chaleur est prise au liquide, ce qui provoque son refroidissement, et vis versa pour la condensation (chaudière à condensation ...)

[azizovsky]

Pour être dans le 'réel', la 'grille tubulaire' noire derrière chaque réfrigérateur est toujours chaude quand t'il fonctionne, c'est le condenseur , et chaque fois qu'il y'a le froid quelque part, il y'a du chaud dans une autre part....

[Sethy]

Alors est-ce qu'on pourrait créer un chauffage par condensation ?
Un chaud condensatif

Bien sûr !

C'est le principe même de la cuisson à la vapeur. On place les aliments à cuire dans un panier au dessus d'eau portée à ébullition. La vapeur d'eau cuit ou réchauffe le plat, avec l'avantage que celui-ci ne pourra jamais dépasser 100°C.

[phys4]

On a des grappes de molécule plus chaudes qui suce l'énergie de molécules plus froides pour s'évaporer (contraire à l'écoulement naturel )
Forcement puisque les molécules qui restent dans la casserole sont plus froide que celle qui s'échappent.

Ce serait choquant, mais ce n'est pas le cas, les molécules qui s'évaporent ne sont pas à une température plus élevée que celles du liquide.
Quand un liquide bout, le liquide est à une température un peu pls élevée que la vapeur : avec l'eau la référence 100°C est prise dans la vapeur qui quitte le liquide et non dans le liquide, qui est un peu au dessus de 100°C.

[Casper75]

Alors c'est sans fin, la chaleur alimente une évaporation qui créé du froid qui créé une condensation qui créé du chaud qui génère une évaporation qui créé du froid qui créé une condensation qui créé du chaud qui génère une évaporation qui créé du froid qui créé une condensation qui créé du chaud

[phys4]

A la surface de l'eau surmontée d'air humide, il y a un échange permanent de molécules entre liquide et vapeur contenue dans l'air.
C'est ce que l'on appelle un équilibre. Tant qu'il n'y a pas de chaleur apportée les deux flux sont égaux.

[azizovsky]

Alors c'est sans fin, la chaleur alimente une évaporation qui créé du froid qui créé une condensation qui créé du chaud qui génère une évaporation qui créé du froid qui créé une condensation qui créé du chaud qui génère une évaporation qui créé du froid qui créé une condensation qui créé du chaud

Quand sa marche pas, il faut commencer par le commencement : une quantité de glace qu'on va chauffer : à t=0, on allume la source de la chaleur , à un certain temps t, on constate qu'une certaine quantité d'eau a apparue, mais sa température reste ~ T=0, la température (sensible) d'eau ne commence à monter que lorsque toute la glace a fondu, or pendant ce temps, il y'a de la chaleur qui était perdue par la la source de chaleur, elle a servit à transformer la glace en eau (chaleur latente), puis c'est les phases liquide vapeur, à une certaine T° par exemple 30 °C (x% de vapeur , le titre* ) , il y'a de la vapeur plus de l'eau, là, il faut tenir compte des conditions de l'expérience : à l'air libre (son humidité, ...,.) ou système 'fermé', dans ce dernier cas, la pression atteint un certain seuil qui correspond à une certaine température et vice-versa (au moins une goûte d'eau dans le système 'la bouteille'): à chaque fois que la température (T) augmente (+), il se produit une évaporation partielle de l'eau (le titre augmente) ou l'inverse ( T (+)--> évaporation, T(-)---> condensation ).
*: http://www.thermodynamique.com/spip.php?article49

[Casper75]

D'accord je comprend très bien vos demonstrations mais on ne créé pas de froid dans vos exemples.
Comment une eau à 10 °C et de l'air à 20 °C peuvent génerer une température de 5 °C ?
On veut une température plus basse que la source froide sinon ça n'es pas vraiment ce que j'appel réfrigérer.

Alors si de l'air à 20°C fait évaporer de l 'eau à 10°C, et l'amène à 5°C en soufflant dessus, ça veux dire que l'eau était "hors équilibre" des phases.
Elle tendait à s'évaporer entièrement, sécher.... Son état de déséquilibre était un potentiel énergétique.
Si je veux créer ce déséquilibre volontairement, il faudra re-condenser de l'eau pour l'amener à l'état liquide.
Il faudrait pour ça autant de froid que le froid qui sera généré en s'évaporant.
Du froid pour créer du froid, et non pas du chaud pour créer du froid.

Donc le froid évaporatif ne peux pas marcher en circuit fermé, mais seulement avec une source d'eau liquide qui sert de "potentiel" évaporatif.
Je me trompe ?

[flyylf]

Donc le froid évaporatif ne peux pas marcher en circuit fermé, mais seulement avec une source d'eau liquide qui sert de "potentiel" évaporatif.
Je me trompe ?

Exact.

Pour produire du froid (ou du chaud), il vous faut une source d'énergie. Une fois cette source d'énergie consommée, vous ne produisez plus rien (ni chaud ni froid).

[Casper75]

Je veux dire l'eau en circuit fermé.
Un frigo fonctionne en circuit fermé, avec un apport d'énergie, la compression.

On ne peut pas imaginer un système semblable basé sur l'évaporation seule. L'eau évaporé est à usage unique ?

[Sethy]

Je veux dire l'eau en circuit fermé.
Un frigo fonctionne en circuit fermé, avec un apport d'énergie, la compression.

On ne peut pas imaginer un système semblable basé sur l'évaporation seule. L'eau évaporé est à usage unique ?

Si on considère la terre comme un circuit fermé, on a bien un cycle, avec un apport d'énergie par le soleil et une perte d'énergie par le rayonnement terrestre.

L'eau des océans s'évapore. Elle se condense dans l'atmosphère. Elle se concentre sous forme de nuage. Elle tombe sous forme de plus et retourne à la mer par les rivières.

[Casper75]

Dans un frigo, l'evaporation seul ne peut pas créer du chaud à partir du froid en circuit fermé.
Les frigos à gaz fonctionnent sur un autre principe :

Bonjour,

Le principe du réfrigérateur à absorption (qui fonctionne avec du gaz) est le suivant :
Certains sels ioniques produisent du froid lorsqu'ils sont mélangés à l'eau : on dit que leur dissolution est exothermique. Inversement, il faut fournir de la chaleur pour évaporer l'eau et retrouver le sel. Le gaz du réfrigérateur sert donc à chauffer le mélange sel-eau pour évaporer l'eau. Ensuite, il suffit de rajouter l'eau pour refroidir. Cela fonctionne bien sûr en circuit (chauffage à l'extérieur du frigo, refroidissement donnant vers l'intérieur).

Sur le même principe, j'ai visité une coopérative agricole à Banyuls (mmhh, le vieux banyuls ) fonctionnant à l'énergie solaire themique. Le gaz est simplement remplacé par l'énergie solaire. C'est génial : plus il fait chaud, plus on a besoin de la clim, et plus la clim fonctionne

Et c'est incroyable, en une phrase dans un thread de 2004, j'ai compris ce que je cherchais depuis une semaine et que wikipedia est incapable d'expliquer simplement.
Le froid d'un frigo à absorption n'as strictement rien à voir avec le froid évaporatif.

[azizovsky]

Dans un frigo, l'evaporation seul ne peut pas créer du chaud à partir du froid en circuit fermé.
Les frigos à gaz fonctionnent sur un autre principe :



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Je n'arrive pas à comprendre ce que tu cherche, en gros, un réfrigérateur = gaz réfrigérant + compresseur + condenseur +détendeur + enceinte à refroidir , mais si tu cherche les manières pour créer le froid , il y'a beaucoup, par exemple, à adsorption, à absorption, magnétique, par l'effet thermo-acoustique, par dilution, ...
on'a fabriqué (trinôme) un canon à neige (de A à Z, théorie +application) quand j'était étudient ....

[Casper75]

Je cherchais a savoir comment l'évaporation créait du froid sans compresseur, et si c'était possible en circuit fermé. Merci de vos réponses j'ai bien compris

Pour créer du froid avec du chaud en circuit fermé, c'est impossible avec l'évaporation seule, le frigo à absorption utilise un tout autre principe pour refroidir avec une source de chaleur. Bien que l'évaporation intervienne, elle sert seulement à distiller.

[azizovsky]

Je cherchais a savoir comment l'évaporation créait du froid sans compresseur, et si c'était possible en circuit fermé. Merci de vos réponses j'ai bien compris

Pour créer du froid avec du chaud en circuit fermé, c'est impossible avec l'évaporation seule, le frigo à absorption utilise un tout autre principe pour refroidir avec une source de chaleur. Bien que l'évaporation intervienne, elle sert seulement à distiller.

J'ai déjà donné l'exemple d'une bouteille à gaz, à une certaine température, la T du liquide = T de vapeur, cette température correspond à un une certaine pression P (c'est par cette méthode que les frigoristes savent que le réfrigérant est contaminé ou non P =f(T),s'il y'a de l'air, la pression va être différente de P du réfrigérant à une certaine température voir loi de Dalton des pression partielles), si on ouvre la vanne de la bouteille, il y'a du gaz qui va s'en échapper, or pour devenir gaz (rompre l'équilibre), il doit puiser la chaleur quelque part, s'il n'y pas de source de source, il va l'absorbé du liquide qui va se refroidir ..., pour un circuit fermé sans compresseur :

Comme dans les réfrigérateurs à compression, c'est l'évaporation d'un liquide à basse température qui absorbe la chaleur du milieu à refroidir. La différence réside dans la façon dont on crée la haute et la basse pression. Pour le réfrigérateur à compression, c’est le compresseur qui crée la haute et la basse pression. Pour le réfrigérateur à absorption, c’est le phénomène d'absorption qui crée la basse pression alors que la haute pression est obtenue par chauffage

https://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A...orption_de_gaz
https://www.energieplus-lesite.be/in...id=11175#c6325