THERMODYNAMIQUE :qlq questions sur les machines thermiques

[itslunyitsluny]

Bonjour tout le monde,
svp j ai qlq questions en ce qui concerne la thermo et plus précisément les machines thermiques et le changement d'etat.
D'ailleurs,pourquoi on s'interesse aux grandeurs massiques au lieu des grandeurs normales (entropie massqiue au lieu de l entropie par ex) dans l'etude d'une machine thermique dont le fluide caloporteur subit un changement d'etat?pourquoi on represente la pression en fonction du volume massique et non pas en fonction du volume comme on l a fait dans le premier cours(machines thermiques sans changement d'etat)?est ce que les machines thermiques qu on a etudié dans le premier cours (sans changement d'etat) sont des machines dont la temperature du fluide caloporteur depasse la temperature critique(equilibre liquide vapeur )c est pour ca on obtient une allure hyperbolique pour une isotherme contrairement à une isotherme d'Andrews qui est plus compliquée?est ce que ces machines thermique (avec changement d'etat) sont des systemes ouverts ou fermés(pour moi je crois que ce sont des systemes fermés si on parle du fluide en entier mais si on parle uniquement de la vapeur par exemple on aura un systeme ouvert car la vapeur echange de la matiere avec la phase liquide pendant le palier de changement d'etat)?.Je crois que j'ai posé pas mal de questions,j'en ai d autres mais on les garde pour après xD.Merci d'avance.
-----

[gts2]

Pourquoi on s'interesse aux grandeurs massiques au lieu des grandeurs normales (entropie massique au lieu de l entropie par ex) dans l'etude d'une machine thermique dont le fluide caloporteur subit un changement d'état ?Pourquoi on représente la pression en fonction du volume massique ?

Cela n'est pas lié au changement d'état mais à la structure de la machine : un système piston-cylindre est un système fermé, on peut donc définir sans problème l'énergie du système. Dans un système avec différentes composantes dans lequel le fluide passe de l'un à l'autre (mais cela peut-être un réacteur, une turbine à gaz), il est plus simple de raisonner sur une masse unité qui passe de l'un à l'autre.

est ce que les machines thermiques qu on a etudié dans le premier cours (sans changement d'état) sont des machines dont la temperature du fluide caloporteur dépasse la temperature critique(equilibre liquide vapeur )c est pour ca on obtient une allure hyperbolique pour une isotherme contrairement à une isotherme d'Andrews qui est plus compliquée ?

Là aussi aucun rapport.

Est ce que ces machines thermique (avec changement d'état) sont des systèmes ouverts ou fermés (pour moi je crois que ce sont des systèmes fermés si on parle du fluide en entier mais si on parle uniquement de la vapeur par exemple on aura un système ouvert car la vapeur échange de la matière avec la phase liquide pendant le palier de changement d'état) ?

Globalement, ce sont des systèmes fermés, mais l'étude globale est infaisable puisque le fluide n'est pas dans le même état partout.
Si on découpe en composants, les composants eux sont ouverts.

Un mélange liquide-vapeur dans un système cylindre-piston est un système fermé. Un mélange liquide-vapeur dans un condenseur est un système ouvert. Là aussi il n'y a pas de lien ouvert/fermé vs. changement de phase

[itslunyitsluny]

Merci pour votre commentaire,sinon, meme pour le premier cours on a etudié les pompes à chaleurs,normalement dans une pompe à chaleur on a un ecoulement du fluide et donc le systeme doit etre consideré ouvert (comme le cas de la detente de Joule Thomson on doit a chaque fois definir le volume de control puis on applique le 1er principe )pourtant on applique le premier principe d'un systeme fermé sur le fluide.Mais pour une pompe à chaleur avec changement d'etat on n utlise que le premier principe industriel et on a jamais utilisé l energie interne.Ca me parait un petit peu flou est ce que vous pouvez me dire tout simplement les points communs entre les systemes qu on etudié dans le premier cours et les systemes qu'on vient d'etudier(avec chgt d etat),quelles sont les relations qui restent valables dans les deux cas et quelles sont les differences à prendre en consideration?

[gts2]

Là la différence est peut-être d'un autre style :
- d'un côté une vision "de loin" : on ne regarde pas ce qui se passe à l'intérieur mais uniquement les échanges avec l'extérieur et dans ce cas qu'il y ait changement de phase ou non, cela ne change rien. Votre U est juste un intermédiaire (la seule chose donc vous ayez besoin est \Delta U=0), donc on n'a pas besoin de U du fluide. La pompe à chaleur est globalement fermée.
- de l'autre côté vision détaillée et là chaque composant est ouvert ce qui impose l'utilisation de H à la place de U.

Est-ce bien cela la différence ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[itslunyitsluny]

si j'ai bien compris,vous voulez dire que dans le premier cas on ne s'interesse pas au changements d etat qui se passent à l'interieur de la pompe,on s'interesse uniquement au fait que le fluide subit une transformation isotherme puis une autre isobare etc... mais dans le 2 eme cas on s'interesse à l etat du fluide dans chaque composante ce qui rend le systeme ouvert...et donc ai je le droit d'utiliser par exemple les identités thermodynamiques qu'on a etudié dans le premier cours pour des machines avec chgt d etat?est ce que je peux parler d'energie interne dans ce cas ou je dois forcement parler de l 'energie interne massique plutot,mm chose pour les autres grandeurs?,sinon merci bcp pour l ineteret gts2 c est gentil de votre part.

[gts2]

Non, il y a deux niveaux pour commencer :

- ce que s'appelle des machines abstraites : on ne se préoccupe absolument pas de ce qui se passe à l'intérieur (changement d'état ou non, isobare on non, isotherme ou non ...), la seule chose que l'on demande au système (dans son entier) est d'être fermé et en fonctionnement cyclique de manière à pouvoir écrire \Delta U= 0 et \Delta S=0
- les machines pour lesquelles on s'intéresse à ce qui se passe à l'intérieur et là distinction
-- cylindre-piston : système fermé donc utilisation de \Delta U sur chaque étape
-- composant en cascade : chaque composant est ouvert donc utilisation de l'enthalpie massique h

De quelle identité parlez-vous ? Si c'est dU=T dS - P dV, non à cause du changement d'état : vous avez une variable supplémentaire fraction molaire vapeur. Sinon de quelle identité parlez-vous ?

[itslunyitsluny]

oui je parle de ces identités , celle que tu as dit et les autres comme celles de l energie libre ,l'enthalpie et l'enthalpie libre.sinon,ce que je peux comprendre de tout ca c est que lorsqu on etudie un systeme complexe on ne peut pas utiliser l energie interne mais plutot l enthalpie massique car il s agit d un systeme ouvert.
pour l identité que vous venez de citer,ai je le droit de dire que U=Uv+Ul donc dU=dUv + dUl et puis je developpe,dans ce cas je crois que les deux phases ont meme pression et temperature(pression et temperature de saturation) donc dU=Td(Sl)+Td(Sv)-(Pd(Vl)+Pd(Vv))=TdS-PdV?
les indices v et l signifient resp la vapeur et le liquide

[gts2]

c'est que lorsqu'on étudie un systeme complexe on ne peut pas utiliser l'énergie interne mais plutot l'enthalpie massique car il s agit d un systeme ouvert.

Si complexe veut dire constitué de plusieurs composants entre lesquels circulent le fluide, oui.

pour l'identité que vous venez de citer, ai je le droit de dire que U=Uv+Ul donc dU=dUv + dUl et puis je développe, dans ce cas je crois que les deux phases ont meme pression et temperature (pression et temperature de saturation) donc dU=Td(Sl)+Td(Sv)-(Pd(Vl)+Pd(Vv))=TdS-PdV ?

Oui mais cela suppose que chacun des sous-systèmes est fermé et que donc il ne peut y avoir changement d'état ce qui limite sérieusement l'intérêt de l'opération.

[gts2]

Remarque : pour un système à l'équilibre, le terme supplémentaire est nul, donc au vu de vos hypothèses, vous pouvez écrire dU=T dS - P dV.