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Niveau maths sup
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Thermodynamique

Posté par
tanb56
28-05-23 à 16:26

Bonjour à tous !
Notre professeur nous a donné en exercice d'entraînement le sujet de Physique 1 de Centrale 2022, et je bloque sur certains points ^^'.
Voici l'énoncé :

On s'intéresse au fonctionnement d'une cocotte-minute, ustensile permettant la cuisson rapide des aliments, afin d'identifier ensuite les différences avec un autoclave.

L'auto cuiseur est constitué d'un cylindre rigide fermé par un couvercle, celui-ci étant muni d'une soupape d'échappement. De l'eau liquide est introduite dans l'auto cuiseur, l'air étant à une température de T_{0}=293K et à une pression P_{0}=1 bar. On ferme la cocotte-minute et on met à chauffer l'ensemble.
La soupape commence à se soulever lorsque la différence de  pression totale entre l'extérieur et l'intérieur est de 0,69 bar (on appelle \Delta Pcette différence. Quand elle se soulève pour la première fois la température est de T_{1}=85 °C. L'autoclave contient alors un mélange d'air et de vapeur d'eau, assimilés à des gaz parfaits.

1. Déterminer alors la valeur de la pression partielle de l'air P_{1} correspondante. En déduire la valeur de la pression partielle de la vapeur d'eau. On considère que la pression de la vapeur d'eau dans la cocotte est nulle au début du chauffage.

J'ai donc commencé par écrire l'équation des gaz parfaits pour l'air dans l'état initial : P_{0}V_{0}=nRT_{0} et comme on travaille avec des gaz parfaits -> V_{0}=\frac{RT_{0}}{P_{0}}=\frac{8,314*293}{10^{5}}=0,024 m^{3}
De même que dans l'état initial, la pression partielle de l'air est égale à la pression initiale : P_{1,air} = P_{0} = 1 bar.
On sait que La pression totale dans la cocotte est la somme des pressions partielles de l'air (P_{1}) et de la vapeur d'eau (P_{vapeur}). Donc P_{totale} = P_{1} + P{vapeur}. J'ai donc utilisé la loi des gaz parfaits pour l'air : P_{1} * V_{0} = n * R * T_{1}. Ce qui m'a donné P_{1}=129 010 Pa = 1,29 bar. Mais je ne sais pas trop comment calculer P_{vapeur}...

Posté par
vanoise
re : Thermodynamique 28-05-23 à 17:17

Bonjour
Je me demande si tu n'as pas commis d'arrondis dans les calculs.Il faut bien sûr arrondir les résultats demandés en fonction de la précision des données mais conserver sans arrondir les résultats intermédiaires. Sinon, les arrondis successifs finissent par conduire à des erreurs non négligeables.
Concernant la pression partielle de l'air, il faut supposer que le volume d'air au-dessus du liquide est très faible par rapport au volume de liquide. Ainsi, la très petite quantité de vapeur d'eau formée lors de l'échauffement de 20°C à 85°C ne fait pratiquement pas varier le volume de la phase gazeuse. La loi des gaz parfaits appliquée à l'air conduit à :

P_{1}=P_{o}\cdot\dfrac{T_{1}}{T_{o}}=\dfrac{358}{293}\approx1,22bar

Cette situation correspond à la mise en rotation de la soupape donc à une pression totale :

P_{totale}=P_{o}+\Delta P=1,69bar

Or, comme tu l'as écrit :

P_{totale}=P_{1}+P_{vapeur}

Posté par
tanb56
re : Thermodynamique 29-05-23 à 09:50

Merci beaucoup pour ces renseignements !



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