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enthalpie de changement de phase

Posté par
dim14
09-02-21 à 16:32

Bonjour, en travaillant sur un exercice de changement de phase d'un corps pur (eau) je ne m'explique pas la présence d'un terme PV dans la correction, je joins ma version et le corrigé
d'avance merci

** image supprimée **
* mmalou > dim14 si tu veux de l'aide, merci de faire l'effort de recopier ton énoncé sur le forum dim14. *
Il existe des règles, elles sont à respecter [***A LIRE AVANT D'AGIR***] Règles du forum

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 16:38

Bonjour
***malou edit***

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 17:33

Bon, il ne faut pas poster d'images
Je recommence donc dans cette encadré:
Bonjour, je suis en train de travailler sur un exercice de thermodynamique de changement de phase, et je ne m'explique pas la présence d'un terme PV dans la question b. Voici l'énnoncé
On place une ampoule contenant m = 0,01 kg d'eau liquide dans une enceinte indéformable de volume V maintenue au contact d'un thermostat à la température T0 = 373 K . Initialement l'enceinte est vide et l'eau dans l'ampoule est à la température T0 et sous une pression initiale P0 égale à la pression de vapeur saturante P0 = f (T0) = 1,0 bar . On assimile la vapeur d'eau à un gaz parfait de masse molaire M = 18 g.mol-1 . On donne l'enthalpie de vaporisation de l'eau à la température T0 : lv = 2,3.103 kJ.kg-1 . On néglige le volume massique de l'eau liquide devant le volume massique de la vapeur d'eau. On donne R = 8,314 J.K-1 .mol-1 .
1.a) Calculer la valeur particulière VC du volume V pour que dans l'état d'équilibre final, l'eau soit à la température T0 et à la pression de vapeur saturante P0 = f (T0) = 1,0 bar , avec un titre en vapeur xVF = 1 .
b) Calculer pour l'évolution  correspondante :
· le transfert thermique Q algébriquement reçu par l'eau ;
. la variation d'entropie de l'eau, l'entropie échangée par l'eau avec le thermostat, l'entropie créée ; conclure.

Voila le travail que j'ai réalisé :

a.Si le titre vapeur est égal à 1, cela signifie que le volume correspond à celui entièrement occupé par un gaz. En assimilant la vapeur d'eau à un gaz parfait on a :
Vc=mRTo/MPo
b.Si le titre vapeur est égal à 1, cela signifie que tout le liquide s'est transformé en gaz et sans élévation de température puisque cela c'est produit à Pet T fixe. De ce fait
dH=δQ+ VdP  soit δQ = dH - VdP=dH soit H=m xv lv


Or dans la correction il est noté H=m xv lv -Po Vc, je ne comprends pas le terme PoVc

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 17:36

A volume fixe :
Q=U , pas H.

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 17:42

Or dans la correction il est noté Q=m xv lv -Po Vc, je ne comprends pas le terme PoVc.
Erreur de copie me semble-t-il...

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 17:56

Je ne pense pas qu'il s'agisse d'une erreur de copie c'est une correction d'un td que j'ai trouvé sur le net avec ces mots clés (thermodynamique, pcsi, van de wiele, série d'exercice25)

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 18:03

Le premier message que tu as écrit comportait en fin de document :
Or dans la correction il est noté Q=m xv lv -Po Vc, je ne comprends pas le terme PoVc
Tu as remplacé dans ta deuxième copie la lettre Q par la lettre H...
Si le corrigé contient bien la lettre Q, je suis d'accord avec ce corrigé et je t'ai fourni la justification à 17h36.

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 18:34

Autant pour moi
Q=m xv lv -Po Vc  est il lié au fait que l'on considère que le volume de l'eau liquide est négligeable devant celui de la vapeur et Q=m xv lv -Po (Vc-Vliquide)=Q=m xv lv -Po Vc
dans cette expression lv est la chaleur latente à volume constant?

Peut on dire également à p=cte  Q=m xv lpv où lpv est la chaleur latente à pression coNstante?

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 19:03

C'est cela. Il faut bien retenir, pour un système fermé :
Q=U à volume fixe (évolution isochore)
Q=H à pression constante (évolution isobare) ou sous pression extérieure constante (évolution monobare).
Revois aussi la définition précise de l'enthalpie massique de vaporisation aussi appelée chaleur latente massique de vaporisation.

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 09-02-21 à 19:06

D'accord je vais revoir les notions indiquées, et je vous remercie de votre aide

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 10-02-21 à 09:15

Bonjour,
J'ai passé une bonne partie de la soirée à revoir ces notions , et j'ai toujours du mal à comprendre la correction de cet exercice. D'après moi, l'énoncé décrit la changement de phase à pression et température constante d'une masse d'eau liquide en vapeur d'eau. La variable qui évolue lors de cette transformation est le volume.
Le transfert thermique est donc par définition m[Hv(To)-Hl(To)]xv = m[Hv(To)-Hl(To)] puisque le titre est égal à 1. Ce transfert thermique, appelé chaleur latente est donc une variation d'enthalpie. on a donc Q=mdH=m lv
si je veux calculer la variation d'énergie interne j'aurais dU=dQ+dW=mlv-Po(Vc-Vinitial) si on suppose le volume d'eau liquide comme négligeable alors dU=mlv-PoVc
D'après la correction je devrai trouver dQ=mlv-PoVc, je cne comprends pas mon erreur...

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 10-02-21 à 11:00

Attention aux notations. Les différentielles ne concernent que des variation élémentaires de fonctions d'état. Une variation finie utilise le symbole "smb]deltamaj[/smb]".
L'énoncé est assez précis : l'eau liquide est introduite dans une enceinte indéformable de volume V fixe. Le liquide se vaporise de façon instantanée (donc irréversible) en occupant la totalité du volume de l'enceinte. On a donc : Q=U.
La chaleur latente massique fournie par l'énoncé fait intervenir une variation d'enthalpie. On commence donc par calculer H.
L'enthalpie est une fonction d'état et on se débrouille expérimentalement pour que la pression finale soit égale à la pression initiale et pour que la température initiale soit égale à la température finale. On peut calculer la variationH en considérant une évolution totalement imaginaire où le changement d'état se produirait de façon réversible, isotherme, isobare. Cela conduit à : H=m.Lv.
Ensuite : tu connais la relation simple pour un état donné du système : U=H-P.V .

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 10-02-21 à 11:19

D'accord, compris,
La Transformation est  isochore et non monobare donc   U=Q
Puisque U est une fonction d'état sa variation ne dépend pas du chemin suivi mais uniquement des états finaux et initiaux :
et U= (H-PV)=(Hfinal - PfinalVfinal)-(Hinitial- PinitialVinitial)
Or Pinitial=Pfinal =Po donc
U=H +Po (Vinitial-Vfinal)
Mais si on considère la transformation comme isochore alors Vinitial= Vfinal et
U=H ??? sauf à considérer vinitial=vliquide<<Venceinte, mais dans ce cas là la transformation n'est plus isochore???

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 10-02-21 à 11:41

Bien réfléchi. J'ai effectivement oublié une précision : on considère comme instant initial l'instant où l'ampoule est cassée, les premières molécules de gaz étant libres de se déplacer dans la totalité de l'enceinte.

Posté par
dim14
re : enthalpie de changement de phase 10-02-21 à 16:20

Merci beaucoup pour votre aide, c'est ce genre d'explication qui change tout
bonne journée

Posté par
vanoise
re : enthalpie de changement de phase 10-02-21 à 18:06

Il y a aussi une autre façon  d'arriver à U=Q.
Tu pars de la relation générale pour un système fermé :
U=Q+W
W représente le travail des forces de pressions extérieures, c'est à dire le travail fourni par les parois mobiles délimitant le système (en général : piston mobile). Or ici : toutes les parois sous fixes, donc W=0 et U=Q.
On néglige bien sûr l'énergie mise en jeux pour ouvrir le robinet de l'ampoule.



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