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Niveau école ingénieur
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[Thermo] Détente de Joule - Gay Lussac

Posté par
Antoine
09-06-18 à 22:50

Bonjour,

J'ai un exercice de thermodynamique sur l'enrichissement d'uranium par effusion de gazeuse avec la détente de Joule - Gay Lussac (schéma ci-joint).

ll est indiqué que :

Citation :
Le diffuseur est constitué de deux compartiments de même volume V et à la température constante T. Le compartiment (1) contient N_{0} molécules de masses m d'un gaz parfait alors que le compartiment (2) est vide. A l'instant t = 0 un très petit orifice de surface S est percé entre les deux compartiments permettant ainsi le passage du gaz entre les compartiments (1) et (2) : c'est le phénomène d'effusion gazeuse.

Afin d'obtenir un ordre de grandeur du phénomène, adoptons le modèle simplifié suivant :

- le trou est petit et l'air se détend lentement en restant au repos. Tout mouvement macroscopique est négligé.

-  N_{1}(t) et  N_{2}(t) représentent le nombre de molécules occupant de manière uniforme respectivement les compartiments (1) et (2).

- les vitesses de toutes les molécules ne sont orientées que selon ± ex , ± ey et ± ez avec une norme égale à la vitesse quadratique moyenne v* = \sqrt{\frac{3k_{B}T}{m} (k_{B} est la constante de Boltzmann).

- la répartition de ces 6 directions est isotrope et, statistiquement, seule la fraction 1/6 des molécules se dirige suivant e_{x} avec une vitesse v* = v_{x} > 0.


Voici ensuite la première question :

Citation :

Exprimer le nombre dN_{1\rightarrow 2} de molécules du compartiment (1) traversant la surface S vers le compartiment (2) pendant la durée dt. Exprimer le nombre dN_{2\rightarrow 1} de molécules du compartiment (2) traversant, pendant la même durée dt, la surface S vers le compartiment (1).

En déduire \frac{dN_{1}(t)}{dt} et de \frac{dN_{2}(t)}{dt}  en fonction de N_{1}, N_{2}, S, v* et V.


Et... je ne comprends pas la correction qui est donnée.

Tout d'abord, ils calculent la densité moléculaire du premier compartiment. Pas de soucis avec ça.

n_{1}*(t) = \frac{N_{1}(t)}{V}.

Ils disent ensuite que :

dN_{1\rightarrow 2} = \frac{1}{6} n_{1}* v* dt S

Je comprends la présence de la fraction 1/6 mais je ne comprends pas cette formule. D'où sort la vitesse ?

Merci

[Thermo] Détente de Joule - Gay Lussac

Posté par
vanoise
re : [Thermo] Détente de Joule - Gay Lussac 10-06-18 à 07:54

Bonjour
Chaque molécule parcourt la distance v.dt entre t et t+et. Celles traversant S entre t et t+et sont celles qui,à la date t, sont contenues dans le cylindre de longueur v.dt et de base d'aire S tout en ayant leur vitesse orientée suivant ex.



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