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transformation réversible = isobare ?
Bonsoir,
Dans une correction d'un exercice il y a écrit :
"La transformation 1 à 2 est réversible donc à chaque instant la pression du gaz vaut P1. La transformation est donc isobare réversible. On a ainsi P2=P1."
Est-ce que cela correspond à une généralité ? Est-ce qu'une réaction réversible est nécessairement isobare ?
Merci d'avance
Bonsoir
Impossible de répondre de façon précise à partir d'une phrase sortie de son contexte. Il faudrait un énoncé complet.
Une chose certaine : une transformation isobare n'est pas nécessairement réversible. Tout dépend de la façon dont la transformation est réalisée.
De façon très générale, une transformation réversible est une transformation à la fois quasi statique et renversable.
quasi statique : chaque état intermédiaire, au cours de l'évolution peut, en très bonne approximation, être assimilée à une situation d'équilibre du système : équilibre interne (P et T ont mêmes valeurs en tout point du système à un instant donné) et équilibre avec l'extérieur : écart de température avec l'extérieur très faible si échange thermique, écart de pression très faible si échange de travail.
renversable : possibilité de revenir à l'état initial par le même chemin décrit en sens inverse, c'est à dire passant par les mêmes états intermédiaires.
Cette notion de réversibilité n'est pas évidente à bien comprendre. Une bonne compréhension arrive en générale de façon progressive en multipliant les exercices d'applications...
Voici l'énoncé :
On imagine un cylindre aux parois diathermanes fermé par un piston. Le piston, de masse négligeable, peut glisser sans frottement entre 2 cales A et B, sa section est S. Dans l'état initial, le piston est en A, le cylindre renferme un volume VA d'air supposé gaz parfait à la température de l'extérieur T0, pression P0 (cf état 0).
On place une masse m sur le piston et on chauffe très doucement le gaz par un moyen approprié, non représenté sur le schéma, jusqu'à ce que le gaz décolle juste de la cale A (cf état 1). Puis, on maintient le chauffage jusqu'à ce que le piston arrive juste en B (cf état 2), le chauffage est alors arrêté. On ôte m et on laisse refroidir l'ensemble jusqu'à ce que le piston décolle juste de B (cf état 3). On laisse toujours refroidir jusqu'à T0, alors, le piston revient en A, le cycle est terminé.
Quelles sont les natures des transformations 0
1, 12 et 23.
Le schéma est dans mon premier message.
Merci pour l'énoncé. La situation est claire maintenant !
La transformation 1 à 2 est réversible donc à chaque instant la pression du gaz vaut P1
A mon avis, c'est le "donc" qui est inapproprié et qui t'a induite en erreur. Personnellement, j'aurais préféré un "et" à la place de ce "donc"... Je m'explique.
Transformation isobare : en notant S l'aire de la section droite du cylindre, on peut considérer l'ensemble {piston-surcharge m} soumis aux forces suivantes :
1° Une force verticale orientée vers le haut correspondant à la force de pression exercée par le gaz sur le cylindre : P.S avec P pression du gaz
2° le poids de l'ensemble {piston-surcharge} orientée vers le bas : m.g
3° la force exercée par l'air extérieur de pression Patm.S exercée vers le bas
4° une éventuelle action des butées.
Entre l'état 0 et l'état 1 : (mg+Patm.S)>P.S ; le piston reste bloquée grâce à la butée A. On augmente alors la pression P du gaz jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur P1 qui correspond à un équilibre sans la butée A. La condition d'équilibre s'écrit alors :
P1.S=Patm.S+mg ou P1=Patm+m.g/S
Entre l'état 1 et l'état 2, le piston monte très lentement, suffisamment lentement pour que la condition d'équilibre précédente reste valide en très bonne approximation. Entre 1 et 2, la pression du gaz reste donc égale à une constante P1=Patm+m.g/S.
L'évolution 1-2 est isobare.
Transformation réversible : on vient de le montrer : l'évolution 1-2 est quasi statique du point de vue mécanique. De plus, l'énoncé précise que l'apport de chaleur s'effectue aussi de façon quasi statique puisque l'écart de température entre le gaz et la source de chaleur extérieure reste toujours très faible. L'évolution 1-2 est donc quasi statique
Transformation renversable :Le gaz étant élastique, il est possible de produire la transformation en sens inverse. La transformation est aussi renversable.
La transformation étant quasi statique et renversable, elle est réversible.
J'ai du mal à comprendre :
Entre 0 et 1 : comment sais-tu qu'on modifie la pression ? On nous indique juste qu'on chauffe dans l'énoncé donc je ne comprends pas comment on sait que la pression est modifiée.
Entre 1 et 2 : il n'est pas écrit dans l'énoncé que la réaction est très lente. Est-ce que tu le devines par rapport au fait qu'on chauffe très lentement ?
Tant que le piston repose sur la butée A, P<P1.
L'étape 0 - 1 est isochore. Pour faire passer la pression du gaz de P=Po à P=P1 il faut bien chauffer le gaz. D'après l'équation d'état des gaz parfaits : à n fixe et V fixe, P augmente si T augmente.
Pour l'étape 1-2 c'est bien le chauffage très lent qui permet de dire que l'évolution est lente.
Ok merci c'est un peu plus clair mais je ne suis pas sûre que je pourrais à nouveau l'identifier dans un exercice si le sujet n'invite pas clairement à se poser la question. Est-ce que tu aurais une autre idée d'exemple avec une transformation isobare pas clairement explicitée dans l'énoncé stp et où il faut qu'on le devine pour voir si je suis capable de le trouver?
Imagine le gaz enfermé dans un cylindre horizontal fermé par un piston mobile de masse négligeable (un peu comme ici). Le piston est initialement en position haute.
1° cas : tu réalises une compression en rajoutant sur le piston à la paroi conductrice de la chaleur, de manière lente et progressive, une surcharge. Par exemple : une surcharge de 10kg ajouté 100g par 100g avec un peu de temps entre chaque ajout de façon à laisser au gaz le temps de se mettre à la température extérieure. Tu peux en excellente approximation qualifier l'évolution de compression isotherme.
2° cas : la surcharge est ajoutée brutalement, les 10kg en une seule fois. La compression n'est pas réversible et n'est pas non plus isotherme. Elle n'est pas réversible car elle n'est pas quasi statique. Elle n'est pas isotherme car un équilibre thermique avec l'extérieur prend toujours du temps à s'établir et ici l'évolution est rapide.
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