Humidité relative (de l air)

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1 Humidité relative = v s = v = masse volumique de la vaeur d eau M v = masse molaire de l eau = 8 g/mol v =n v R v = n R v = M n v v = R v M v v Humidité relative (de l air) Dès que atteint 00%, la vaeur se condense! R M v [ ] v g/m 3 [ mmhg] = K [ ] Exemle: air à 0 C avec v =0 g/m 3 v =0 mmhg condensation sur objets ayant < C (lunettes) ression artielle de vaeur d'eau dans l'air ression de vaeur saturante à la temérature de l'air s (mm Hg) ( C) OS, 30 mai Pression de vaeur saturante (eau) s (mm Hg) oint trile 0 ( C) courbe des oints de rosée (= courbe de vaorisation)

2 ransitions de hase Phases d un cors ur (= une seule esèce chimique): une seule hase euse une seule hase liquide (excetion: Hélium) souvent lusieurs hases solides caractérisées ar différentes structures cristallines (variétés allotroiques): exemles: glace, fer ( / ), carbone (grahite/diamant), ransition de hase (= variation abrute de roriétés hysiques): solide liquide ferromagnétique aramagnétique (=043 K our le fer) conducteur suraconducteur Chaleur latente L: chaleur Q absorbée ar unité de masse dm lors d une transition de hase due au réarrangement microscoique de la substance (énergies otentielles de liaison) L= Q dm à et constants et de façon réversible démos: recalescence du fer ur à 79 K durcissement du Pb à (N liquide) solidification liquide solide vaorisation liquéfaction (condensation) OS, 30 mai fusion condensation sublimation

3 Diagrammes de hase: cors ur Projections sur un lan (,) ou (,) de la surface des états dans l esace (,,) Montrent les régions d existence des hases Solide Liquide C Liquide -Gaz A Solide -Gaz B C S + L C ligne trile Fusion aorisation A,B Sublimation S A L L + G S + G G B S = solide L = liquide G = C = oint critique OS, 30 mai

4 démos:fil à travers glace, chaleur latente de vaorisation, refroidissement ar évaoration Diagrammes de hase,: cors ur () Cas le lus fréquent: eau eau solide fusion solide < liquide Cas de l eau: solide > liquide (la glace flotte!).t. J sublimation liquide vaorisation.c. solide.t. J liquide.c. [ C] Chaleur latente de 00 fusion glace ransformation glace eau vaeur (g) à ression constante: eau + glace eau Chaleur latente de vaorisation eau + vaeur Chaleur fournie Q [J] OS, 30 mai vaeur

5 Diagrammes de hase: deux constituants Exemle: H O + NaCl 4 variables d état:,, et la concentration de sel R=m sel /m tot Diagramme de hase dans le lan R, (à = constante = atm) emérature [ C] solution + glace solution homogène glace + NaCl solide E solution + NaCl solide Concentration massique de NaCl [ %] Remarques: le sel abaisse le oint de congélation de l eau la glace est non salée Point eutectique: coexistence de 3 hases (sel, eau salée, glace non salée) OS, 30 mai

6 démo: échauffement fluide ar brassage frottement sur cylindre de Cu Equivalence entre chaleur et travail Exérience de Joule-homson: on eut faire asser un système d un état initial à un état final de deux manières différentes: A) en lui fournissant de la chaleur Q (ar chauffage) B) en lui fournissant un travail mécanique W (dissié ar frottement) Dans les deux cas cette énergie source de chaleur est absorbée ar le système sous forme d énergie interne: Conséquences: U U = Q La chaleur n est as une substance (le «calorique») qui se conserve L énergie interne U est une variable d état, mais ni la chaleur, ni le travail ne sont des variables caractérisant l état d un système; Q et W sont des quantités d «énergie échangée» Q =Q Q W=W W du = U U U U = W calorie = chaleur nécessaire our faire asser g d eau de 4.5 C à 5.5 C cal = 4.86 J équivalence mécanique de la chaleur OS, 30 mai F

7 Premier rincie de la thermodynamique Au cours d une transformation quelconque d un système, la somme du travail et de la chaleur fournis au système ar l extérieur ne déend que des états d équilibre initial () et final () du système. Par définition cette somme est égale à la variation d énergie interne du système: U U = Q + W du = Q+ W Il s agit de la conservation de l énergie! Energie interne: somme des énergies totales des constituants microscoiques Chaleur: énergie échangée ar contact thermique du fait d une différence de temérature (interaction «désordonnée» entre constituants microscoiques du système et ceux de l extérieur) ravail: énergie échangée ar l action de forces extérieures «ordonnées» (macroscoiques) Conventions de signe: Système U Q > 0 W > 0 OS, 30 mai

8 ravail échangé Gaz dans une enceinte de volume. Le système eut échanger du travail avec l extérieur ar une variation de volume ossible grâce à une aroi mobile (iston). x dx F ext Une force extérieure aliquée sur le iston fournit un travail ositif (négatif) au si le volume diminue (augmente): W = r F ext d r x = F ext dx = F ext S Sdx = ext d > 0 si d < 0 < 0 si d > 0 Note: si la force extérieure sur le «iston» est nulle, il eut y avoir augmentation de volume sans échange de travail! t < 0: une aroi vide Exemle: la détente de Joule ( W = 0) retient le Si de lus la détente est adiabatique ( Q = 0), on a du = Q+ W = 0, donc U final = U initial, et final = initial dans le cas d un arfait OS, 30 mai { vide à t=0 la aroi est subitement otée t >> 0: le remlit tout

9 Surface des états ransformation quasi-statique 3 4 ransformation quasistatique ransformation non-quasistatique ransformation (lente) d un état d équilibre vers un état d équilibre telle que le système se trouve à tout moment dans un état d équilibre Une variable d état est modifiée infinitésimalement, uis on attend que le système ait atteint un nouvel état d équilibre avant de oursuivre la transformation, etc Lors d une transformation quasi-statique, les variables d état satisfont toujours à l équation d état (on reste sur la surface des états endant toute la transformation) Une transformation quasi-statique est réversible s il est ossible de asser de à en suivant exactement le chemin inverse, donc avec un travail échangé oosé (ce qui imlique l absence de forces dissiatives) OS, 30 mai

10 ravail échangé (transformations quasi-statiques) Comme le est toujours à l équilibre, on a: ext = ression du On eut rerésenter la transformation de à ar une courbe dans le diagramme -: Exemles simles: W = W = d W = Note: W déend du chemin arcouru entre et! ransformation isochore (=cte): ransformation isobare (=cte): { aire sous la courbe () W = ext d = d W () ransformation isotherme (=cte): W =0 OS, 30 mai W = ( ) W = nr d = nr ln arfait