11 • Transitions de phase (II)
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11.1.2 Construction de Maxwell et point critique
Nous allons considérer un fluide qui peut être décrit par l’équation (15). Comme dans
le cas des gaz parfaits, les trois variables thermodynamiques P, T et V sont reliées entre
elles par une équation d’état qui est ici l’équation de van der Waals (nous supposons
que le nombre de particules N est constant). Nous allons étudier quelques propriétés du
fluide dans le plan P-V. Pour cela, nous allons tracer les isothermes (courbes à température constante) données par l’équation (15) (figure 1). On observe que les courbes sont
monotones au dessus d’une température égale à T c alors qu’elles présentent un maximum et un minimum local au dessous de T c . Cette ondulation intermédiaire sépare deux
régions où le fluide a des propriétés physiques très différentes : à gauche de l’ondulation (petites valeurs de V), le système est dans une phase liquide caractérisée par une
faible compressibilité (i.e. une grande valeur de
∂P
∂V
T,N
) alors qu’à droite (grandes
valeurs de V), le système est un gaz. Rappelons en effet que la compressibilité isotherme
vaut −
1
V
∂V
∂P
T,N
. Pour T > T c , il n’y a pas de distinction possible entre l’état gazeux
et l’état liquide. Pour la courbe correspondant à T = T c , l’ondulation disparaît et l’on
observe juste un point d’inflexion. C’est le point critique dont nous avons parlé dans la
section 10.1.
P / P c
T / T c
T > T c
T < T c
T < T c
T > T c
T = T c
Figure 11.1
c
Dunod. La photocopie non autorisée est un délit.