432 Chapitre 16
Système thermodynamique à l’équilibre
Les pentes des courbes de changement d’état des corps purs usuels sont positives mais
celle du changement d’état solide-liquide de l’eau est négative.
Pour une température donnée, la pression de vapeur saturante d’un corps pur est la pression
d’équilibre entre une phase condensée, liquide ou solide et la phase gazeuse.
Définition : Pression de vapeur saturante
Par exemple, la pression de vapeur saturante de l’eau liquide à 300 K est 0,035 bar.
Retour au contexte
La pression dans l’eau est égale à celle de l’atmosphère la surmontant (équilibre mécanique des
phases liquide et gazeuse). L’ébullition est un changement d’état qui se produit à l’intérieur de
l’eau, sous forme de bulles. Il se déclenche lorsque sa température est égale à la température de
changement d’état à la pression considérée. Par exemple, pour P = 1,0 · 10
5 Pa, la température
d’ébullition est T = 100
◦ C. En altitude, la pression est plus faible qu’au niveau de la mer. À 2000 m
elle est d’environ 0,8 · 10
5 Pa. D’après le diagramme de phase de l’eau, sa température d’ébullition
est alors de 366 K, soit 93
◦ C. Une cuisson à cette altitude dans une eau en ébullition se fait donc
à une température moins élevée qu’à une pression égale à 1,0 · 10
5 Pa, ce qui implique un temps de
cuisson plus long. Inversement, la température d’ébullition est plus élevée lorsque la pression est
plus importante (principe de la cocotte minute).
Dans un équilibre liquide-vapeur d’un corps pur, comment connaître la masse des
phases en présence ?
Pour répondre à cette question, on utilise le diagramme de Clapeyron du corps pur qui représente, à l’équilibre, sa pression en fonction de son volume massique.
10
−4
10
−3
10
−2
10
−1
10
0
10
1
v (m
3 · kg
−1 )
10
−1
10
0
10
1
10
2
10
3
P (bar)
C
Gaz
Gaz + Liquide
Liquide
400 K
373 K
500 K
600 K
400 K
700 K
647 K
L
G
M
A1
A2
A3
A4
Eau
Figure 16.3. Diagramme de Clapeyron (P ,v) de l’eau.
Sur ce diagramme on distingue trois domaines : celui correspondant à la phase liquide (à gauche),
celui correspondant à la phase gazeuse, à droite et celui correspondant aux équilibres entre les
deux phases, liquide et gazeuse. Ces domaines sont séparés par les courbes de saturation : courbe
d’ébullition et courbe de rosée.
partagelivrescpge.blogspot.com
Système thermodynamique à l’équilibre
Les pentes des courbes de changement d’état des corps purs usuels sont positives mais
celle du changement d’état solide-liquide de l’eau est négative.
Pour une température donnée, la pression de vapeur saturante d’un corps pur est la pression
d’équilibre entre une phase condensée, liquide ou solide et la phase gazeuse.
Définition : Pression de vapeur saturante
Par exemple, la pression de vapeur saturante de l’eau liquide à 300 K est 0,035 bar.
Retour au contexte
La pression dans l’eau est égale à celle de l’atmosphère la surmontant (équilibre mécanique des
phases liquide et gazeuse). L’ébullition est un changement d’état qui se produit à l’intérieur de
l’eau, sous forme de bulles. Il se déclenche lorsque sa température est égale à la température de
changement d’état à la pression considérée. Par exemple, pour P = 1,0 · 10
5 Pa, la température
d’ébullition est T = 100
◦ C. En altitude, la pression est plus faible qu’au niveau de la mer. À 2000 m
elle est d’environ 0,8 · 10
5 Pa. D’après le diagramme de phase de l’eau, sa température d’ébullition
est alors de 366 K, soit 93
◦ C. Une cuisson à cette altitude dans une eau en ébullition se fait donc
à une température moins élevée qu’à une pression égale à 1,0 · 10
5 Pa, ce qui implique un temps de
cuisson plus long. Inversement, la température d’ébullition est plus élevée lorsque la pression est
plus importante (principe de la cocotte minute).
Dans un équilibre liquide-vapeur d’un corps pur, comment connaître la masse des
phases en présence ?
Pour répondre à cette question, on utilise le diagramme de Clapeyron du corps pur qui représente, à l’équilibre, sa pression en fonction de son volume massique.
10
−4
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−3
10
−2
10
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10
0
10
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v (m
3 · kg
−1 )
10
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P (bar)
C
Gaz
Gaz + Liquide
Liquide
400 K
373 K
500 K
600 K
400 K
700 K
647 K
L
G
M
A1
A2
A3
A4
Eau
Figure 16.3. Diagramme de Clapeyron (P ,v) de l’eau.
Sur ce diagramme on distingue trois domaines : celui correspondant à la phase liquide (à gauche),
celui correspondant à la phase gazeuse, à droite et celui correspondant aux équilibres entre les
deux phases, liquide et gazeuse. Ces domaines sont séparés par les courbes de saturation : courbe
d’ébullition et courbe de rosée.
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