Exercices 491
Exercice 18.7 Les aventures de Lazare Ott
Lazare Ott, jeune physicien prodige, décide de faire subir à une masse m = 0,5 kg d’azote diverses
transformations, en vue d’étudier son comportement. Partant d’azote liquide dans un état de liquide
saturant à 90 K (état (1)), il réalise une détente isenthalpique de ce liquide saturant, amenant ainsi
l’azote dans l’état (2), avec P 2 = 1,0 bar. Par contact avec une source « chaude » à la température
T c = 95 K, il réalise une évolution isobare amenant l’azote dans l’état (3) de vapeur saturante,
puis, par une compression isentropique, amène l’azote dans l’état (4) de pression P 4 = 2,5 bar.
−0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
s (kJ · K
−1 · kg
−1 )
80
90
100
110
120
130
140
T (K)
20 bar
10 bar
5 bar
2,5 bar
1,0 bar
N 2
50
100
150
200
250
300
350
h (kJ · kg
−1 )
10 0
10 1
10 2
P (bar)
100 K
120 K
80 K
90 K
110 K
Diazote
1. Placer les quatre points (1), (2), (3), (4) sur les diagrammes (P, h) et (T, s) ci-dessus et tracer
les différentes transformations subies par l’azote. On déterminera, si besoin est, le titre en
vapeur des différents états.
2. Pour chacune des transformations (i) → (j), calculer la variation d’enthalpie ΔH ij et la variation d’entropie ΔS ij de l’azote.
3. Pour l’étape (2) → (3), effectuer un bilan entropique et conclure sur le caractère réversible ou
non de cette transformation. Identifier les éventuelles causes d’irreversibilité.
Exercice 18.8 Histoires d’eau
René, jeune physicien prodige, décide de faire subir à une masse m = 2,0 kg d’eau un cycle de
transformations, en vue d’étudier son comportement. Partant d’un mélange liquide-vapeur à la
température T 1 = 300 K (état (1)), il comprime adiabatiquement et de façon réversible ce mélange
pour l’amener dans un état de liquide saturant sous la pression P 2 = 10 bar (état (2)). Il place
ensuite le liquide saturant obtenu en contact thermique avec une source chaude à T c = 600 K et
chauffe l’eau de manière isobare jusqu’à ce qu’elle atteigne la température T 3 = 600 K (état (3)). Il
réalise alors une détente adiabatique réversible ramenant l’eau à 300 K (état (4)), puis ramène par
contact thermique avec une source froide à la température T f = 290 K le système dans l’état (1),
de façon isobare.
© Dunod. Toute reproduction non autorisée est un délit.
partagelivrescpge.blogspot.com
Exercice 18.7 Les aventures de Lazare Ott
Lazare Ott, jeune physicien prodige, décide de faire subir à une masse m = 0,5 kg d’azote diverses
transformations, en vue d’étudier son comportement. Partant d’azote liquide dans un état de liquide
saturant à 90 K (état (1)), il réalise une détente isenthalpique de ce liquide saturant, amenant ainsi
l’azote dans l’état (2), avec P 2 = 1,0 bar. Par contact avec une source « chaude » à la température
T c = 95 K, il réalise une évolution isobare amenant l’azote dans l’état (3) de vapeur saturante,
puis, par une compression isentropique, amène l’azote dans l’état (4) de pression P 4 = 2,5 bar.
−0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
s (kJ · K
−1 · kg
−1 )
80
90
100
110
120
130
140
T (K)
20 bar
10 bar
5 bar
2,5 bar
1,0 bar
N 2
50
100
150
200
250
300
350
h (kJ · kg
−1 )
10 0
10 1
10 2
P (bar)
100 K
120 K
80 K
90 K
110 K
Diazote
1. Placer les quatre points (1), (2), (3), (4) sur les diagrammes (P, h) et (T, s) ci-dessus et tracer
les différentes transformations subies par l’azote. On déterminera, si besoin est, le titre en
vapeur des différents états.
2. Pour chacune des transformations (i) → (j), calculer la variation d’enthalpie ΔH ij et la variation d’entropie ΔS ij de l’azote.
3. Pour l’étape (2) → (3), effectuer un bilan entropique et conclure sur le caractère réversible ou
non de cette transformation. Identifier les éventuelles causes d’irreversibilité.
Exercice 18.8 Histoires d’eau
René, jeune physicien prodige, décide de faire subir à une masse m = 2,0 kg d’eau un cycle de
transformations, en vue d’étudier son comportement. Partant d’un mélange liquide-vapeur à la
température T 1 = 300 K (état (1)), il comprime adiabatiquement et de façon réversible ce mélange
pour l’amener dans un état de liquide saturant sous la pression P 2 = 10 bar (état (2)). Il place
ensuite le liquide saturant obtenu en contact thermique avec une source chaude à T c = 600 K et
chauffe l’eau de manière isobare jusqu’à ce qu’elle atteigne la température T 3 = 600 K (état (3)). Il
réalise alors une détente adiabatique réversible ramenant l’eau à 300 K (état (4)), puis ramène par
contact thermique avec une source froide à la température T f = 290 K le système dans l’état (1),
de façon isobare.
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