Chapitre 7 • Systèmes thermodynamiques
Ainsi, lors d’une transformation isochore ou isobare d’un gaz parfait, les transferts
thermiques sont respectivement :
Q V = m c V DT ou Q P = m c P DT
Une transformation isotherme est également le siège de transferts thermiques avec le
milieu extérieur (pour que le système puisse rester à la même température). Le calcul
direct de la chaleur échangée ne sera abordé qu’au chapitre 8.
Remarque
La valeur particulièrement élevée de la capacité thermique massique de l’eau liquide
(c = 4 186 J · kg
–1 · K
–1 ) fait de ce liquide un très bon fluide caloporteur.
7.5.5 Travail et chaleur échangés lors d’un changement d’état
Le passage du corps d’un état physique à un autre, s’accompagne d’une variation de
masse volumique du corps et d’un transfert thermique.
Le travail des forces de pression lors du changement d’état, à pression constante, est
directement lié à la variation de volume du corps avant et après le changement d’état.
Cependant, lors d’une fusion ou une solidification, la variation de volume est faible
(états condensés) et le travail des forces de pression est proche de 0.
La chaleur nécessaire à un corps pur de masse m pour changer d’état, à pression
constante, ne dépend que de la température T :
Q P = m L (T)
La quantité L (J · kg
–1 ) est appelée enthalpie massique de changement d’état. On
distingue l’enthalpie massique de vaporisation L v , l’enthalpie massique de fusion L f et
l’enthalpie massique de sublimation L s . De même, on définit une enthalpie molaire de
changement d’état L m (J · mol
–1 ) comme :
L m (T) = M L (T) d’où Q P = n L m (T)
La fusion, la vaporisation et la sublimation d’un corps absorbent de la chaleur :
L (T) > 0. Les corps dégagent la même quantité de chaleur lors des transitions inverses,
autrement dit une liquéfaction se caractérise par une enthalpie de changement d’état de
– L v , une solidification par – L f et une condensation par – L s .
Exercice d’application 7.4 – Transferts thermiques avec changements d’état
Quelle quantité de chaleur faut-il fournir, à pression atmosphérique, à 100 g de
glace, initialement à – 5
◦ C pour la transformer en vapeur d’eau à 110
◦ C ?
On donne les capacités thermiques massiques de la glace c 1 = 2,09 J · g
–1 · K
–1 ,
de l’eau liquide c 2 = 4,18 J · g
–1 · K
–1 , de la vapeur c 3 = 1,87 J · g
–1 · K
–1 et les
enthalpies massiques de fusion de la glace L f = 335 kJ · kg
–1 et de vaporisation de
la vapeur d’eau L v = 2 257 kJ · kg
–1 .
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 158 — #168
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Ainsi, lors d’une transformation isochore ou isobare d’un gaz parfait, les transferts
thermiques sont respectivement :
Q V = m c V DT ou Q P = m c P DT
Une transformation isotherme est également le siège de transferts thermiques avec le
milieu extérieur (pour que le système puisse rester à la même température). Le calcul
direct de la chaleur échangée ne sera abordé qu’au chapitre 8.
Remarque
La valeur particulièrement élevée de la capacité thermique massique de l’eau liquide
(c = 4 186 J · kg
–1 · K
–1 ) fait de ce liquide un très bon fluide caloporteur.
7.5.5 Travail et chaleur échangés lors d’un changement d’état
Le passage du corps d’un état physique à un autre, s’accompagne d’une variation de
masse volumique du corps et d’un transfert thermique.
Le travail des forces de pression lors du changement d’état, à pression constante, est
directement lié à la variation de volume du corps avant et après le changement d’état.
Cependant, lors d’une fusion ou une solidification, la variation de volume est faible
(états condensés) et le travail des forces de pression est proche de 0.
La chaleur nécessaire à un corps pur de masse m pour changer d’état, à pression
constante, ne dépend que de la température T :
Q P = m L (T)
La quantité L (J · kg
–1 ) est appelée enthalpie massique de changement d’état. On
distingue l’enthalpie massique de vaporisation L v , l’enthalpie massique de fusion L f et
l’enthalpie massique de sublimation L s . De même, on définit une enthalpie molaire de
changement d’état L m (J · mol
–1 ) comme :
L m (T) = M L (T) d’où Q P = n L m (T)
La fusion, la vaporisation et la sublimation d’un corps absorbent de la chaleur :
L (T) > 0. Les corps dégagent la même quantité de chaleur lors des transitions inverses,
autrement dit une liquéfaction se caractérise par une enthalpie de changement d’état de
– L v , une solidification par – L f et une condensation par – L s .
Exercice d’application 7.4 – Transferts thermiques avec changements d’état
Quelle quantité de chaleur faut-il fournir, à pression atmosphérique, à 100 g de
glace, initialement à – 5
◦ C pour la transformer en vapeur d’eau à 110
◦ C ?
On donne les capacités thermiques massiques de la glace c 1 = 2,09 J · g
–1 · K
–1 ,
de l’eau liquide c 2 = 4,18 J · g
–1 · K
–1 , de la vapeur c 3 = 1,87 J · g
–1 · K
–1 et les
enthalpies massiques de fusion de la glace L f = 335 kJ · kg
–1 et de vaporisation de
la vapeur d’eau L v = 2 257 kJ · kg
–1 .
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