Chapitre 8 • Les deux principes de la thermodynamique
8.4.5 Vaporisation spontanée à la surface libre d’un liquide
Si l’on introduit de l’eau dans un récipient fermé rempli d’air sec à la pression P 0 , l’eau
se vaporise spontanément jusqu’à ce que la pression partielle de la vapeur d’eau atteigne
la pression de vapeur saturante. La présence d’air au-dessus du liquide ne modifie en
rien la pression d’équilibre eau – vapeur d’eau.
En revanche, en milieu ouvert, la pression partielle de la vapeur ne parvient jamais à
atteindre la pression de vapeur saturante (volume illimité). La vaporisation se poursuit
jusqu’à disparition totale du liquide quelle que soit la température : on parle alors
d’évaporation. Un liquide est d’autant plus volatil que sa pression de vapeur saturante
est élevée.
Définition
L’humidité relative HR ou le degré hygrométrique correspond au rapport (en %)
de la pression partielle de la vapeur sur celle de sa vapeur saturante dans les mêmes
conditions de température :
HR =
p vap (T )
P s (T )
Enfin, l’ébullition est un dégagement tumultueux de bulles de vapeur saturante dans
le volume du liquide à une température où la pression de vapeur saturante est égale
à la pression extérieure. Ainsi, l’ébullition de l’eau ne se produit qu’à la température
de 100
◦ C (pour laquelle la pression de vapeur saturante de la vapeur d’eau atteint
1 013 hPa). L’ébullition de l’eau dépend ainsi de la pression atmosphérique donc de
l’altitude : 100
◦ C au niveau de la mer, elle n’est que de 85
◦ C au sommet du Mont
Blanc à 4 800 m d’altitude et de 20
◦ C à une pression de 2,3 · 10
–2 bar. En revanche,
l’ébullition n’intervient jamais en vase clos, car la pression de vapeur saturante reste
toujours inférieure à la pression totale du système (cas d’un auto cuiseur).
À retenir
Premier principe : DU = W + Q (système au repos)
La variation d’énergie interne DU ne dépend pas de la transformation (fonction
d’état) alors que le travail W et la chaleur Q échangés en dépendent.
Système isolé : DU = 0
Entropie : DS = Se + Sp
La variation d’entropie DS d’un système ne dépend pas de la transformation (fonction d’état). Pour une transformation irréversible, elle se calcule sur n’importe quelle
transformation réversible (en général fictive) ayant les mêmes états initial et final :
DS (syst) =
rév
dQ (syst)
T
où T est la température d’échange
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“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 178 — #188
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Si l’on introduit de l’eau dans un récipient fermé rempli d’air sec à la pression P 0 , l’eau
se vaporise spontanément jusqu’à ce que la pression partielle de la vapeur d’eau atteigne
la pression de vapeur saturante. La présence d’air au-dessus du liquide ne modifie en
rien la pression d’équilibre eau – vapeur d’eau.
En revanche, en milieu ouvert, la pression partielle de la vapeur ne parvient jamais à
atteindre la pression de vapeur saturante (volume illimité). La vaporisation se poursuit
jusqu’à disparition totale du liquide quelle que soit la température : on parle alors
d’évaporation. Un liquide est d’autant plus volatil que sa pression de vapeur saturante
est élevée.
Définition
L’humidité relative HR ou le degré hygrométrique correspond au rapport (en %)
de la pression partielle de la vapeur sur celle de sa vapeur saturante dans les mêmes
conditions de température :
HR =
p vap (T )
P s (T )
Enfin, l’ébullition est un dégagement tumultueux de bulles de vapeur saturante dans
le volume du liquide à une température où la pression de vapeur saturante est égale
à la pression extérieure. Ainsi, l’ébullition de l’eau ne se produit qu’à la température
de 100
◦ C (pour laquelle la pression de vapeur saturante de la vapeur d’eau atteint
1 013 hPa). L’ébullition de l’eau dépend ainsi de la pression atmosphérique donc de
l’altitude : 100
◦ C au niveau de la mer, elle n’est que de 85
◦ C au sommet du Mont
Blanc à 4 800 m d’altitude et de 20
◦ C à une pression de 2,3 · 10
–2 bar. En revanche,
l’ébullition n’intervient jamais en vase clos, car la pression de vapeur saturante reste
toujours inférieure à la pression totale du système (cas d’un auto cuiseur).
À retenir
Premier principe : DU = W + Q (système au repos)
La variation d’énergie interne DU ne dépend pas de la transformation (fonction
d’état) alors que le travail W et la chaleur Q échangés en dépendent.
Système isolé : DU = 0
Entropie : DS = Se + Sp
La variation d’entropie DS d’un système ne dépend pas de la transformation (fonction d’état). Pour une transformation irréversible, elle se calcule sur n’importe quelle
transformation réversible (en général fictive) ayant les mêmes états initial et final :
DS (syst) =
rév
dQ (syst)
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où T est la température d’échange
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