ÉTUDE DE L’ÉQUILIBRE LIQUIDE-GAZ
à cette température est v L = 1,09.10 −3 m 3 ·kg −1 .
On cherche la nature de l’état final quand on met dans une enceinte vide, maintenue à
423 K, de volume variable V une masse m = 100 g d’eau liquide. Dans un premier cas
V = V 1 = 50 L, dans un deuxième cas V = V 2 = 1 L.
Pour répondre à la question on calcule le volume massique du système :
• dans le premier cas : v 1 =
V 1
m
=
50.10 −3
0, 100
= 0,50 kg·m −3 ,
• dans le deuxième cas : v 2 =
V 2
m
=
1, 0.10 −3
0, 100
= 0,010 kg·m −3 .
On a : v L < v 2 < v G < v 1 . Donc dans le premier cas le système à l’équilibre ne comporte
que de la vapeur et dans le deuxième cas il comporte les deux phases. On obtient le titre
massique de la phase vapeur en appliquant la formule trouvée ci-dessus :
x G =
v 2 − v L
v G − v L
=
0, 010 − 0, 001
0, 393 − 0, 001
= 0, 23.
Remarque : en supposant que la vapeur se comporte comme un gaz parfait, on calcule,
à 423 K le volume massique :
v G,gaz parfait =
RT
M eau P sat
=
8, 314 × 423
0, 018 × 4, 76.10 5 = 0,410 m
3
·kg
−1
,
valeur différant de 4% de la valeur tabulée.
8.6 Point critique
Sur la figure 21.16 les courbes d’ébullition et de rosée se rejoignent au point critique C
qui est le sommet de la courbe de saturation. L’abscisse de ce point dans le diagramme de
Clapeyron est le volume massique critique v C . À la température T C , les volumes massiques
v L et v G se rejoignent, il n’y a plus de différence entre les propriétés du liquide et de la vapeur.
L’expérience des tubes de Natterer met en évidence le comportement du fluide au
voisinage du point critique. Il faut choisir un fluide dont la température critique
n’est pas trop élevée, comme le fréon. On dispose de trois tubes numérotés de (1)
à (3), de même volume constant mais contenant des masses différentes d’un même
corps : m 1 > m 2 > m 3 soit v 1 < v 2 < v 3 . La masse m 2 est choisie de manière à ce que
le volume massique v 2 soit égal au volume massique critique v C .
Initialement ces tubes sont à la température T 0 comprise entre T Tr et T C (voir figure
21.17). Les points représentatifs apparaissent sur le diagramme de la figure 21.18.
D’après la position des points de départ, il y a plus de liquide que de gaz dans le tube
(1), à peu près autant de liquide et de gaz dans le tube (2) et plus de gaz dans le tube
(3).
On chauffe doucement les trois tubes qui évoluent à volume massique constant,
Expérience
781
à cette température est v L = 1,09.10 −3 m 3 ·kg −1 .
On cherche la nature de l’état final quand on met dans une enceinte vide, maintenue à
423 K, de volume variable V une masse m = 100 g d’eau liquide. Dans un premier cas
V = V 1 = 50 L, dans un deuxième cas V = V 2 = 1 L.
Pour répondre à la question on calcule le volume massique du système :
• dans le premier cas : v 1 =
V 1
m
=
50.10 −3
0, 100
= 0,50 kg·m −3 ,
• dans le deuxième cas : v 2 =
V 2
m
=
1, 0.10 −3
0, 100
= 0,010 kg·m −3 .
On a : v L < v 2 < v G < v 1 . Donc dans le premier cas le système à l’équilibre ne comporte
que de la vapeur et dans le deuxième cas il comporte les deux phases. On obtient le titre
massique de la phase vapeur en appliquant la formule trouvée ci-dessus :
x G =
v 2 − v L
v G − v L
=
0, 010 − 0, 001
0, 393 − 0, 001
= 0, 23.
Remarque : en supposant que la vapeur se comporte comme un gaz parfait, on calcule,
à 423 K le volume massique :
v G,gaz parfait =
RT
M eau P sat
=
8, 314 × 423
0, 018 × 4, 76.10 5 = 0,410 m
3
·kg
−1
,
valeur différant de 4% de la valeur tabulée.
8.6 Point critique
Sur la figure 21.16 les courbes d’ébullition et de rosée se rejoignent au point critique C
qui est le sommet de la courbe de saturation. L’abscisse de ce point dans le diagramme de
Clapeyron est le volume massique critique v C . À la température T C , les volumes massiques
v L et v G se rejoignent, il n’y a plus de différence entre les propriétés du liquide et de la vapeur.
L’expérience des tubes de Natterer met en évidence le comportement du fluide au
voisinage du point critique. Il faut choisir un fluide dont la température critique
n’est pas trop élevée, comme le fréon. On dispose de trois tubes numérotés de (1)
à (3), de même volume constant mais contenant des masses différentes d’un même
corps : m 1 > m 2 > m 3 soit v 1 < v 2 < v 3 . La masse m 2 est choisie de manière à ce que
le volume massique v 2 soit égal au volume massique critique v C .
Initialement ces tubes sont à la température T 0 comprise entre T Tr et T C (voir figure
21.17). Les points représentatifs apparaissent sur le diagramme de la figure 21.18.
D’après la position des points de départ, il y a plus de liquide que de gaz dans le tube
(1), à peu près autant de liquide et de gaz dans le tube (2) et plus de gaz dans le tube
(3).
On chauffe doucement les trois tubes qui évoluent à volume massique constant,
Expérience
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