198
Physique statistique
P
T
Courbe
de fusion
Courbe
de vaporisation
Courbe
de sublimation
A
B
C
D
Figure 10.1
Les trois courbes de coexistence ont un point commun, B, appelé point triple. Il correspond à un état dans lequel les trois phases (solide, liquide et vapeur) existent simultanément. On l’observe pour une pression et une température qui sont caractéristiques du
fluide considéré. Pour l’eau, par exemple, le point triple vaut 273,16 K.
On constate, en examinant la figure 1, que la branche BC se termine au point C.
Ce dernier est appelé point critique. Au delà de ce point, on peut passer de manière
continue de l’état liquide à l’état gazeux et vice-versa. Plus précisément, il n’existe plus
de distinction entre le liquide et la vapeur. En tout point de la branche BC, sauf au point
C, la densité du liquide et celle du gaz sont différentes. Au point C elles sont identiques
ce qui ne permet plus de distinguer les deux états. Contrairement à la branche BC, la
branche BD, correspondant à la courbe de fusion, ne se termine pas par un point critique.
Si l’on trace, sur la ligne de coexistence BC, la densité du liquide et du gaz en fonction
de la température, on obtient typiquement l’allure représentée sur la figure 2. La densité
du liquide r l est supérieure à celle du gaz r g mais cette différence diminue lorsque la
température augmente. Elle s’annule au point critique. La différence entre ces deux quantités, r l − r g , s’appelle le paramètre d’ordre de la transition liquide-gaz. Comme nous
allons le voir par la suite, ce paramètre joue un rôle très important dans la description
des transitions de phase.
Le point critique a des propriétés particulières qui justifient son appellation. En effet, pour un fluide, certaines propriétés ont un comportement qui est inhabituel en physique conventionnelle. Pour donner un exemple, la chaleur spécifique à volume constant
C V = T
∂S
∂T
V
diverge au voisinage du point critique et devient infinie à celui-ci !
Lorsque l’on traverse, dans le diagramme de phase, la ligne BC en dehors du point
critique, on observe une discontinuité dans la densité du fluide (la densité du gaz est
différente de celle du liquide). La transition d’un liquide à un gaz demande également
de l’énergie ; c’est ce que l’on appelle la chaleur latente. On s’en rend compte lorsque
Physique statistique
P
T
Courbe
de fusion
Courbe
de vaporisation
Courbe
de sublimation
A
B
C
D
Figure 10.1
Les trois courbes de coexistence ont un point commun, B, appelé point triple. Il correspond à un état dans lequel les trois phases (solide, liquide et vapeur) existent simultanément. On l’observe pour une pression et une température qui sont caractéristiques du
fluide considéré. Pour l’eau, par exemple, le point triple vaut 273,16 K.
On constate, en examinant la figure 1, que la branche BC se termine au point C.
Ce dernier est appelé point critique. Au delà de ce point, on peut passer de manière
continue de l’état liquide à l’état gazeux et vice-versa. Plus précisément, il n’existe plus
de distinction entre le liquide et la vapeur. En tout point de la branche BC, sauf au point
C, la densité du liquide et celle du gaz sont différentes. Au point C elles sont identiques
ce qui ne permet plus de distinguer les deux états. Contrairement à la branche BC, la
branche BD, correspondant à la courbe de fusion, ne se termine pas par un point critique.
Si l’on trace, sur la ligne de coexistence BC, la densité du liquide et du gaz en fonction
de la température, on obtient typiquement l’allure représentée sur la figure 2. La densité
du liquide r l est supérieure à celle du gaz r g mais cette différence diminue lorsque la
température augmente. Elle s’annule au point critique. La différence entre ces deux quantités, r l − r g , s’appelle le paramètre d’ordre de la transition liquide-gaz. Comme nous
allons le voir par la suite, ce paramètre joue un rôle très important dans la description
des transitions de phase.
Le point critique a des propriétés particulières qui justifient son appellation. En effet, pour un fluide, certaines propriétés ont un comportement qui est inhabituel en physique conventionnelle. Pour donner un exemple, la chaleur spécifique à volume constant
C V = T
∂S
∂T
V
diverge au voisinage du point critique et devient infinie à celui-ci !
Lorsque l’on traverse, dans le diagramme de phase, la ligne BC en dehors du point
critique, on observe une discontinuité dans la densité du fluide (la densité du gaz est
différente de celle du liquide). La transition d’un liquide à un gaz demande également
de l’énergie ; c’est ce que l’on appelle la chaleur latente. On s’en rend compte lorsque