Fiche 26 • Transition de phase (1)
c) Diagramme de Clapeyron de la transition liquide-gaz
c Le diagramme de Clapeyron représente la pression p en fonction du volume massique v.
→ T > T C : lors de la compression du gaz, la pression est toujours croissante. Le système est
monophasique dans l’état fluide.
→ T = T C : lors de la compression du gaz, la pression est toujours croissante, mais présente un
point d’inflexion () avec une tangente horizontale () au point critique C.
La compressibilité isotherme est infinie au point critique.
c Le lieu des points V est appelé courbe de rosée. Le lieu des points L est appelée courbe d’ébullition, car lors de la détente du liquide, il y apparition, en L, de la première bulle de gaz. La réunion de ces deux courbes est appelée courbe de saturation ; celle-ci sépare la région diphasique
de la région monophasique. La courbe de saturation présente un maximum au point critique.
c Sur le palier LV, le système est diphasique à la pression p sat appelée pression de vapeur saturante. Il est constitué de deux phases :
– une phase formée de liquide saturant de volume massique v L (celui du point L) ;
– une phase formée de vapeur saturante de volume massique v V (celui du point V).
La répartition de la masse entre les deux phases varie quand le point N décrit le palier de V à L.
d) Fraction massique en vapeur d’un état diphasique
Définissons, au point N, la masse m L du liquide saturant de volume massique v L et la masse
m V de la vapeur saturante de volume massique v V .
c La fraction massique en gaz est définie par :
c Les isothermes obtenues, soit par compression isotherme du gaz, soit par détente isotherme du liquide sont tracées dans ce
diagramme. Ces deux transformations étant
quasistatiques, les différents états intermédiaires de celles-ci peuvent être représentés.
→ T < T C : lors de la compression du gaz,
d’abord, la pression augmente, puis devient
constante à partir du point V qui correspond
à l’apparition de la première goutte de
liquide. La pression reste constante de V à
L, point où la dernière goutte de liquide disparaît. Ensuite, la pression augmente à nouveau, le système est alors monophasique à
l’état liquide.
: fraction massique en gaz (sans dimension)
m V : masse de la phase gaz (kg)
m : masse de corps pur (kg)
liquide
gaz
LV
fluide
diphasique
p
psat
C
vL
vV
ptri
N
v v C
p
C
T < C
T
T > C
T
T = C
T
v
∂
∂
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟ =
p
v T
0
∂
∂
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ =
2
2
0
p
v T
x
m
m
V
V
=
x V
76
c) Diagramme de Clapeyron de la transition liquide-gaz
c Le diagramme de Clapeyron représente la pression p en fonction du volume massique v.
→ T > T C : lors de la compression du gaz, la pression est toujours croissante. Le système est
monophasique dans l’état fluide.
→ T = T C : lors de la compression du gaz, la pression est toujours croissante, mais présente un
point d’inflexion () avec une tangente horizontale () au point critique C.
La compressibilité isotherme est infinie au point critique.
c Le lieu des points V est appelé courbe de rosée. Le lieu des points L est appelée courbe d’ébullition, car lors de la détente du liquide, il y apparition, en L, de la première bulle de gaz. La réunion de ces deux courbes est appelée courbe de saturation ; celle-ci sépare la région diphasique
de la région monophasique. La courbe de saturation présente un maximum au point critique.
c Sur le palier LV, le système est diphasique à la pression p sat appelée pression de vapeur saturante. Il est constitué de deux phases :
– une phase formée de liquide saturant de volume massique v L (celui du point L) ;
– une phase formée de vapeur saturante de volume massique v V (celui du point V).
La répartition de la masse entre les deux phases varie quand le point N décrit le palier de V à L.
d) Fraction massique en vapeur d’un état diphasique
Définissons, au point N, la masse m L du liquide saturant de volume massique v L et la masse
m V de la vapeur saturante de volume massique v V .
c La fraction massique en gaz est définie par :
c Les isothermes obtenues, soit par compression isotherme du gaz, soit par détente isotherme du liquide sont tracées dans ce
diagramme. Ces deux transformations étant
quasistatiques, les différents états intermédiaires de celles-ci peuvent être représentés.
→ T < T C : lors de la compression du gaz,
d’abord, la pression augmente, puis devient
constante à partir du point V qui correspond
à l’apparition de la première goutte de
liquide. La pression reste constante de V à
L, point où la dernière goutte de liquide disparaît. Ensuite, la pression augmente à nouveau, le système est alors monophasique à
l’état liquide.
: fraction massique en gaz (sans dimension)
m V : masse de la phase gaz (kg)
m : masse de corps pur (kg)
liquide
gaz
LV
fluide
diphasique
p
psat
C
vL
vV
ptri
N
v v C
p
C
T < C
T
T > C
T
T = C
T
v
∂
∂
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟ =
p
v T
0
∂
∂
⎛
⎝
⎜
⎞
⎠
⎟ =
2
2
0
p
v T
x
m
m
V
V
=
x V
76