Examen:THERMODYNAMIQUE II
(1h 30mn)
Exercice 1:
Lors du refroidissement isobare de l'air humide,on peut observer la formation d'eau liquide ou de givre.
1- Dessiner le diagramme de phase de ľ'eau (P,T). Indiquer et expliquer l'endroit de leur particularité aux autres fluides.
2- En vous appuyant sur le diagramme de phase de l'eau, indiquer dans quelles conditions ľ'un ou l'autre de ces deux phénomènes peut être observé.
3- De façon à prévoir la valeur de ces températures pour des conditions initiales données :
3. 1. Donner la relation de Clapeyron appliquée à l'équilibre liquide/vapeur.
3. 2. Établir, en intégrant la relation de Clapeyron, l'équation de la courbe de vaporisation de l'eau entre son point triple et un point de température T1 = +10°℃. [P=f(Po,Lo,R,To,T)]
3. 3. Calculer la valeur numérique de la chaleur latente molaire de vaporisation Lp. Déduire la valeur numérique du rapport (L,/R) en indiquant son unité.
4- Une pièce de grand volume contient de ľ'air à T1 = +10°C et dont l'humidité relative est égale à Hr = 70%. On observe la formation d'eau liquide sur un objet que l'on vient d'introduire dans cette pièce.
4. 1. Calculer P1 la pression de vapeur saturante de l'eau à la température T1 .
4.2. Donner l'expression de l'humidité relative H, en fonction de P1 et de P2 la pression dans la pièce.
4.3. Déduire la pression P2 dans la pièce.
4.4.Calculer la température de rosée T2 de ľ'air à la pression P2 .
4.5. Que peut-on dire à propos de la température de l'objet Tobjet-
Hypothèse et Données:
Dans le domaine de l'étude :
La vapeur d'eau et l'air humide se comportent comme des gaz parfaits ;
La constante des gaz parfaits : R = 8,31J.mol-1.K-1;
La chaleur latente massique de vaporisation de ľeau est constante et vaut 2500kj.kg-';
Le volume des phases condensées est négligeable devant celui de la vapeur.
Hypothèse et Données:
Masse molaire de ľ'eau:Meau =0,018015 kg.mol-2;
Coordonnées du point triple:To=0,01°℃ et Po=611 Pa.
Exercice 2:
Une enceinte thermiquement isolée contient une masse m d'eau liquide en surfusion sous une pression constante P = 1 atm et à une température To = 269,15 K.
On met fin à cette situation en introduisant un germe de glace dans le système, une masse d'eau solidifie, noté ms . Si ľ'on fait l'hypothèse que ms < m .
1- Donner le bilan enthalpique du système,
2- Déduire l'expression de la fraction massique de l'eau qui se transforme en glace (x=ms/m) en fonction de cp,t, To , T1 et Lfus· Calculer sa valeur numérique.
3- Donner l'expression de la variation d'entropie ΔS en fonction de m, ms,Cp,L,To,T1 et Lfus.
4- Déduire l'expression de la variation de la fraction d'entropie massique correspondante (ΔS/m) en fonction de x,cp,L , To , T1 et Lfus - Calculer sa valeur numérique.
Données:
"On note T1 la température de fusion ;
Capacité calorifique massique de l'eau liquide cp,t = 4184 J.kg-1.K-1;
" Chaleur latente de fusion de la glace :Lfus = 334 000 J.kg-1.