Le corps pur sous deux phases
Cours · thermodynamique et statique des fluides (PCSI), chapitre 3 · CPGE PCSI (1re année) · le début du chapitre, la suite sur Adloun
L'eau peut être solide, liquide ou vapeur ; elle peut aussi coexister sous deux phases (glaçons dans l'eau, eau bouillante surmontée de vapeur). Un corps pur possède ainsi plusieurs phases, et les transitions entre elles (fusion, vaporisation…) jouent un rôle essentiel — de la météorologie aux machines thermiques. Ce chapitre décrit ces équilibres à l'aide de deux diagrammes : le diagramme de phases et le diagramme de Clapeyron , et introduit le titre en vapeur pour caractériser un mélange diphasé.
3.1 Phases et transitions
Un corps pur existe sous trois phases : solide, liquide, gaz (vapeur). Les transitions (changements d'état) sont :
À l'équilibre, deux phases peuvent coexister (par exemple liquide + vapeur).
3.2 Le diagramme de phases
Le diagramme partage le plan en trois domaines (solide, liquide, gaz), séparés par les courbes d'équilibre (fusion, vaporisation, sublimation). Sur une courbe, deux phases coexistent. Deux points remarquables :
- le point triple T, où les trois phases coexistent ;
- le point critique C, au-delà duquel liquide et gaz ne se distinguent plus (état supercritique).
La courbe de fusion de l'eau a une pente négative (anomalie : la glace est moins dense que l'eau liquide), contrairement à la plupart des corps purs. La sublimation (passage direct solide gaz) se produit aux pressions inférieures à celle du point triple (lyophilisation, neige carbonique).
Exercices du chapitre
- Combien de variables pour décrire un corps pur ? corrigé
- La pente négative de la courbe de fusion de l'eau corrigé
- Contourner le point critique corrigé
- Liquide ou gaz : ce que dit la pente d'une isotherme corrigé
- De l'eau dans une enceinte vide : faire une hypothèse et la vérifier corrigé
- L'air humide : buée, rosée et pression partielle corrigé