Température en fonction de la pression

Pour tout ce qui traite des expériences de physique.
MrBoxi
Messages : 3
Inscription : 02 Sep 2019, 18:14
Niveau d'étude / Domaine : lycéen

Température en fonction de la pression

Messagepar MrBoxi » 02 Sep 2019, 18:35

Bonjour,

J'ai lu des dizaines de fois les lois de la thermodynamique , pourtant je n'arrive toujours pas à comprend pourquoi :respect: :fou:

un gaz au nombre de molécule constant, augmente sa température si sa pression augmente
( on augmente sa pression en diminuant son volume ( on appuis dessus) )

dans les moteurs thermiques le mélange est enfermé le nombre de molécule est donc constant,
puis le piston fait diminuer son volume ce qui fait augmenter sa pression ( loi de Boyle-Mariotte )
et le mélange comme par magie augmente sa température

et je ne trouve nulle par une loi qui dit genre " un gaz a nombre de molécules constantes, sa température est proportionnelle à sa pression,
plus la pression augmente plus la température du gaz augmente

( je suis sur que je suis à 2 doigts de comprendre ... :-D )

darrigan
Administrateur
Administrateur
Messages : 2370
Inscription : 16 Mars 2011, 15:48
Niveau d'étude / Domaine : Docteur en chimie physique
Localisation : Pau (64), France
Contact :

Re: Température en fonction de la pression

Messagepar darrigan » 03 Sep 2019, 07:57

Bonjour,

En thermodynamique, il existe un modèle très simple dit "des gaz parfaits". L'équation qui relie la pression P, la température absolue T, le volume V et la quantité de matière n est : $ PV=nRT $
Ici, $ R $ est la "constante des gaz parfaits", qui vaut $ R= 8,314 \; J.mol^{-1}.K^{-1} $

Si V et n sont constants, alors tu vois qu'une augmentation de T entraine une augmentation de P pour que l'égalité soit toujours vérifiée.

Et aussi, à pression constante, si la température diminue, ce fait réduire le volume du gaz.

Et encore, à température constante, si V diminue, alors P augmente.

(Ce modèle simple a ses limites et il existe d'autres modèles plus précis avec des équations plus compliquées.)

:salut:
Aide-toi et le forum t'aidera ! :mrblue:

MrBoxi
Messages : 3
Inscription : 02 Sep 2019, 18:14
Niveau d'étude / Domaine : lycéen

Re: Température en fonction de la pression

Messagepar MrBoxi » 05 Sep 2019, 21:23

je n'arrive pas a comprendre niveau atomique ...

exemple les bouteilles de dioxygène ou de butane le gaz est liquéfié par la pression mais la bouteille n'est pas froide

alors pourquoi comme dans le moteur le gaz chauffe pas ?

pour moi c'est la même chose dans les deux cas les molécules se rapproche elles peuvent donc moins vibrer ce qui peut expliquer que le gaz se liquéfie

dans le moteur pareil on rapprochent les molécules entre eux elles peuvent moins vibrer donc devrait même refroidir ...

niveau atomique j'arrive pas a comprendre ...

Bapt
Messages : 34
Inscription : 09 Sep 2019, 19:43
Niveau d'étude / Domaine : Lycée
Localisation : Suisse

Re: Température en fonction de la pression

Messagepar Bapt » 14 Sep 2019, 01:42

Salut,
Comme l'a dit Darrigan PV=nRT fonctionne souvent bien.
En effet dans le cas d'une bonbonne de gaz, lorsque l'on remplie la bonbonne "n" la quantité de matière dans la bonbonne augmente ce qui augmente aussi la pression "P"car le [b]volume "V" du système (=la bonbonne) ne peut changer.R est une constante[/b] donc c'est la température T qui va augmenter. (car c'est la seul variable avec n pour compenser l'augmentation de pression, dans notre cas)
A l'inverse lorsque la bonbonne se vide,la quantité de matière donc la pression diminue donc la température baisse. (les autres facteurs restent fixes). Les frigos produisent du froids en détendant (=diminuer la pression) des gaz. (D'où les compresseurs qui s'y trouvent, si tu as déjà démonté un frigo: car avant de détendre un gaz il faut le compressé, donc faire augmenté la température. Un frigo produit donc du chaud et du froid, simplement le chaud est expulsé du système dans l'environnement alors que le froid est injecté dans le frigo.)
La température de la bonbonne varie donc bien lorsque la pression change, mais si la bonbonne ne reste pas froide c'est parce qu'elle n'est pas thermiquement isolée, son environnement va donc la réchauffée jusqu'à température ambiante. Les gaz restent liquide par manque de place.

En espérant t'avoir aidé et ne pas avoir raconté de salade car je n'ai encore eu aucun cour de thermo.
:salut:
I do chemistry because I want superpowers :love:

darrigan
Administrateur
Administrateur
Messages : 2370
Inscription : 16 Mars 2011, 15:48
Niveau d'étude / Domaine : Docteur en chimie physique
Localisation : Pau (64), France
Contact :

Re: Température en fonction de la pression

Messagepar darrigan » 14 Sep 2019, 21:47

Bonsoir MrBoxi,
D'après ton message, il a plusieurs que tu confonds, je pense. Je vais essayer de t'expliquer.

MrBoxi a écrit :exemple les bouteilles de dioxygène ou de butane le gaz est liquéfié par la pression mais la bouteille n'est pas froide


Pour rendre liquide un gaz, comme le butane ou le dioxygène, il y a plusieurs façon d'agir sur les molécules. L'état liquide est un état où les molécules sont en forte intéraction, car elles se touchent, mais peuvent tout de même se déplacer les unes par rapport aux autres (contrairement au solide, où elles ne peuvent plus se déplacer, sauf quelques mouvements de vibration autour de leur position d'équilibre).

Pour amener des molécules qui sont en phase gaz à réaliser des interactions attractives, on peut agir sur :
- la température : comme la température est une propriété macroscopique qui est une mesure statistique de l'agitation des molécules (leur énergie cinétique $ E = \frac{1}{2}mv^2 $), alors baisser la température correspond à ralentir les molécules, jusqu'à ce qu'elles ne fasse entre elle que des chocs suffisamment faibles pour que les interactions attractives soient possibles. En fait, l'agitation thermique tend à créer des chocs, et donc à séparer les molécules, ce qui va à l'encontre des interactions attractives qui ont lieu entre les molécules.
- la pression : la pression (Pa, pascal) est une force (N, newton) par unité de surface ($ m^2 $). Dans un gaz c'est en quelque sorte la force qu'exercent les molécules sur la parois du récipient (par surface unitaire), lors des chocs. Les molécules aussi se cognent entre-elles dans le gaz. Augmenter la pression permet de forcer les molécules à se rapprocher.
Donc pour passer de l'état gazeux à l'état liquide, on peut refroidir un gaz, ou bien augmenter la pression, ou bien faire varier les deux en même temps.

Par exemple, il existe deux type de conditionnement de gaz :
- les gaz liquéfiés par pression : c'est le cas des bouteilles de butane, ou des briquets, dans lesquels le gaz butane a été comprimé fortement. Ce faisant, le gaz s'échauffe bien, mais on laisse cette chaleur sortir du système pour revenir à température ambiante, on comprime encore plus, la chaleur s'évacue, puis arrive un moment où le gaz condense et devient liquide, alors que l'on est toujours revenu à température ambiante. Dans un briquet, le butane n'est pas liquide parce qu'il est froid, mais parce qu'il est sous pression. Voilà pourquoi la bouteille n'est pas froide.
- les gaz liquéfiés par refroidissement : c'est le cas de l'azote liquide à -196 °C que l'on utilise pour conserver les tissus biologiques. Ici le gaz a été refroidi jusqu'à ce que les molécules ralentissent assez pour se condenser et donner l'état liquide. Mais nous sommes toujours à pression ambiante (atmosphérique). Dans un bidon d'azote liquide, on est plus bas que -196 °C, mais on est à pression ambiante. (D'ailleurs les bouchons de ces bidons ne sont pas étanches, et il vaut mieux car il y a toujours un peu de chaleur qui arrive dans le bidon et déplace des molécules de la phase liquide vers la phase gaz, ce qui pourrait créer une surpression dangereuse.)

Comprends-tu ?

MrBoxi a écrit :on rapprochent les molécules entre eux elles peuvent moins vibrer donc devrait même refroidir ...

Les molécules vibrent toujours, même quand on est très proche du zéro absolu des températures (-273,15 °C = 0 K) et qu'elles sont à l'état solide donc fortement gênées par les molécules voisines.
Par contre c'est vrai que quand on chauffe des molécules, on peut exciter les mouvement vibrationnels et elles vibrent en ayant plus d'amplitude. Il y a aussi la vibration des molécules (qui est un mouvement interne aux molécules), et la rotation et la translation des molécules, qui sont des mouvements des molécules dans leur ensemble, par rapport à un repère extérieur. La chaleur augmente l'énergie cinétique, donc les vitesses de translation des molécules, mais aussi leur rotation, et aussi leur vibration. Il existe des transferts d'énergie interne entre les mouvements de rotation et vibration et aussi translation en raison des chocs entre les molécules.

Bon j'espère que c'est plus clair... :salut:
Aide-toi et le forum t'aidera ! :mrblue:

MrBoxi
Messages : 3
Inscription : 02 Sep 2019, 18:14
Niveau d'étude / Domaine : lycéen

Re: Température en fonction de la pression

Messagepar MrBoxi » 16 Sep 2019, 18:30

Donc pour le cas du moteur thermique le mélange n'a pas le temps d'évacuer la chaleur ?

Donc si on prend du butane dans un environnement vide ( autour d'elle ) le butane compressé ne peut pas évacuer la chaleur
Donc il pourra jamais être liquide ?

Et pour l'azote si on l'enferme hermétiquement et qu'on fait baisser sa température l'azote ne pourra jamais devenir liquide



J'espère avoir compris merci pour vos réponse

darrigan
Administrateur
Administrateur
Messages : 2370
Inscription : 16 Mars 2011, 15:48
Niveau d'étude / Domaine : Docteur en chimie physique
Localisation : Pau (64), France
Contact :

Re: Température en fonction de la pression

Messagepar darrigan » 16 Sep 2019, 20:07

MrBoxi a écrit :Donc pour le cas du moteur thermique le mélange n'a pas le temps d'évacuer la chaleur ?


Dans un moteur thermique, on injecte dans le cylindre un mélange de carburant et d'air, le piston comprime le mélange ce qui a pour effet d'augmenter la température, puis vient la combustion du mélange (ou l'éclair de la bougie qui fait exploser le mélange ; il s'agit d'une réaction chimique de combustion), la température et la pression augmente brutalement car cette réaction dégage de la chaleur et forme de nombreuses molécules en phase gaz, ce qui a pour effet de repousser le piston, c'est cela qui crée la force du moteur, puis on évacue les gaz chauds, etc.

Lors de la combustion dans le moteur on peut considérer que la chaleur créée n'est que peu dissipée, un peu comme si c'était un système isolé, on dit qu'il s'agit d'une combustion adiabatique. Mais ensuite la chaleur a le temps de se dissiper dans le métal, et via les gaz d'échappement. Raison pour laquelle le moteur est brûlant et les gaz d'échappement très chauds aussi.

MrBoxi a écrit :Donc si on prend du butane dans un environnement vide ( autour d'elle ) le butane compressé ne peut pas évacuer la chaleur
Donc il pourra jamais être liquide ?

Et pour l'azote si on l'enferme hermétiquement et qu'on fait baisser sa température l'azote ne pourra jamais devenir liquide

Là je crains n'avoir pas bien compris ce que tu imagines. #-/

Si on place du butane gazeux dans du vide, celui-ci va se disperser et occuper tout l'espace qu'on lui offre.

Veux-tu dire que si on empêche la chaleur de sortir du système qui est comprimé, le butane ne pourra pas se refroidir ? Dans ce cas, la réponse est oui (partiellement). Disons, que la chaleur ne pourra pas sortir du système par conduction (car le vide parfait ne conduit pas la chaleur), ni par convection (puisqu'il n'y a pas de mouvement de fluide possible dans du vide parfait) (D'ailleurs, c'est sur ce principe que sont fabriqués les récipients "thermos" : avec une enveloppe de vide). Par contre, la chaleur peut éventuellement sortir sous forme de rayonnement infra-rouge : les IR sont des ondes électromagnétiques qui peuvent se propager dans le vide.
Aide-toi et le forum t'aidera ! :mrblue:


Revenir vers « Forum de physique »

Qui est en ligne ?

Utilisateurs parcourant ce forum : Aucun utilisateur inscrit et 1 invité

cron