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N°1 - Production de vapeur à la pression atmosphérique et notion d’enthalpie - niv 4

N°1 - Production de vapeur à la pression atmosphérique et notion d’enthalpie - niv 4
En formation de niveau 5 (CAP), on n'étudiera pas ce §. En niveau 4 (Bac), il est optionnel.



Si l’on place un [kg] d'eau à 0 [°C] (soit 1 litre) sur une source de chaleur à plus de 100 [°C], nous savons que nous pourrons le porter à l’ébullition et le transformer en vapeur. Nous constatons donc que pour transformer l’eau liquide en vapeur (gaz) il faut lui apporter de la chaleur.

Nous savons aussi que lorsque l’eau est en ébullition dans notre cuisine, elle reste à 100 [°C] tout en s’évaporant et ceci bien qu’elle reçoive de la chaleur. Dans cette situation, on constate donc que l’apport de chaleur ne permet plus à l’eau de monter en température, mais seulement de s’évaporer.

eau bout

On comprend donc que la vapeur obtenue contient plus d’énergie que l’eau liquide à 100 [°C], puisqu’il a fallu fournir de la chaleur pour transformer cette eau liquide en gaz.

Aussi longtemps que l’eau monte en température dans la casserole (par exemple entre 0 et 100 [°C], on dit qu’elle récupère de la chaleur (ou de l’énergie) sensible et lorsqu’elle s’évapore, qu’elle récupère de la chaleur (ou de l’énergie) latente.
Au final, la vapeur contient bien sûr toute cette énergie sensible et latente, on parle alors d’énergie totale ou d’enthalpie.

L’enthalpie d’un corps est une grandeur énergétique qui comptabilise l’énergie qu’il contient qu’elle que soit son origine.

Question

Q1 : Classez ci-dessous de l’enthalpie la plus faible à l’enthalpie la plus élevée, du n°1 au n°7.


Question

Q2 : Comment expliquer que l’enthalpie de la glace à 0 [°C] soit plus faible que celle de l’eau liquide à 0 [°C]?

L’enthalpie de la glace à 0 [°C] est plus faible que celle de l’eau liquide à 0 [°C] car pour passer de la glace à 0 [°C] à l’eau liquide à 0 [°C], il faut apporter de la chaleur pour que la glace fonde.

Question

Q3 : Classez ci-dessous de l’enthalpie la plus faible à l’enthalpie la plus élevée, du n°1 au n°5.




Explication :
L’enthalpie d’1 [kg] d’air sec à 40 [°C] comprimé à 3 [bar] est supérieure à celle d’1 [kg] d’air sec à 40 [°C] à la pression atmosphérique, car pour monter sa pression de la pression atmosphérique à 3 [bar], il a fallu lui apporter de l’énergie de compression.

L’enthalpie d’1 [kg] d’air sec à – 15 [°C] décompressé par rapport à la pression atmosphérique est plus faible que le même air à la pression atmosphérique, car pour le décompresser, il aura fallu lui enlever de l’énergie.

Remarque : on parle d’air sec pour le différencier de l’air humide qui contient de la vapeur d’eau. Pour une même température, l’enthalpie de l’air humide est supérieure à celle de l’air sec car les molécules de vapeur sont riches en énergie.

Question

Q4 : Quelle est en bar la pression atmosphérique au niveau de la mer?
On peut admettre qu’au niveau de la mer, la pression atmosphérique est de 1 [bar] ou plus exactement de 1,013 [bar] (1013 [mbar]).
Elle diminue avec l’altitude.

Rappelons qu’il s’agit d’une pression dite « absolue » (voir le dossier « pression »).