Evolutions quasi-statique

Questions/Réponses par disciplines Physique
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Bonsoir !!

Je ne sais pas si ce sujet a deja été evoqué mais je ne comprends pas trop pourquoi lors d’une évolution quasi-statique, à tt instant, P=Pext et T=Text

Pour moi, ces résultats sont vrais que lorsque le système est e équilibre thermodynamique avec l’EXTERIEUR. Or une évolution quasi-statique est définie comme une transformatin constituée d’une suite continue d’états d’équilibre thermodynamique qui implique T et P identique en tt pt du SYSTEME mais je ne vois pas le role que joue l’exterieur dans les evolutions quasi-statiques.

Et donc d’après ce que je viens de dire une tranformation quasi-statique est bien tjrs isotherme et monotherme ? (il me semble que cela ne soit pas toujours vérifié dans les exos)

Et tjrs dans le mm cadre, si le système possède des parois diathermanes, cela implique-t-il nécessairement qu’à tout instant t T=Text ou bien cela n’iinduit que simplement qu’à l’état final T=Text?
Et plus généralement est-ce qu’à l’état final d’une transformation, l’équilibre thermodynamique du système est tjrs atteint ? et mm chose pr l’équilibre du système avec l’EXTERIEUR (tjrs à l’état final)

Je sais que cela fait pas mal de questions mais ca serait gentil si vous pouviez l’éclairer juste sur quelques unes…Merci bcp !!!

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set a écrit:

Je ne sais pas si ce sujet a deja été evoqué mais je ne comprends pas trop pourquoi lors d’une évolution quasi-statique, à tt instant, P=Pext et T=Text
C’est pas forcément intuitif, en effet, surtout avec le mot « extérieur ». Alors commençons par le définir : est « extérieur » tout ce qui n’est pas dans le système. Ainsi, si on a un gaz dans un cylindre avec un piston et que l’on considère le système { gaz }, la pression extérieure N’EST PAS la pression atmosphérique (souvent notée Po) mais la pression exercée par le cylindre et le piston. Et rien que là, ça pose des soucis car dans les sujets, la pression atmosphérique est souvent appelé pression extérieure. :smiling_imp:
Pour moi, ces résultats sont vrais que lorsque le système est e équilibre thermodynamique avec l’EXTERIEUR. Or une évolution quasi-statique est définie comme une transformatin constituée d’une suite continue d’états d’équilibre thermodynamique qui implique T et P identique en tt pt du SYSTEME
Pas tout à fait. Quasi statique veut dire tout le temps en équilibre avec l’extérieur ce qui implique qu’il y ait un equilibre interne.

Pour la pression, un principe des actions réciproque sur n’importe quel morceau de la surface donne P=Pext.
[/quote]
Et donc d’après ce que je viens de dire une tranformation quasi-statique est bien tjrs isotherme et monotherme ? (il me semble que cela ne soit pas toujours vérifié dans les exos)
[/quote]
Ni l’une, ni l’autre (d’ailleurs, à mon avis, tu as du vouloir idre ‹ isotherme › ce qui est très différent de monotherme) car personne n’a dit que Pext=cst.

Et tjrs dans le mm cadre, si le système possède des parois diathermanes, cela implique-t-il nécessairement qu’à tout instant t T=Text ou bien cela n’iinduit que simplement qu’à l’état final T=Text?
Quasistat => T=Text tout le temps.
Et plus généralement est-ce qu’à l’état final d’une transformation, l’équilibre thermodynamique du système est tjrs atteint ? et mm chose pr l’équilibre du système avec l’EXTERIEUR (tjrs à l’état final)

Oui et non. Disons de manière plus pragmatique que, de toutes façons, tu ne peux appliquer les principes de la thermo qu’entre deux états d’équilibre (interne) du système. Sans cela, il te sera difficile de définir P, T, U, …

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Oui mais alors vient la question suivante: un système en équilibre thermodynamique est équivalent à un système en équilibre avec l’exterieur ? Quelle est la relation entre ces 2 aspects ?

Car pour moi (mon cours plutot) come je l’ai dit precedemment, un sytème en équilibre a sa température et sa pression identique en tt pt alors qu’un sytème en équilibre avec l’exterieur voit à chaque instant
T=Text et P=Pext.
Donc je ne vois pas le lien entre ces 2 choses.

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set a écrit:

Oui mais alors vient la question suivante: un système en équilibre thermodynamique est équivalent à un système en équilibre avec l’exterieur ? Quelle est la relation entre ces 2 aspects ?

Car pour moi (mon cours plutot) come je l’ai dit precedemment, un sytème en équilibre a sa température et sa pression identique en tt pt alors qu’un sytème en équilibre avec l’exterieur voit à chaque instant
T=Text et P=Pext.
Donc je ne vois pas le lien entre ces 2 choses.

Sauf cas hyper exceptionnel (explosion), on a toujours un équilibre thermodynamique local (ETL), ie on a équilibre pour chaque minuscule petit morceau de système (genre on peut utiliser PV=nRT). Là, on est à l’échelle mésoscopique.

Ensuite, on a régulièrement équilibre thermodynamique interne (ETI). On peut alors définir des grandeurs intensives et elles sont identiques en tout point du système. Exemple : compression d’un gaz dans un cylindre. Contre-exemple : propagation d’onde sonore (on a toujours l’ETL mais pas l’ETI).

Enfin on peut avoir l’équilibre thermodynamique "tout court) qui demande l’équilibre avec l’extérieur (et implique, de facto, l’ETI). Il faut alors T=Text.

Là où ça devient délicat, c’est qu’on a TOUJOURS TOUJOURS TOUJOURS P=Pext à la surface du système. C’est Newton et sa 3e loi qui le disent. Le nier, c’est remettre en cause toute la mécanique. :wink: Mieux vaut pas s’y risquer ! :laughing: En revanche, pour pouvoir dire P=Pext, il faut pouvoir parler de ‹ LA › pression du système et donc avoir l’ETI.

En revanche, vu qu’on idéalise les parois, on n’a pas forcément T=Text (cf. compression d’un gaz dans un cylindre non calorifugé) dans le cas de l’ETI.

Remarque : en spé on utilise la continuité de la température et on explique le rôle des parois.

Bref, il faut retenir :
:arrow_right: on a toujours l’ETL sauf en cas d’explosion (je n’ai jamais fait d’exo où il fallait traiter directement de la thermo d’une explosion, quand il y a en a une qui intervient, comme dans les moteurs, elle est « au milieu » d’une transformation)
:arrow_right: on a très souvent l’ETI (souvent, malheureusement et improprement appelé « transformation mécaniquement réversible »), c’est une faible approximation.
:arrow_right: pour simplifier l’étude on fait souvent l’hyptohèse de l’équilibre thermodynamique, c’est une « forte » approximation mais permet d’avoir des transformations isotherme et isobare.

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CBP a écrit:

:arrow_right: on a très souvent l’ETI (souvent, malheureusement et improprement appelé « transformation mécaniquement réversible »), c’est une faible approximation.

Pourquoi dire « improprement appelé » ?

6

Teteph a écrit:

[quote=« CBP »]
:arrow_right: on a très souvent l’ETI (souvent, malheureusement et improprement appelé « transformation mécaniquement réversible »), c’est une faible approximation.
Pourquoi dire « improprement appelé » ?
[/quote]

Parce que si on met des frottements entre le piston et le cylindre, je me vois mal appeler un ETI « mécaniquement réversible » alors que la seule source d’irréversibilité est purement mécanique ! :confused:

En fait, même élève, je n’ai jamais aimé le « mécaniquement réversible » pour faire écrire P=Pext de manière analogue à « thermiquement réversible » pour faire écrire T=Text. Tout ça parce que je vénère (*) Newton et sa 3e loi et que P=Pext vient de là …

(*) Bon, OK, « vénérer » est un peu fort, mais l’idée est là.

7

Toujours dans le meme sujet, est-ce que une transformation isotherme est toujours quasi-statique? Car j’en suis certain que tous dans tous les exercics, lorsqu’il faut calculer le travail d’un gaz lors d’une transformation isotherme, ils assimilent Pext à P, puis remplacent P en fonction de V et T constant afin d’intégrer l’expression, cela donne nRTln(V1/V2), ce qui me déroute un peu…

Autre question: plusieurs exercices traitent de la vaporisation d’un gaz dans le vide à température constante, phénomène irréversible. Or dans le cours, on nous a dit qu’un changement d’état est toujours réversible, du moins que si la température est constante, la pression reste constante. Or dans les corrigés, l’état final du gaz est effectivement caractérisé par sa température d’ébullition et sa pression de saturation(il est sous forme diphasé) mais ils disent que les états intermédiaires ne sont pas définis et que le gaz ne suit pas forcément l’isotherme. Or ils précisent bien dans l’énoncé que la la transormation est ISOTHERME dc je ne comprends plus rien.

Merci de me répondre à ces 2 questions

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set a écrit:

Toujours dans le meme sujet, est-ce que une transformation isotherme est toujours quasi-statique? Car j’en suis certain que tous dans tous les exercics, lorsqu’il faut calculer le travail d’un gaz lors d’une transformation isotherme, ils assimilent Pext à P, puis remplacent P en fonction de V et T constant afin d’intégrer l’expression, cela donne nRTln(V1/V2), ce qui me déroute un peu…
Oui isoT => quasi-statique. Pour avoir une isoT il faut que :
:arrow_right: la température soit définissable en tout point du systèmen ça c’est très facile ;
:arrow_right: la température soit uniforme, ça, ça demande du temps et donc il faut que la transformation se fasse lentement.
Autre question: plusieurs exercices traitent de la vaporisation d’un gaz dans le vide à température constante, phénomène irréversible.
Déjà rien que ça, c’est impossible : la vaporisation dans le vide ne se FAIT PAS à température constante. En revanche, c’est vrai, il y a des exos où on vaporise un liquide dans le vide et en contact avec un thermostat. Mais ça fait une transformation monotherme et PAS à température constante (isotherme) …
Or dans le cours, on nous a dit qu’un changement d’état est toujours réversible,
Bah non …
du moins que si la température est constante, la pression reste constante. Or dans les corrigés, l’état final du gaz est effectivement caractérisé par sa température d’ébullition et sa pression de saturation(il est sous forme diphasé) mais ils disent que les états intermédiaires ne sont pas définis et que le gaz ne suit pas forcément l’isotherme. Or ils précisent bien dans l’énoncé que la la transormation est ISOTHERME dc je ne comprends plus rien.
Ce qui est vrai :
:arrow_right: un changement d’état (d’un corps pur) à P fixé se fait à T fixé et réciproquement. Encore faut-il pouvoir définir T et ou P.
:arrow_right: les états intermédiaires sont difficilement définissable parce que c’est un chantier la vaporisation dans le vide, c’est trop violemment hors équilibre.
:arrow_right: le corrigé dit vrai : ce n’est PAS isotherme. En se détendant, grosso modo, ça va se refroidir (pense à la bouteille de laque ou de chantilly qui devient très froide quand on l’utilise) et le thermostat va réinjecter de l’énergie par transfert thermique. Sauf que ça prend du temps …
:arrow_right: l’énoncé a faux : la transformation est MONOTHERME et pas ISOTHERME

Si seulement les mots de vocabulaire étaient bien utilisé dans les énoncés ça faciliterait drôlement la vie des élèves … :unamused: Je dis ça pour monotherme / isotherme mais c’est valable aussi pour d’autres choses …

Merci de me répondre à ces 2 questions
[/quote]

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En fait, c’est possible que je me sois mal exprimé ou plutot que j’ai mal interprété le sens; l’énoncé dit « la détente du gaz se fait à la témpérature T = constante », donc moi du coup j’ai compris que c’était la température du système et pas la température extérieur.

Mais supposons qu’il yait un thermostat, si à l’état initial le gaz est à la température du thermostat, de meme pour l’état final, comment se fait-il que la température du gaz évolue. Pour moi, le gaz évolue tjrs de manière à atteindre la température du thermostat, mais si à l’état initial le gaz est déja à la température du thermostat, pkoi va-t-il évoluer ? (bon je devine que l’irreversibilité y joue un peu)

Sinon j’ai une autre petite question qui rentre tjrs dans le sujet de départ: « soit un cylindre horizontal séparé en 2 compartiments par une paroi mobile sans frottement initialement bloquée par une cale. Le 1er compartiment contient un gaz G1 occupant le volume V1, le second contient un gaz (G2) occupant le volume V2. L’ensemble est en équilibre thermique avec l’air extérieur la température T et le reste tt au long de la transfo ». La 1ere question demande de montrer que l’érablissement de l’équilibre thermique entraine l’égalité des pressions dans les 2 compartiments à l’état final en utilisant le potentiel thermo adapté à la tranfo. Le raisonnement est assez simple seulement je ne vois pas l’utilité de cette démarche. Pour moi, quelque soit les conditions de la transfo, à l’état final, il y a equibre mécanique entre les 2 compartiments, d’où l’égalité des pressions. Mais pourquoi alors l’énoncé précise que cette égalité est vérifié à CONDITION qu’il y ait équilibre thermique ?

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set a écrit:

En fait, c’est possible que je me sois mal exprimé ou plutot que j’ai mal interprété le sens; l’énoncé dit « la détente du gaz se fait à la témpérature T = constante », donc moi du coup j’ai compris que c’était la température du système et pas la température extérieur.
Les torts sont partagés mais la majorité revient… à l’énoncé. C’est très tendancieux comme formulation. On peut y voir quelque chose de juste mais il y a trop de choses cachées sous le tapis. Comme CBP l’a dit, c’est que tu as un thermostat qui est en contact avec les parois du compartiment: la transformation est bien monotherme mais surtout pas isotherme. Au passage, il y a au moins un gros souci pour définir T: elle n’existe pas dans le vide. Bref, tout ça pour dire que dès qu’il y a du vide quelque part, il faut abandonner toute idée de réversibilité ou d’iso-X (X=T ou P notamment), seules les notions de mono-X peuvent éventuellement avoir un sens.
Mais supposons qu’il yait un thermostat, si à l’état initial le gaz est à la température du thermostat, de meme pour l’état final, comment se fait-il que la température du gaz évolue. Pour moi, le gaz évolue tjrs de manière à atteindre la température du thermostat, mais si à l’état initial le gaz est déja à la température du thermostat, pkoi va-t-il évoluer ?
Mais pourquoi donc n’évoluerait-il pas? Prends le compte bancaire d’un salarié en début de mois (juste après la paye et avant toute dépense): le mois suivant (s’il dépense tout), il sera exactement dans la même situation financière et ça n’aura pas empêcher le solde du compte de faire le yoyo pendant un mois (surtout le yo d’ailleurs car on n’a pas toujours d’opération créditrice autre que la paye). En fait, un des problèmes des élèves, c’est ce genre de phrase:
Pour moi, le gaz évolue tjrs de manière à atteindre la température du thermostat,

qui prête des intentions/une âme aux concepts physiques. Le gaz n’a aucun objectif. Il suit les lois imposées par la Nature. Ces lois peuvent être transcrites dans une langue intelligible mais incomplète par l’esprit humain qu’il est convenu d’appeler la physique. On peut très bien vivre et « dompter la Nature » sans faire de physique. Un exemple que j’aime bien, c’est l’ours. Pensez à l’ours qui pêche les saumons d’un seul coup de patte; eh ben je ne suis pas convaincu que l’ours connaît les lois de Snell-Descartes et pourtant il ne le rate pas le poisson, lui.

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Teteph a écrit:

Un exemple que j’aime bien, c’est l’ours. Pensez à l’ours qui pêche les saumons d’un seul coup de patte; eh ben je ne suis pas convaincu que l’ours connaît les lois de Snell-Descartes et pourtant il ne le rate pas le poisson, lui.

Mais les ours connaissent les lois de Snell-descartes ! La preuve : il ne rate pas les poissons ! :wink:

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Il a juste des grosse papattes et il regarde à incidence 0, à ce compte là tout le monde y arrive ^^

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gardener a écrit:

Il a juste des grosse papattes et il regarde à incidence 0, à ce compte là tout le monde y arrive ^^

Tu risques d’être surpris toi-même. M’est avis que tu n’as guère eu l’occasion d’aller à la pêche à la main dans une eau peu profonde car tu ne dirais pas la même chose … :laughing:

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gardener a écrit:

Il a juste des grosse papattes et il regarde à incidence 0, à ce compte là tout le monde y arrive ^^

Et un billet de révision d’optique géométrique, un! (cf. dioptre plan, dans les conditions de Gauss)

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Okk dc ce que je dois retenir c’est juste qu’à l’état final, le système atteint la température du thermostat.

Mais mnt que j’y pense, qd CBP disait que toute évolution isotherme est quasi-statique, je me suis rappelé de la détente de Joule Gay-Lussac qui se déroule à température constante, mais j’ai du mal à concevoir le fait qu’elle s’effectue lentement…

Et si vous pouviez me répondre aussi à mon ptit pb de mon dernier message sur la condition d’équilibre mécanique entre les 2 compartiments du cylindre, je vous en serai infiniment reconnaissant !!!

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Teteph a écrit:

[quote=« gardener »]
Il a juste des grosse papattes et il regarde à incidence 0, à ce compte là tout le monde y arrive ^^
Et un billet de révision d’optique géométrique, un! (cf. dioptre plan, dans les conditions de Gauss)
[/quote]

Bon j’ai arrêté complètement la physique, mais par curiosité, qu’est-ce que j’ai dit de faux ? Si on envoie un rayon perpendiculaire au plan, il ne change pas de direction, si? Et donc par retour inverse…

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gardener a écrit:

qu’est-ce que j’ai dit de faux ?
Plusieurs choses :wink:
Si on envoie un rayon perpendiculaire au plan, il ne change pas de direction, si? Et donc par retour inverse…

Avec un rayon, on ne fait rien, et surtout pas une image. Il en faut au moins 2 sécants pour avoir image. Le 2e ne peut donc pas être à incidence nulle. En outre, il ne faut pas oublier qu’un poisson, ce n’est pas un unique point.

La relation de conjugaison du dioptre plan dans les conditions de Gauss (facile à démontrer à partir d’un dessin) s’écrit \frac{\overline{HA_1}}{n_1} = \frac{\overline{HA_2}}{n_2} (où A_1 représente un point objet et A_2 son image associée, H est le projeté de A_1 sur le dioptre). En appliquant ça avec de l’eau et de l’air, on montre sans problème que la distance perçue par l’oeil resté hors de l’eau de la pronfondeur d’un objet immergé est réduite de 25%. En clair, un poisson réellement à 40 cm sous la surface est perçu comme étant seulement 30 cm sous celle-ci. Si on ajuste son coup de main, on loupe donc systématiquement la cible, indépendamment du fait qu’il faut agir vite si le poisson est vivace.

PS: C’est le même effet qui fait qu’on a l’impression que les requins sont très proches de nous lorsqu’on les regarde à travers les aquariums des centres spécialisés. En fait, ils sont souvent assez loin (ne serait-ce que parce que les parois des dits aquariums sont énormes).

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Aaaaaaaaaaaaah !
He bien soit !
Merci merci !

se sent moins bête et se dirige vers la piscine la plus proche pour trouver du poisson

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Bonsoir tlm !!

Bon je sais que mes questions commencent a se ressembler à la longue mais juste pr que ca me rentre une fois pr tte dans le crane.

Bon dans plusieurs bouquins (je sais kil ne faut pas se fier betement aux livres mais quand ca fait l’unanimité on finit par se poser des kestions), ils disent :
-que la pression et température ne sont définies que lorsque le système est en équilibre thermodynamique, cad quand lequilibre mecanique (P=Pext) et (T=Text) sont simultanément atteints
-lequation des gaz parfait nest applicable que pr un syteme en equilibre thermodynamique.

Je trouve ca assez absurde :
-d’une part parce que j’ai trouvé les explications de CBP très convaincantes selon lesquelles la pression et la température sont définies, et donc la loi des gaz parfaits applicables, lors de lequilibre thermodyamique INTERNE (donc pas forcement P=Pext et T=Text)
-et aussi par exemple imaginons un recipient coupé en 2 compartiments dont les parois sont calorifugés, à l’état final la temperature ds les 2 compartiments nest deja pas la mm mais surtt nest pas egale à la température exterieure

Donc en resumé, pouvez-vous me confirmer une fois pour toutes que ces livres ont une version tres simplifié a propos des equilibres thermodynamiques et me dire si les propositions suivantes sont vraies:

  • si lequilibre thermo interne est realisé sans forcement que P=Pext et T=Text alors P et T sont définis
  • si la pression et la temperature sont definies, la loi des gaz parfaits est applicable
  • un systeme en equilibre thermique est en equilibre thermodynamique
  • si un recipient est calorifugé par rapport a lexterieur, alors la température finale a linterieur du recipient est forcement differente de la temperature exterieur si T0 recipient different de Text
    -la detente de Joule Gay Lussac est quasi-statique

Merci infiniment !!

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Préambule : il faut se méfier des bouquins en général et des bouquins de thermo en particulier.

set a écrit:

  • si lequilibre thermo interne est realisé sans forcement que P=Pext et T=Text alors P et T sont définis
    Si l’équilibre interne est réalisé alors P et T sont définis (au moins localement) et si le système est homogène, tu as forcément P=Pext, c’est Newton et sa 3e loi qui le dise. Ou alors, c’est qu’il y a confusion entre « extérieur au système » et « extérieur au dispositif » sachant que dans la formule \delta W=-P_{\mbox{ext}}\mathrm{d}V, c’est la pression extérieure au système qui compte.
  • si la pression et la temperature sont definies, la loi des gaz parfaits est applicable
    Au moins localement et si c’est un gaz parfait, oui ! :wink:
  • un systeme en equilibre thermique est en equilibre thermodynamique
    Je ne vois pas de contre-exemple donc je dirais oui.
  • si un recipient est calorifugé par rapport a lexterieur, alors la température finale a linterieur du recipient est forcement differente de la temperature exterieur si T0 recipient different de Text
    Non. Mais si à la fin les deux température de ces deux trucs sont égales, c’est une coîncidence.
    -la detente de Joule Gay Lussac est quasi-statique

Certainement pas dans le cas général. Mais si on ouvre tout douououououcement le robinet, pourquoi pas. Ceci dit, en ouvrant brutalement le robinet, on a quand même une bonne vraie détente de Joule Gay-Lussac avec conservation de l’énergie interne.