CRITICITé en THERMODYNAMIQUE

-criticité en thermodynamique

La criticité est la qualité d'un système qui atteint un ETAT critique (de blocage) dans son évolution

En thermodynamique, les notions critiques sont :

ETAT CRITIQUE d'un SYSTÈME

Dans un système, quand la zone où coexistent des PHASES disparaît, on atteint un cas limite dit "critique"

On définit donc en cette situation: point critique, isotherme critique, température critique, pression critique, volume (molaire) critique, exposants critiques....

 POINT CRITIQUE

C'est le point de rencontre des courbes p(pression) fonction de T(température), V(volume) fonction de T et p fonction de V, pour un même corps

A partir de là, la transformation liquide >>> gaz ne peut plus se faire.

Loi de états correspondants (ou loi critique de Van der Waals) en thermodynamique

Au point critique et pour le cas particulier des gaz réels, l’équation des gaz prend une forme simplifiée, résultant des valeurs chiffrées de cette situation

(p + 3 / V²).(3V -1) = 8T    où p(pression), V(volume), T(température) ne sont plus là dimensionnels, car ils correspondent à des valeurs chiffrées particulières, dites "variables réduites" (p, V et T, sont alors -pour chacun- un rapport entre leur valeur dans l'expérience, comparée à la valeur au point critique)

 

Théorie de Wilson

Les fluctuations, autour d’un point critique, impliquent par ailleurs de désolidariser la longueur dans les formules, en créant une invariance d’échelle de longueur (similaire à la renormalisation en physique des particules)

EXPOSANT CRITIQUE

Au voisinage d’un point critique et pour des phénomènes macroscopiques, des discontinuités apparaissent et les formules usuelles (dites "de champs moyens") ne sont plus valables.

On doit -pour telle grandeur- affecter ses valeurs d’un exposant dit "critique"-souvent fractionnaire- pour rétablir la validité des équations. Celà équivaut à une transformation de jauge

 

LOIS d'ECHELLE CRITIQUES

Elles relient sous forme logarithmique les variations paramétriques de grandeurs intervenant dans la proximité des points critiques.

Elles ont pour noms: lois de Fisher, de Josephson, de Rushbrooke, de Widom

PRESSION CRITIQUE

Pour les gaz   pc= K3/ 27K2²

où p(Pa)= pression critique

K2(m3/mol)= 2° facteur du viriel de l’équation de Van der Waals

K3(m5-kg-s-2-mol-2)= 3° facteur du même viriel

Valeurs pratiques arrondies de pc pour quelques gaz (en 106 Pa) :

He(0,2)---H²(1,3)---Ne,N² & CO(3)---air & C4H10(4)---Ar,O² & premiers gaz hydrocarbures(5)---NO,CO² & NO²(7)---Cl & SO²(8)---NH3(11)

 TEMPÉRATURE CRITIQUE

Elle est telle que la PHASE liquide ne peut plus exister, même si la pression continue à augmenter

Tc = 8.K3/ 27K2.R*m

avec K2(m3/mol)= 2° facteur du viriel de l’équation de Van der Waals

K3(m5-kg-s-2-mol-2)= 3° facteur du même viriel

R*m(J/K-mpl)=constante molaire (8,314472 J/mol-K)

Valeurs pratiques arrondies de Tc pour quelques gaz (arrondies, en K) : He(5)---H²(33)---Ne(44)---N², CO & air(129)---Ar & O²(153)---CH4 & NO(190)---CO², NO² & C²H²(310)---Cl & NH3(410)---SO² & C4H10(430)

 VOLUME MOLAIRE CRITIQUE

V*k = 3K2 mêmes notations que ci-dessus

Valeurs pratiques arrondies de V*k  pour quelques gaz(en 10- 6 m3/mol) : H²(7)--CO²(9)--NO(60)--NH3(72)--O², N² & CO(90)--air & CH4(100)--Cl(120)

 

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