Question 1

Durée : 6 mn

Note maximale : 8

Question

On montre en thermodynamique que la pression de vapeur d'un liquide pur en état d'équilibre avec sa vapeur varie en fonction de la température absolue \(T\) suivant la loi:

\(p=a e^{-\tfrac{b}{T}} \textrm{ avec } b = \frac{\Delta H_{0}}{R}\)

\(\Delta H_{0}\) : enthalpie standard de vaporisation du liquide

\(R = \mathrm{8,32} \textrm{ J.mole}^{-1}.\textrm{K}^{-1}\) constante des gaz parfaits

Les résultats obtenus expérimentalement pour l'eau sont les suivants :

\(t(^{\circ}\textrm{C})\)

\(0\)

\(10\)

\(20\)

\(30\)

\(40\)

\(50\)

\(p(\textrm{mm} \textrm{ Hg})\)

\(\mathrm{4,58}\)

\(\mathrm{9,21}\)

\(\mathrm{17,55}\)

\(\mathrm{31,86}\)

\(\mathrm{55,40}\)

\(\mathrm{92,60}\)

Comment peut-on montrer graphiquement que le module \(p = a e^{-\tfrac{b}{T}}\) est valable.

Solution

Le modèle est vérifié si la courbe représentative de \(\ln p = f (1/T )\) est une droite. (1 point )

En effet, si \(p = a e^{-\tfrac{b}{T}}\)

alors \(\ln p = -\frac{b}{T} + \ln a\)

(ou \(\log p = -b \frac{\log e}{T} + \log a\)) (2 points )

que l'on identifie à l'équation d'une droite \(Y = AX + B\) (1 point ) avec

\(Y = \ln p\)

\(A = - b\)

\(X = \frac{1}{T}\)

\(B = \ln a\) (2 points )

L'utilisation d'un papier graphique à l'échelle "semi-logarithmique" donc gradué logarithmiquement sur l'un des axes permet d'obtenir des points alignés si la loi est vérifiée. (2 points )