0036-2ACh2. Détente de Joule

Note culturelle :

La détente de Joule, encore appelée détente de Joule – Gay Lussac, est un dispositif expérimental permettant de discriminer si un gaz obéit ou non à la première loi de Joule (ie : s’il satisfait au modèle du gaz parfait), en vérifiant si l’énergie interne de ce gaz ne dépend que de la température.

Dans la détente de Joule – Gay Lussac, un récipient C1 de volume V1 contenant initialement le gaz à la température T0, est mis en communication à l’aide d’un robinet (R) avec un autre récipient C2 de volume V2. Le récipient C2 est initialement vide. Les parois des deux récipients sont supposées rigides et parfaitement athermanes (voire figure ci-dessous):

Détente de Joule

Lorsqu’on ouvre le robinet (R), le gaz s’engouffre dans le récipient C2 et, au bout de quelques instants, la pression du gaz se stabilise : un nouvel état d’équilibre thermodynamique est atteint et on note  T1 la température du gaz dans ce nouvel état d’équilibre.

Expérimentalement, on mesure qu’au cours de cette détente, la plupart des gaz se refroidissent (T0 > T1) cependant, pour les gaz dit parfaits, cette différence reste très faible (ΔT~0 ainsi Tfinal = Tinitial) → (ΔU=0).

Résumé : Détente de Joule-Gay-Lussac

>>>> Gaz parfaits, ΔU = 0Tfinal = Tinitial

>>>> Gaz réels, ΔU = 0 cependant Tfinal ≠ Tinitial

Une masse m = 56 g d’azote, gaz diatomique supposé parfait, subit une détente irréversible, isotherme dans le vide (Détente de Joule → Tinitial = Tfinal  quelque soit le chemin suivi) d’une pression initiale de 2 atm à la pression atmosphérique normale. Déterminer la variation d’entropie du gaz de deux manières :

1-) En imaginant un processus réversible et isotherme

2-) En imaginant une détente adiabatique réversible jusqu’à la pression atmosphérique, suivie d’un échauffement réversible isobare

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