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question thermodynamique

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1 question thermodynamique le Ven 29 Mar 2013 - 2:26

le fer


pour les matériaux solides théoriquement on s'intéresse souvent à étudier l'énergie interne et l'énergie libre de Gibbs mais pratiquement on parle beaucoup de l'énergie de surface et la question,c'est :
Pourquoi on peut pas considérer que l'énergie de surface est une continuité de l'énergie de Gibbs c-à-d pourquoi l'état thermodynamique de la surface, elle n'a pas de relation avec l'état interne du solide
merci

2 Grandeurs thermodynamiques le Sam 30 Mar 2013 - 20:51

Admin Hania



L’état thermodynamique d’un solide dépend du type des liaisons atomiques ou moléculaires plus sa structure cristalline (arrangement des plans d’atomes). L’estimation de son énergie interne appelée « énergie de liaison » est possible à partir du modèle atomique du cristal parfait, le solide est ici considéré dans son volume (sigma (n)cristaux).


Énergie libre d’un solide

**************************



L’énergie de Gibbs est considérée à partir de la théorie des gaz parfait, elle est calculée par exemple pour un mélange de gaz (Ar, Ne, N, …) considérés parfaits dans les conditions thermodynamiques ou pour un nuage d’électrons mais pas pour un solide (électrons+photons).
Pour les solides ou solutions solides (cas des alliages), l’équation de Gibbs-Duhaim donne l’énergie intégrale d’excès dans le cas d’une solution binaire, avec une condition : la solution est régulière dans les conditions thermodynamiques. La « phase condensée » considérée doit être « pure ».
Dans l’étude des métaux et alliages, le calcul de l’énergie libre est requis à haute température (exemple : élaboration d’un monocristal) ou bien à haute pression (vapeur d’un métal) où pour de système subit une variation de volume ou de pression (on parle de fugacité d’un gaz réel).
L’entropie qui nous informe sur le degré d’ordre dans le solide, varie sensiblement quand le métal ou alliage métallique est à la phase liquide ou liquide-solide.
Pour des mélanges de plusieurs constituants, la détermination de l’énergie de Gibbs est soit analytique ou graphique. Le tracé DG = f(xi) est un outil pour l’étude des équilibres des solutions solides et alliages métalliques aux conditions où seules la température et la pression varient et permet le tracé des « diagrammes d’équilibre de phases ».

Énergie de surface

***************************



Pour augmenter d'un incrément dA la surface d'un solide ou d'un liquide, il faut déplacer un certain nombre d'atomes de la masse vers la surface. Comme les atomes de la surface possèdent moins de liaisons que ceux situés à l'intérieur la masse, l'énergie libre du solide ou du liquide augmente d'une quantité dG.
La définition de l'énergie de surfaceprovient d'une formulation plus générale du changement de l'énergie libre ou de l'enthalpie libre d'un système thermodynamique, en présence d'effets de surface.
Pour estimer grossièrement l'énergie de surface des métaux, on calcule le changement global de l'énergie de liaison, lorsqu'un atome passe de la masse à la surface.



Tension superficielle

***********************



On appelle tension superficielle la force par unité de longueur qui correspond à l'énergie de surface d'un corps solide ou liquide (J/m2 = N/m). Cette nouvelle notion permet de décrire plus aisément les effets de surface dans les liquides.
En réalité, un solide ou un liquide est toujours en contact avec une autre phase. Il en résulte des interactions qui modifient sa tension superficielle. On devrait donc plutôt parler d'interface que de surface.

Donc, l’état thermodynamique à la surface évalué par la tension de surface est relié à la structure interne du solide.



Je vous propose également l’article intitulé:

Évaluation de l’énergie libre de GIBBS dans le cas de la décomposition spiroïdale.



Merci.
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3 Re: question thermodynamique le Dim 31 Mar 2013 - 22:22

le fer


Merci madame hachemi pour cette interessante réponse
si j'ai bien compris, vous voulez dire que l'état cristalline de la surface d'un matériau solide est différente de celle de l'interieur , les atomes de surface ont aquis une certain liberté par rapport au coeur, qui va conduire à une discontinuité de l'énergie interne au niveau de la surface
mais ce que j'ai pas encore compris c'est cette histoire de Dg=f(xi) d'abord comment on peux mesurer expérimentalement cette énergie libre ??, je trouve que c'est pas évidante de quantifier pratiquement l'entropi d'un systéme
merci

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