CHAPITRE VI ; MODES OPERATOIRES ET CALCUL TYPE
1) MODE OPERATOIRE D’UNE MANIPULATION COMPLETE
^i__ErÉBÊ!r§ïl9!]_^ly!]_!î]§l§!]2§
1°) Après avoir fait le vide dans l'ensemble des canalisations de l'appareil de mélange, y compris les ampoules Al et A2,
introduire le gaz 1 dans l'ampoule Al en contrôlant sa pression; 2°) Introduire dans l'ampoule A2 le gaz 2;
3°) Laisser les deux gaz s'équilibrer en température pendant une heure;
4°) Mesurer au cathétomètre la pression dans Al et A2; 5°) Ouvrir les robinets de communication entre Al et A2 et
mélanger les deux gaz en faisant monter le mercure alternativement dans Al et A2.
Après plusieurs passages du mélange des gaz de Al dans A2 et vice versa, le mélange est prêt à être injecté dans la cellule.
§i__lGj§9îign_du_mél ange_gazeux_dans_la_cel ]_ule
1°) La cellule étant sous vide, la porter à la température choisie pour la mesure de thermodiffusion;
2°) Condenser la quantité nécessaire de mélange dans Cl;
3°) Faire évaporer doucement le mélange dans Cl et injecter la vapeur dans la cellule en contrôlant la pression à l'aide d'un manomètre
VI.2
4°) Le niveau de remplissage est contrôlé par la capacité supérieure, par la température de la plaque supérieure, ainsi que par la pression dans la cellule.
REMARQUE : Le point numéro 3 de l'injection est absolument nécessaire afin d'éliminer le mercure dont le mélange est saturé. L'injection directe'a"dû être abandonnée car elle provoquait la formation de gouttelettes de mercure qui créaient des courts-circuits entre les plaques du condensateur inférieur de la cellule. En piégeant le gaz dans Cl porté à la température de l'azote liquide, le gaz se condense ainsi que le mercure. Il est possible alors de l'évaporer doucement jusqu'à la dernière goutte de mélange, de fermer le robinet de l'ampoule Cl et ainsi de piéger le mercure; le gaz est alors
débarrassé du mercure. La conséquence de ce mode d'injection est de provoquer, au niveau de l'évaporation dans Cl, une distillation qui a pour conséquence, lors de la condensation du mélange dans la cellule, de produire un mélange liquide inhomogène.
Ç.i__^§§yE§_^y_9EË^l§DÎ.^§_Ç90ǧ0îrËÎlon
1°) Le mélange gazeux se condense dans la cellule d'une manière inhomogène, ceci étant la conséquence de la distillation décrite au paragraphe précédent. Il faut donc attendre que le mélange liquide se réhomogénéise pour atteindre ce que
nous appellerons plus tard l'état initial. Cette réhomogénéisation par diffusion est suivie en portant sur un graphique la
variation de la capacité inférieure en fonction du temps. La figure VI,1 donne un exemple de cette évolution pour
le mélange /<r = 0,8387 (les résultats numériques figurent dans le tableau VII).
;^o,b9üu 26,8850 26,8800 26,8750
Kr.CH. N =0,8387
4 K,
FIGURE VI,1 15 _L_ 20 25t
VI .3VI.4
2°) A l'état initial, il est tracé un graphique (Fig.VI,2) de la capacité inférieure en fonction de la température de la plaque inférieure. L'allure de la courbe est celle d'une droite dont l'équation est calculée par la méthode des moindres carrés. Ce relevé de la capacité porte sur un domaine de températures d'environ 0,2 K.
Fig. VI.2
3°) Le gradient de température est imposé à la paroi supérieure à la vitesse de 0,4 la paroi supérieure à cette vitesse, il la température désirée de manière quasi
la cellule en chauffant K/min. En chauffant est possible d'atteindre linéaire, cf.Fi g.VI,3
VI. 5
Cette façon de procéder tient de la cellule, par contre, un tiendrait par compte pourrait
compte de l'inertie thermique chauffage rapide qui n'en se schématiser par la Fig.VI,4
Fig.VI,4
En général, la température de la plaque est augmentée de 3 K ce qui demande environ 5 minutes. Ces 5 minutes apportent une certaine imprécision sur le temps initial de la thermo diffusion mais comme, généralement, le temps pour atteindre l'état stationnaire est de l'ordre de 24 heures, l'erreur qui serait commise est petite.
4°) Evolution vers l'état stationnaire de thermodiffusion
Lors de l'évolution du système vers l'état stationnaire, il est nécessaire de porter sur un graphique la capacité inférieure mesurée en fonction de la température de la paroi inférieure, et également de noter le temps écoulé depuis que le gradient de température est imposé. Il est intéressant de noter, comme le représente la figure VI,5 et 6, qu'il est impossible de séparer les variations de capacité provoquées par la
thermodiffusion de celles dues aux variations de températures de la plaque inférieure si on se limite à l'observation de la capacité en fonction du temps.
VI.6
La figure VI.6 représente l'évolution de la capacité du QDndensateur inférieur en fonction du temps depuis le moment
où le mélange est introduit dans la cellule isotherme (A) jusqu'au moment où le mélange atteint l'état stationnaire de thermodiffusion (C), le gradient de température étant imposé en (B). Sur ce graphique, remarquons que la variation de la capacité, due à la thermodiffusion est du même ordre de grandeur que celle due aux fluctuations de température de la paroi inférieure et représentée par les points 7 à 16.
Une correction de température doit être faite pour les points
11 à 30 de façon à obtenir une valeur correcte de la séparation des constituants par la thermodiffusion. De même, pour obtenir une représentation correcte de l'évolution vers l'état stationnaire, il est nécessaire de faire une correction de température et de
ramener les valeurs mesurées des capacités aux valeurs évaluées à une température bien déterminée. Pour ce faire, dans un diagramme capacité/température, on effectue une translation des points, jusqu'à cette température choisie, parallèlement à la droite capacité/tempêrature à l'état initial, telle qu'elle est représentée à la figure VI.7. On obtient de cette façon la variation corrigée de la capacité en fonction du temps telle qu'elle est représentée à la figure VI.8.
VI.7
— Kr-CH Nkp = 0,8387 26.8850 26,8800 2 3 4 26,8750 0 6 7 • 8
B
15» 22 14 * 20 21I • V ^5 24 i3-13 "^IQ • • 9^ lo 12 17 »8 ir- • 10 20 30 Fig. VI - 6 26c
zn ---* 28 30♦ • 29 40 t hVI.9
31,300 31,350 31,400 D
VI.11
La translation des points parallèlement à la droite
"capacité fonction de la température" n'est pas tout à fait correcte. En effet, la droite "capacité fonction de la température" de l'état stationnaire n'est pas rigoureusement parallèle à celle de l'état initial; il existe un écart
entre les deux coefficients angulaires ( Kt - C ) mais le relevé de cette droite à l'état stationnaire est beaucoup plus difficile car les changements de température successivement appliquée à la paroi supérieure peuvent créer des perturbations qui risquent de détruire le gradient de concentration.
5°) Ramener la température de la paroi supérieure à une
température égale à la température de la paroi inférieure et suivre l'évolution de la capacité.
6°) Vider la cellule en pompant et en chauffant doucement pendant 48 heures.
Remarque : il faut éviter de chauffer trop fort la paroi inférieure afin de ne pas apporter au condensateur des modifications dues à des tensions parasites.