Changements d’état

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Objectifs

  • Décrire le phénomène de changement d’état (fusion et vaporisation),
  • Connaître la notion de chaleur latente,
  • Connaitre et savoir utiliser la relation entre le transfert de chaleur et le changement d’état.

Lorsque la matière à l’état solide est amenée à sa température de fusion, elle est prête à être fondue. Mais la fusion ne se fait pas spontanément. Elle nécessite un apport d’énergie supplémentaire.

Chaleur latente

Pour une matière donnée, on appelle chaleur latente de fusion (Lf) l’énergie nécessaire pour fondre 1 kg de cette matière qui se trouve déjà à sa température de fusion.

Lorsque la matière à l’état liquide est amenée à sa température d’ébullition, elle est prête à être vaporisée. Mais la vaporisation ne se fait pas spontanément. Elle nécessite un apport d’énergie.

Pour une matière donnée, on appelle chaleur latente de vaporisation (Lv) l’énergie nécessaire pour vaporiser 1 kg de cette matière qui se trouve déjà à sa température de d’ébullition.

L’énergie mise en jeu lors des phénomènes inverse est aussi identique à la chaleur latente: par exemple 1 kg de matière liquide qui se trouve à sa température de fusion libérera l’équivalent de la chaleur latente de fusion pour se solidifier.

Relations entre chaleur et changements d’état

Lorsque la matière est à sa température de fusion (par exemple de la glace à 0°C), il faut encore un apport supplémentaire d’énergie pour que le changement d’état puisse avoir lieu. Il en est de même pour la vaporisation de la matière qui se trouve à sa température d’ébullition.

La quantité d’énergie nécessaire pour le changement d’état (ΔQ) est proportionnelle à la masse (m) et à la chaleur latente de la matière (L):

ΔQ = mL

ΔQ : l’énergie thermique (J)
m : masse (kg)
L : chaleur latente de fusion ou de vaporisation (J/kg)

Si le corps passe de l’état solide à l’état liquide ou de l’état liquide à l’état solide on utilisera la chaleur latente de fusion (Lf). Si le corps passe de l’état liquide à l’état gazeux ou de l’état gazeux à l’état liquide on utilisera la chaleur latente de vaporisation (Lv).