Changement__da__etats_et_transfert_thermique__TSTI2D_
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Description
Fichier Nspire généré sur TI-Planet.org.
Compatible OS 3.0 et ultérieurs.
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Changement d’Ã’©tats et transfert thermique I/Description microscopique des Ã’©tats de l̢۪eau : 1) Les diffÃ’©rents Ã’©tats de l̢۪eau : L̢۪eau peut se prÃ’©senter sous 3 formes diffÃ’©rentes (Ã’©tat ou phase) -solide, liquide ou gaz L̢۪eau prend alors des aspects diffÃ’©rents mais possÃ’¨de la mÃ’ªme composition chimique. On parle de changement d’Ã’©tat lorsque l̢۪eau passe d̢۪un Ã’©tat Ã’ l̢۪autre. 2) Agitation thermique : L’Ã’©tat solide est un Ã’©tat trÃ’¨s condensÃ’©. L’Ã’©tat liquide est un Ã’©tat moins condensÃ’© que l’Ã’©tat solide. L’Ã’©tat gazeux est un Ã’©tat dispersÃ’©. Dans chacun de ses Ã’©tats les molÃ’©cules d̢۪eau vibrent ou se dÃ’©placent Ã’ des vitesses diffÃ’©rentes : -c̢۪est l̢۪agitation thermique. La tempÃ’©rature est la grandeur qui caractÃ’©rise cette agitation. Pour passer d̢۪un Ã’©tat trÃ’¨s condensÃ’© Ã’ un Ã’©tat dispersÃ’© on doit augmenter l̢۪agitation thermique des molÃ’©cules. 3) Liaison hydrogÃ’¨ne : La molÃ’©cule d̢۪eau est une molÃ’©cule polaire. Cela signifie que l̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne attire vers lui les Ã’©lectrons des liaisons covalente avec les atomes d̢۪hydrogÃ’¨nes. L̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne prÃ’©sente donc un excÃ’¨s de charge nÃ’©gative tandis que les atomes d̢۪hydrogÃ’¨ne prÃ’©sentent un dÃ’©faut de charges nÃ’©gatives. Le pÃ’´le nÃ’©gatif (atomes d̢۪oxygÃ’¨ne) d̢۪une molÃ’©cule d̢۪eau est attirÃ’© par les pÃ’´les positifs (atome d̢۪hydrogÃ’¨ne) des autres molÃ’©cules. Cette attraction entre l̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne et l̢۪atome d̢۪hydrogÃ’¨ne est appelÃ’© liaison hydrogÃ’¨ne. L̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne liÃ’©s avec une liaison hydrogÃ’¨ne est toujours alignÃ’© avec la liaison covalente d̢۪une autre molÃ’©cule d̢۪eau. Le nombre moyen ainsi que la durÃ’©e de vie de ses liaisons permettent de comprendre la diffÃ’©rence entre les 3 Ã’©tats de l̢۪eau au niveau microscopique. II/ Les changements d’Ã’©tats de l̢۪eau : 1) Changement d’Ã’©tats : Les Ã’©tats de la matiÃ’¨re dÃ’©pendent de la tempÃ’©rature et de la pression. Gaz⇒Liquide = LiquÃ’©faction Gaz⇒Solide = Sublimation Liquide⇒Gaz = Vaporisation Liquide⇒Solide = Solidification Solide⇒Gaz = Condensation Solide⇒Liquide = Fusion 2) Diagramme d’Ã’©tat (P, T) : Un diagramme d’Ã’©tat (P, T) permet de dÃ’©terminer la phase dans laquelle se trouve l̢۪eau pour une pression P et une tempÃ’©rature T donnÃ’©e. Au niveau des courbes de fusion, de vaporisation et de sublimation, l̢۪eau existe dans les 2 Ã’©tats. L̢۪eau est caractÃ’©risÃ’©e par son point triple (610 Pa et 0.01 ðC) pour laquelle elle existe dans les 3 phases. Lorsque les phases liquide et vapeur coexiste, la vapeur au-dessus du liquide exerce sur lui une pression appelÃ’© pression de vapeur saturante. La pression de vapeur saturante se lit pour une valeur de tempÃ’©rature donnÃ’©e sur la courbe de vaporisation. 3) Ebullition et Ã’©vaporation : L’Ã’©bullition dÃ’©signe la transformation de l̢۪eau liquide en gaz quand on la chauffe. La tempÃ’©rature d’Ã’©bullition se lit sur le diagramme d’Ã’©tats quand la valeur de la pression de vapeur saturante est Ã’©gale Ã’ la pression de l̢۪aire ambiante. Si la pression de l̢۪air ambiant est infÃ’©rieure Ã’ 105 Pa alors la tempÃ’©rature d’Ã’©bullition de l̢۪eau est infÃ’©rieure Ã’ 100ðC. L̢۪agitation thermique permet Ã’ certaines molÃ’©cules de rompre leur liaison hydrogÃ’¨ne et de quitter la surface libre vers l̢۪air : - C̢۪est l’Ã’©vaporation. L’Ã’©vaporation Ã’ lieu Ã’ toute tempÃ’©rature et elle est favorisÃ’©e par une grande surface de contact avec l̢۪air, une ventilation de la surface libre et une tempÃ’©rature Ã’©levÃ’©e du liquide. 4) HygromÃ’©trie de l̢۪air : L̢۪hygromÃ’©trie caractÃ’©rise l̢۪humiditÃ’© de l̢۪air et dÃ’©pend de la quantitÃ’© d̢۪eau sous forme gazeuse prÃ’©sente dans l̢۪air humide. HR=100*Pvap/(Pvs(T)) Pvap : Pression de la vapeur de l̢۪eau dans l̢۪air Pvs(T) : Pression de vapeur saturante Ã’ la tempÃ’©rature T HR : HygromÃ’©trie exprimÃ’© en % L̢۪hygromÃ’©trie Ã’©volue entre 0%(Au sec) et 100ðC (Air saturÃ’©e) Elle diminue avec la tempÃ’©rature et l̢۪altitude III/ Echanges thermiques et chaleur latente : La quantitÃ’© de chaleur Q nÃ’©cessaire pour faire passer une masse m d̢۪une tempÃ’©rature initiale Ti Ã’ une tempÃ’©rature finale Tf est donnÃ’© par la relation : Q=m*c(Tf-Ti) Q : QuantitÃ’© de chaleur (J) m : masse en Kg c : capacitÃ’© calorifique massique en J*Kg-1*C-1 Lorsqu̢۪on augmente la tempÃ’©rature ou lorsqu̢۪on la diminue, un corps de masse m est susceptible de changer d’Ã’©tat. Pour qu̢۪il puisse changer d’Ã’©tat, il faut qu̢۪il Ã’©change de l’Ã’©nergie avec le milieu extÃ’©rieur. Cette Ã’©change d’Ã’©nergie dÃ’©pend de la masse et de l̢۪enthalpie de changement d’Ã’©tat notÃ’© L . Cela reprÃ’©sente l’Ã’©nergie qui doit Ã’ªtre fournit Ã’ 1 Kg de corps pur pour le transformer. ∆E= m*L ∆E : Ã’©nergie Ã’©changÃ’© avec le milieu extÃ’©rieur (J) m : masse du corps (Kg) L : enthalpie de changement d’Ã’©tat (J.Kg-1) Remarque : Lors d̢۪un changement d’Ã’©tat vers une phase plus condensÃ’©, un corps pur fournit de l’Ã’©nergie au milieu extÃ’©rieur, les enthalpies de changement d’Ã’©tat sont alors nÃ’©gative. Vaporisation Fusion Sublimation TempÃ’©rature (ðC) 1000 0 0 L (J.Kg -1 ) 2.26*10 6 334*10 3 2.83*10 6 Ex : Calculer Q pour faire passer 1 kg d̢۪eau de 20ðC Ã’ 120ðC Q=Q20ïƒ 100 + ∆E+ Q100ïƒ 120 Phase liquide+ Changement d’Ã’©tat+ Phase gazeux
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Changement d’Ã’©tats et transfert thermique I/Description microscopique des Ã’©tats de l̢۪eau : 1) Les diffÃ’©rents Ã’©tats de l̢۪eau : L̢۪eau peut se prÃ’©senter sous 3 formes diffÃ’©rentes (Ã’©tat ou phase) -solide, liquide ou gaz L̢۪eau prend alors des aspects diffÃ’©rents mais possÃ’¨de la mÃ’ªme composition chimique. On parle de changement d’Ã’©tat lorsque l̢۪eau passe d̢۪un Ã’©tat Ã’ l̢۪autre. 2) Agitation thermique : L’Ã’©tat solide est un Ã’©tat trÃ’¨s condensÃ’©. L’Ã’©tat liquide est un Ã’©tat moins condensÃ’© que l’Ã’©tat solide. L’Ã’©tat gazeux est un Ã’©tat dispersÃ’©. Dans chacun de ses Ã’©tats les molÃ’©cules d̢۪eau vibrent ou se dÃ’©placent Ã’ des vitesses diffÃ’©rentes : -c̢۪est l̢۪agitation thermique. La tempÃ’©rature est la grandeur qui caractÃ’©rise cette agitation. Pour passer d̢۪un Ã’©tat trÃ’¨s condensÃ’© Ã’ un Ã’©tat dispersÃ’© on doit augmenter l̢۪agitation thermique des molÃ’©cules. 3) Liaison hydrogÃ’¨ne : La molÃ’©cule d̢۪eau est une molÃ’©cule polaire. Cela signifie que l̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne attire vers lui les Ã’©lectrons des liaisons covalente avec les atomes d̢۪hydrogÃ’¨nes. L̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne prÃ’©sente donc un excÃ’¨s de charge nÃ’©gative tandis que les atomes d̢۪hydrogÃ’¨ne prÃ’©sentent un dÃ’©faut de charges nÃ’©gatives. Le pÃ’´le nÃ’©gatif (atomes d̢۪oxygÃ’¨ne) d̢۪une molÃ’©cule d̢۪eau est attirÃ’© par les pÃ’´les positifs (atome d̢۪hydrogÃ’¨ne) des autres molÃ’©cules. Cette attraction entre l̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne et l̢۪atome d̢۪hydrogÃ’¨ne est appelÃ’© liaison hydrogÃ’¨ne. L̢۪atome d̢۪oxygÃ’¨ne liÃ’©s avec une liaison hydrogÃ’¨ne est toujours alignÃ’© avec la liaison covalente d̢۪une autre molÃ’©cule d̢۪eau. Le nombre moyen ainsi que la durÃ’©e de vie de ses liaisons permettent de comprendre la diffÃ’©rence entre les 3 Ã’©tats de l̢۪eau au niveau microscopique. II/ Les changements d’Ã’©tats de l̢۪eau : 1) Changement d’Ã’©tats : Les Ã’©tats de la matiÃ’¨re dÃ’©pendent de la tempÃ’©rature et de la pression. Gaz⇒Liquide = LiquÃ’©faction Gaz⇒Solide = Sublimation Liquide⇒Gaz = Vaporisation Liquide⇒Solide = Solidification Solide⇒Gaz = Condensation Solide⇒Liquide = Fusion 2) Diagramme d’Ã’©tat (P, T) : Un diagramme d’Ã’©tat (P, T) permet de dÃ’©terminer la phase dans laquelle se trouve l̢۪eau pour une pression P et une tempÃ’©rature T donnÃ’©e. Au niveau des courbes de fusion, de vaporisation et de sublimation, l̢۪eau existe dans les 2 Ã’©tats. L̢۪eau est caractÃ’©risÃ’©e par son point triple (610 Pa et 0.01 ðC) pour laquelle elle existe dans les 3 phases. Lorsque les phases liquide et vapeur coexiste, la vapeur au-dessus du liquide exerce sur lui une pression appelÃ’© pression de vapeur saturante. La pression de vapeur saturante se lit pour une valeur de tempÃ’©rature donnÃ’©e sur la courbe de vaporisation. 3) Ebullition et Ã’©vaporation : L’Ã’©bullition dÃ’©signe la transformation de l̢۪eau liquide en gaz quand on la chauffe. La tempÃ’©rature d’Ã’©bullition se lit sur le diagramme d’Ã’©tats quand la valeur de la pression de vapeur saturante est Ã’©gale Ã’ la pression de l̢۪aire ambiante. Si la pression de l̢۪air ambiant est infÃ’©rieure Ã’ 105 Pa alors la tempÃ’©rature d’Ã’©bullition de l̢۪eau est infÃ’©rieure Ã’ 100ðC. L̢۪agitation thermique permet Ã’ certaines molÃ’©cules de rompre leur liaison hydrogÃ’¨ne et de quitter la surface libre vers l̢۪air : - C̢۪est l’Ã’©vaporation. L’Ã’©vaporation Ã’ lieu Ã’ toute tempÃ’©rature et elle est favorisÃ’©e par une grande surface de contact avec l̢۪air, une ventilation de la surface libre et une tempÃ’©rature Ã’©levÃ’©e du liquide. 4) HygromÃ’©trie de l̢۪air : L̢۪hygromÃ’©trie caractÃ’©rise l̢۪humiditÃ’© de l̢۪air et dÃ’©pend de la quantitÃ’© d̢۪eau sous forme gazeuse prÃ’©sente dans l̢۪air humide. HR=100*Pvap/(Pvs(T)) Pvap : Pression de la vapeur de l̢۪eau dans l̢۪air Pvs(T) : Pression de vapeur saturante Ã’ la tempÃ’©rature T HR : HygromÃ’©trie exprimÃ’© en % L̢۪hygromÃ’©trie Ã’©volue entre 0%(Au sec) et 100ðC (Air saturÃ’©e) Elle diminue avec la tempÃ’©rature et l̢۪altitude III/ Echanges thermiques et chaleur latente : La quantitÃ’© de chaleur Q nÃ’©cessaire pour faire passer une masse m d̢۪une tempÃ’©rature initiale Ti Ã’ une tempÃ’©rature finale Tf est donnÃ’© par la relation : Q=m*c(Tf-Ti) Q : QuantitÃ’© de chaleur (J) m : masse en Kg c : capacitÃ’© calorifique massique en J*Kg-1*C-1 Lorsqu̢۪on augmente la tempÃ’©rature ou lorsqu̢۪on la diminue, un corps de masse m est susceptible de changer d’Ã’©tat. Pour qu̢۪il puisse changer d’Ã’©tat, il faut qu̢۪il Ã’©change de l’Ã’©nergie avec le milieu extÃ’©rieur. Cette Ã’©change d’Ã’©nergie dÃ’©pend de la masse et de l̢۪enthalpie de changement d’Ã’©tat notÃ’© L . Cela reprÃ’©sente l’Ã’©nergie qui doit Ã’ªtre fournit Ã’ 1 Kg de corps pur pour le transformer. ∆E= m*L ∆E : Ã’©nergie Ã’©changÃ’© avec le milieu extÃ’©rieur (J) m : masse du corps (Kg) L : enthalpie de changement d’Ã’©tat (J.Kg-1) Remarque : Lors d̢۪un changement d’Ã’©tat vers une phase plus condensÃ’©, un corps pur fournit de l’Ã’©nergie au milieu extÃ’©rieur, les enthalpies de changement d’Ã’©tat sont alors nÃ’©gative. Vaporisation Fusion Sublimation TempÃ’©rature (ðC) 1000 0 0 L (J.Kg -1 ) 2.26*10 6 334*10 3 2.83*10 6 Ex : Calculer Q pour faire passer 1 kg d̢۪eau de 20ðC Ã’ 120ðC Q=Q20ïƒ 100 + ∆E+ Q100ïƒ 120 Phase liquide+ Changement d’Ã’©tat+ Phase gazeux
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