Au programme de ce chapitre
- I. Les changements d'état
- II. La chaleur latente
- III. Pièges et entraînement
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition La chaleur latente L d'un changement d'état est l'énergie nécessaire pour faire changer d'état 1 kg d'un corps pur, à température constante. Pour une masse m :
Q = m × L (Q en J, m en kg, L en J/kg).
Pour l'eau : fusion Lf = 334 000 J/kg ; vaporisation Lv = 2 260 000 J/kg.
Q = m × L (Q en J, m en kg, L en J/kg).
Pour l'eau : fusion Lf = 334 000 J/kg ; vaporisation Lv = 2 260 000 J/kg.
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Un exemple corrigé
Exemple En été, la transpiration te rafraichit : en s'évaporant, la sueur absorbe de l'énergie à ta peau. À l'inverse, la vapeur d'une casserole qui se liquéfie sur ta main libère beaucoup d'énergie : une brulure par la vapeur à 100 °C est plus grave qu'une brulure par l'eau à 100 °C.
Lexique
- palier
- partie horizontale de la courbe de température pendant un changement d'état
- chaleur latente
- énergie pour changer l'état de 1 kg d'un corps pur, en J/kg
- liquéfaction
- passage de l'état gazeux à l'état liquide
- sublimation
- passage direct de l'état solide à l'état gazeux
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — utiliser m × c × ΔT pendant un palier. Pendant un changement d'état, ΔT = 0 : la formule m × c × ΔT donnerait 0 J, ce qui est faux. Il faut utiliser Q = m × L pour cette étape.
Piège — mauvaise unité pour L. Les chaleurs latentes se donnent parfois en kJ/kg : 334 kJ/kg = 334 000 J/kg. Si tu mélanges les unités, ton résultat est faux d'un facteur 1 000.
Attention Pendant que l'eau bout, augmenter le feu ne fait pas monter sa température au-dessus de 100 °C : l'eau bout seulement plus vite. Et la température d'ébullition dépend de la pression : en haute montagne, où la pression est plus faible, l'eau bout en dessous de 100 °C.
L'astuce du prof
Astuce — dessine la courbe de chauffe. Avant tout calcul, trace une courbe température–énergie avec des segments inclinés (chauffages) et des segments horizontaux (paliers). Chaque segment est une ligne de calcul, et tu ne risques plus d'en oublier un.
Exercices corrigés
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Exercice 1 — Quel changement d'état ?
Nomme le changement d'état dans chaque situation et indique si l'énergie est absorbée ou libérée par l'eau (ou le corps) : a) un glaçon fond dans ton verre ; b) de la buée se forme sur le miroir de la salle de bain ; c) du linge sèche sur un fil à l'air ; d) de l'eau gèle dans un moule à glaçons.
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a) Passage solide → liquide : fusion, énergie absorbée. b) La vapeur d'eau devient de l'eau liquide : liquéfaction, énergie libérée. c) L'eau liquide devient vapeur : vaporisation (évaporation), énergie absorbée. d) Liquide → solide : solidification, énergie libérée.
Exercice 2 — La fonte de la glace
Quelle énergie faut-il pour faire fondre 2,0 kg de glace déjà à 0 °C ? (Lf = 334 000 J/kg)
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La température ne change pas, donc seul le palier compte : Q = m × Lf = 2,0 × 334 000 = 668 000 J, soit environ 668 kJ.