Changements d’état

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

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 (L_v) 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 : 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 (L_f). 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 (L_v).