Physique thermique

Fusion, vaporisation, condensation

Lors d'un changement d'état, une substance absorbe ou cède une chaleur latente ; à pression fixe, la température d'un corps pur reste généralement constante pendant la transition.

La glace fond en eau liquide, qui se vaporise en gaz ; la vapeur peut se condenser en liquide. L'énergie échangée modifie l'organisation et l'espacement des molécules, pas nécessairement la température.

Courbe de chauffage

Près de 1 atm, la glace chauffée atteint 0 °C puis sa température reste presque constante pendant la fusion. L'eau liquide se réchauffe jusqu'à l'ébullition ; pendant la vaporisation, elle reçoit encore de la chaleur à température presque constante.

Vérification rapide

Pendant la fusion de la glace à pression ordinaire, le mélange reste près de 0 °C même si l'énergie continue d'entrer. Cette énergie réorganise les molécules et affaiblit leurs attractions ; ce n'est qu'une fois toute la glace fondue que l'énergie supplémentaire réchauffe l'eau liquide. De même, à l'ébullition, la chaleur latente de vaporisation permet aux molécules de quitter la phase liquide. Pour une masse $m$, l'énergie de fusion ou de vaporisation vaut $Q=mL$, où $L$ dépend de la substance et du processus. La condensation libère la chaleur latente correspondante vers le milieu. Sur un graphique température-temps, un palier peut marquer un changement d'état pour un corps pur à pression constante. N'appliquez pas $Q=mc\Delta T$ pendant le changement d'état lui-même. Pour plusieurs étapes, calculez séparément chauffage sensible et chaleur latente, puis additionnez avec des signes cohérents.

Pour faire fondre entièrement 0,10 kg de glace à 0 °C avec $L_f=334$ kJ/kg, il faut $Q=mL_f=33,4$ kJ. Si l'on chauffe ensuite l'eau, calculez séparément l'énergie nécessaire à sa hausse de température. En situation réelle, la pression peut modifier le point d'ébullition et les impuretés le point de fusion.