Les différents états de l eau Evaporation et condensation Ebullition Enthalpie de changement d état

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Jean Barrette
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1 Les différents états de l eau Evaporation et condensation Ebullition Enthalpie de changement d état

2 Etude de la bioclimatisation

3 Les états de l eau animation : C:\Users\LEYNAUD\Documents\T STI2D\HABITAT TERMINALE STI2D\TSTI2D - les fluides dans l'habitat \particule de gaz agitées dans un flacon.swf Etat solide Molécule d eau Etat gazeux Etat liquide

4 Les molécules d eau à l état liquide ou gazeux se déplacent (ou vibrent) à différentes vitesses. C est l agitation thermique, caractérisée par la température. mesure pression et volume d'un gaz dans un piston.swf Les molécules d eau s associent par des liaisons hydrogène : Le pôle négatif (atome d oxygène) d une molécule est attiré par les pôles positifs (atomes d hydrogène) des autres molécules. Le nombre de ces liaisons et leur durée de vie permet de comprendre la différence entre les trois états de l eau au niveau microscopique :

5 Les changements d état de l eau 1: solidification 2: sublimation 3: liquéfaction 4: fusion 5: vaporisation 6: condensation 6 2 Etat solide Etat gazeux Etat liquide

6 Diagramme d état cloche à vide.flv

7 Diagramme d état : Il permet de déterminer la phase dans laquelle se trouve l eau pour une pression et une température donnée Si la pression est inférieure à 1 atm, la température de vaporisation est elle inférieure ou supérieure à 100 C?

8 L agitation thermique permet à certaines molécules de rompre leurs liaisons hydrogène et de quitter la surface libre vers l air : c est l EVAPORATION. Elle a lieu à toute température. Elle est favorisée par : une grande surface de contact avec l air, La ventilation de la surface libre, La température élevée du liquide.

9 Lorsque les phases liquide-vapeur coexistent, la vapeur au dessus du liquide exerce sur lui une pression appelée pression de vapeur saturante Pvs. On lit sa valeur sur la courbe de vaporisation. L évaporation se produit à la condition que la pression due à la vapeur d eau Pvap se trouvant dans l air au dessus de l eau (pression partielle de la vapeur d eau) soit inférieure à la pression de vapeur saturante Pvs pour cette température. L hygrométrie caractérise l humidité de l air :

10 Application : Document : La réfrigération par évaporation La réfrigération par évaporation est une technologie de réfrigération connue depuis des millénaires : les cruches poreuses et les outres en peau rafraîchissent leur contenu par l'évaporation d'eau à leur surface. L évaporation est plus rapide lorsque la vapeur d eau formée est éliminée au fur et à mesure qu elle se forme. C est pourquoi, l évaporation est accélérée par les courants d'air balayant la surface de la cruche. D après

11 L'évaporation est une transformation physique qui nécessite un apport d'énergie : l'énergie est cédée par l'eau de la cruche : cette perte d'énergie entraîne un rafraichissement de l'eau de la cruche.

12 Exercice 1 : extrait d un forum Avec les connaissances acquises, répondez à Gloume.

13 Exercice 2 : Lecture d un diagramme d état Dans une habitation, l humidité contenu dans l air correspond à une pression P vap = Pa à la température de 20 C. sous quelle forme se trouve l eau dans ces conditions?

14 Exercice 2 : Lecture d un diagramme d état On ouvre le congélateur. L air au contact des parois se trouve alors à 17 C. Indiquer par un point sur le diagramme le nouvel état de l eau.

15 Exercice 2 : Lecture d un diagramme d état Quel est le nom de la transformation subie par l eau à la question précédente? Préciser le nom des courbes traversées.

16 Exercice 2 : Lecture d un diagramme d état Après une douche, la pression de la vapeur d eau dans l air de la salle de bain vaut P vap = Pa à 26 C. L air rencontre d autres éléments plus froids (miroir, murs ). Déterminer à l aide du diagramme, la température maximale des éléments rencontrés sur lesquels commencera la condensation.

17 L ébullition désigne la transformation d eau liquide en bulles de vapeur au sein du liquide quand on la chauffe. La température d ébullition se lit sur le diagramme (P,T) quand la pression de vapeur saturante est égale à la pression de l air.

18 Différences entre évaporation et ébullition : L'évaporation est différente de l ébullition qui est une transition rapide. Contrairement à l ébullition qui est un phénomène volumique (les bulles naissent dans le liquide), l'évaporation est un phénomène surfacique (les molécules à la surface passent d'un état à l'autre). Sous une pression donnée, l'ébullition a lieu à une température bien déterminée ce qui n'est pas le cas pour l'évaporation Évaporation et ébullition sont toutes les deux des vaporisations qui absorbent de l énergie thermique. l eau à l intérieur de la cruche fournit de l énergie à cette cruche humide, favorisant l évaporation extérieure

19 La chaleur latente, L, (ou enthalpie) de changement d état d un corps pur est l énergie qu il échange avec le milieu extérieur pour le changement de son unité de masse, à température constante. L s exprime en J.kg -1 ou kj.kg -1. Par exemple la chaleur latente de vaporisation de l eau à 100 C est la quantité de chaleur qu il faut fournir à 1 kg d eau liquide à 100 C pour obtenir 1 kg de vapeur à 100 C.

20 A l inverse, lorsqu un gaz se liquéfie, il libère la même quantité de chaleur que celle qui est nécessaire à sa vaporisation : L liq = L vap L vap de quelques corps purs usuels corps L vap (kj.kg -1 ) Température de vaporisation (P=1 atm) Eau C Ammoniac ,5 C Ethanol C Ether 451,4 35 C

21 Lors de son changement d état à température constante, une masse m échange avec l extérieur l énergie : ΔE (J) = m (kg).l (J.kg-1) Exercice : Sachant que la température de fusion du cuivre vaut 1083 C à la pression atmosphérique et que son enthalpie de fusion vaut L f = 205 kj.kg -1, calculer l énergie qui doit être transférer à un bloc de cuivre de 2,3 kg pour le faire fondre sans élever sa température.

22 Voir TP

23 Voir activité documentaire

24 Nathan page en devoir maison

25 Différencier les différentes transformations liquide-vapeur pour l eau : évaporation et ébullition ex 1 p. 46 Associer à un changement d état au niveau macroscopique à l établissement ou à la rupture d interactions entre entités au niveau microscopique ex 2 p. 46 Utiliser un diagramme d état (p,t) pour déterminer l état d un fluide lors d une transformation ex 3 p. 46 Utiliser l enthalpie de changement d état pour effectuer un bilan énergétique ex 4 p. 46 Synthèse : ex 8 p. 47 ex 9 p. 48

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