Les différents états de l eau Evaporation et condensation Ebullition Enthalpie de changement d état
Etude de la bioclimatisation
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
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 :
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 1 4 3 5 Etat liquide
Diagramme d état cloche à vide.flv http://cpge.pissarro.free.fr/videosphysique/evaporationendothermique.html http://cpge.pissarro.free.fr/videosphysique/ebullitionbassepression.html
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?
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.
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 :
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 www.thermagen.com
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.
Exercice 1 : extrait d un forum Avec les connaissances acquises, répondez à Gloume.
Exercice 2 : Lecture d un diagramme d état Dans une habitation, l humidité contenu dans l air correspond à une pression P vap = 1 400 Pa à la température de 20 C. sous quelle forme se trouve l eau dans ces conditions?
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.
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.
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 = 3 000 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.
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.
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
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.
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 2 257 100 C Ammoniac 1 371-33,5 C Ethanol 904 79 C Ether 451,4 35 C
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.
Voir TP
Voir activité documentaire
Nathan page 97-98 en devoir maison
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