Changements d’État de l’Eau

Changements d’État de l’Eau

Comprendre les Changements d’État de l’Eau

Nous allons étudier les changements d’état de l’eau. L’eau peut exister en trois états : solide (glace), liquide (eau) et gazeux (vapeur). Ces changements d’état sont accompagnés de variations d’énergie.

Données :

  • La chaleur latente de fusion de la glace (passage de solide à liquide) est de 334 J/g.
  • La chaleur latente de vaporisation de l’eau (passage de liquide à gaz) est de 2260 J/g.
  • La masse d’eau utilisée dans cet exercice est de 100 g.

Questions :

  1. Fusion de la Glace :
    • Calculez la quantité d’énergie nécessaire pour faire fondre complètement 100 g de glace à 0°C en eau à 0°C.
  2. Vaporisation de l’Eau :
    • Après avoir fondu, cette même quantité d’eau est chauffée jusqu’à ce qu’elle se vaporise complètement. Calculez la quantité d’énergie nécessaire pour vaporiser complètement 100 g d’eau à 100°C en vapeur d’eau à 100°C.
  3. Réflexion :
    • Comparez la quantité d’énergie nécessaire pour chacun des changements d’état (fusion et vaporisation) et discutez pourquoi l’une nécessite plus d’énergie que l’autre.
  4. Application Réelle :
    • Expliquez comment ces concepts s’appliquent dans un processus quotidien comme la cuisson des aliments ou le cycle de l’eau dans la nature.

Correction : Changements d’État de l’Eau

1. Fusion de la Glace

Formule à utiliser :

\[ Q = m \times L \]

  • \( m = 100 \, \text{g} \) (masse de la glace)
  • \( L = 334 \, \text{J/g} \) (chaleur latente de fusion de la glace)

Calcul :

\[ Q = 100 \, \text{g} \times 334 \, \text{J/g} \]
\[ Q = 33400 \, \text{J} \]

Interprétation :

Il faut 33 400 joules d’énergie pour faire fondre complètement 100 g de glace en eau à 0°C.

2. Vaporisation de l’Eau

Formule à utiliser :

\[ Q = m \times L \]

  • \( m = 100 \, \text{g} \) (masse de l’eau)
  • \( L = 2260 \, \text{J/g} \) (chaleur latente de vaporisation de l’eau)

Calcul :

\[ Q = 100 \, \text{g} \times 2260 \, \text{J/g} \]
\[ Q = 226000 \, \text{J} \]

Interprétation : Il faut 226 000 joules d’énergie pour vaporiser complètement 100 g d’eau en vapeur à 100°C.

3. Comparaison et Discussion

Réflexion :

La quantité d’énergie nécessaire pour la vaporisation (226 000 J) est nettement plus élevée que celle nécessaire pour la fusion (33 400 J).

Ceci s’explique car la vaporisation nécessite de rompre davantage de liaisons entre les molécules d’eau (passage de l’état liquide à gazeux) comparé à la fusion, où les molécules passent simplement de l’état solide à liquide, ce qui requiert moins d’énergie.

4. Application Réelle

Exemple :

  • Cuisson des aliments : Quand on fait bouillir de l’eau pour cuire des pâtes, l’énergie fournie par la cuisinière est d’abord utilisée pour amener l’eau à ébullition (fusion, si l’eau était glacée, puis élévation de la température), puis pour la vaporiser partiellement (vaporisation). Cette chaleur aide à cuire les aliments.
  • Cycle de l’eau : Dans la nature, l’énergie solaire cause l’évaporation de l’eau des océans, lacs et rivières (vaporisation). L’eau condense ensuite pour former des nuages (condensation, inverse de la vaporisation) et retombe sur la terre sous forme de précipitations (pluie, neige), complétant le cycle.

Changements d’État de l’Eau

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