🧊 L'énergie d'un changement d'état : Q = m·L
Pour faire fondre un glaçon, il faut lui donner de l'énergie… et pourtant sa température ne bouge pas d'un poil ! Où passe toute cette énergie ? Chauffe, refroidis, compare la glace, le fer et la carboglace : la réponse tient en trois lettres, Q = m·L.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Pendant tout le changement d'état, le thermomètre reste bloqué : l'énergie reçue ne sert pas à chauffer, elle sert à défaire (ou à refaire) les liaisons entre les entités.
- Le point du graphique avance sur une droite qui passe par l'origine : l'énergie Q est proportionnelle à la masse transformée m. Le coefficient de proportionnalité est l'énergie massique de changement d'état L (la pente).
- Garde plusieurs essais : la droite de la vaporisation de l'eau est presque 7 fois plus pentue que celle de sa fusion, et celle du plomb est presque à plat (Lfus = 23 kJ/kg seulement).
- En fusion, vaporisation et sublimation, l'énergie entre dans le récipient (Q > 0, transformation endothermique). En solidification, liquéfaction et condensation, elle en sort (Q < 0, exothermique).
- Plus la puissance P de la plaque est grande, plus la transformation est rapide : la durée vaut Δt = |Q| / P, mais l'énergie totale Q ne change pas.
Expériences à faire
- Double la masse de glace : l'énergie nécessaire double-t-elle ? Vérifie sur le graphique.
- Fais fondre 1 kg de glace, puis vaporise 1 kg d'eau : combien de fois plus d'énergie faut-il pour la vaporisation ?
- Compare la fusion de 1 kg de fer et de 1 kg de plomb. Lequel demande le plus d'énergie ?
- Choisis la liquéfaction de la vapeur d'eau : pourquoi une brûlure par la vapeur à 100 °C est-elle plus grave qu'une brûlure par l'eau à 100 °C ?
- Avec « ✏️ Mon espèce », entre les valeurs du mercure ou de l'or et prévois l'énergie avant de lancer la transformation.
La physique derrière l'animation
- Énergie échangée lors d'un changement d'état d'une masse m d'un corps pur : Q = m × L, avec Q en joules (J), m en kilogrammes (kg) et L en J/kg (énergie massique de changement d'état).
- Exemple : faire fondre 200 g de glace demande Q = 0,200 kg × 334 × 103 J/kg = 6,68 × 104 J = 66,8 kJ.
- Q > 0 : le système reçoit de l'énergie (fusion, vaporisation, sublimation : endothermiques). Q < 0 : il en cède (solidification, liquéfaction, condensation : exothermiques). Ainsi Lsolidification = −Lfusion.
- Pour un corps pur, la température reste constante pendant le changement d'état (sous pression constante) : c'est le palier de température.
- Avec une source de puissance P constante, Q = P × Δt, d'où la durée Δt = |Q| / P. Données : eau Lfus = 334 kJ/kg, Lvap = 2 257 kJ/kg ; fer Lfus = 247 kJ/kg ; plomb Lfus = 23 kJ/kg ; CO2 Lsub = 571 kJ/kg.
D'autres animations
De la glace à la vapeur : les changements d'état
Chauffe un bloc de glace jusqu'à la vapeur : paliers à 0 °C et 100 °C, énergie reçue et molécules qui se libèrent, en direct.
Manipuler →La centrale nucléaire : de la fission à l'électricité
Suis l'énergie dans une centrale nucléaire : cœur, générateur de vapeur, turbine, alternateur, condenseur et tour. Rendement η = P_e / P_th ≈ 33 %.
Manipuler →La chaîne énergétique et le rendement
Des grains d'énergie traversent une chaîne de convertisseurs et une partie s'échappe à chaque étape : le rendement global est le produit des rendements.
Manipuler →Et maintenant, on passe aux choses sérieuses ? 😉
ExpoSinus est un site d'éducation : les jeux et les articles sont là pour donner envie, les cours et les exercices pour progresser vraiment.