PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 THEME 1 : LA MATIERE CHAPITRE 3 : les changements d’état Objectif du CHAPITRE 3 : Connaître le nom des changements d’état. Savoir que la température est constante pendant le changement d’état d’un corps pur. Savoir que pendant un changement d’état, le volume change mais la masse reste constante Savoir tracer et lire un graphique Connaître la carte d’identité de l’eau Savoir que la température de changement d’état dépend de la pression Connaître la définition d’un corps pur I. INTRODUCTION Le passage d’un état d’agitation moléculaire faible à un état plus élevé (d'un état de la matière à un autre) impose d’introduire de l’____________________ au sein des molécules (on parle de chaleur). Inversement, le passage d’un état d’agitation élevé à un état plus faible ____________________- cette chaleur. L'exemple classique : lorsque je désire faire bouillir de l'eau, pour cuisiner, je dois allumer la plaque chauffante. En réalité, la plaque chauffante apporte de l'énergie (chaleur) à l'eau qui l'utilise d'abord pour augmenter sa température et lorsque toute l'eau liquide est arrivée à une température de 100°C, l'eau passe alors de l'état liquide à l'état gazeux (vapeur d'eau). • • Le passage de l’état solide à l’état liquide demande que l'on apporte de l'énergie à l'eau. Le passage de l’état liquide à l’état gazeux consomme également de l'énergie. II. LE PASSAGE : SOLIDE LIQUIDE Définition : On appelle ___________________________________________le passage d’un état à un autre. _____________________________ : C’est le passage de l’état liquide à l’état solide. De l’eau placée au congélateur se solidifie. Huile quand il fait froid, lave arrivant dans l’océan… _____________________________ : C’est le passage de l’état solide à l’état liquide. Des glaçons fondent dans un verre. Beurre dans une poêle… 1 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 Fusion Solide Liquide Solidification 1. Solidification de l’eau pure On étudie la température lors du refroidissement de l’eau pure. Mesures : Refroidissement l’eau. t (min) T (°C) État de l’eau 0 20 L 1 10 L 2 5 L 3 1 L 4 5 6 0 0 0 L+S L+S L+S 1èr cristal de glace 7 0 L+S 8 0 L+S 9 10 11 -0.5 -1 -5 S S S Toute l’eau est solide Etude de la température lors de la solidification de l'eau pure T ( °C ) 20 1ère goutte d’eau 15 Toute l’eau est liquide 10 5 0 t ( min ) 0 2 4 6 8 10 12 -5 -10 Étude du graphique : La température est________________________ Elle diminue jusqu'à 0°C. L’eau est à l’_____________________ ___________________________. La température reste égale à 0°C. La glace commence à se former. L’eau est à l’___________________ ______________________ + _________________________ La température est négative et diminue de nouveau. Toute l’eau s’est solidifiée. L’eau est à l’____________________ _____________________________ 2 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 Conclusion : La solidification de l’eau pure s’effectue à _____________. °C. La température reste ______________________pendant la fusion. Tsol (eau, °C) = 0 °C 2. Fusion de la glace pure. Mesures : Réchauffement de la glace. t (min) T (°C) État de l’eau 6 T (°C) 0 -6 S 1 -4 S 2 -2 S 3 -1 S 4 5 6 0 0 0 S+L S+L S+L 1ère goutte d’eau 7 0 S+L 8 9 10 11 0 1 4 10 S+L L L L Toute l’eau est liquide Etude de la température en fonction du temps. 4 2 0 0 2 4 6 8 10 t (min) 12 -2 -4 -6 -8 Étude du graphique : Au départ de l'expérience, le bloc de glace a une température plus basse que sa température de fusion. Toute l'énergie, la chaleur apportée va servir à augmenter la température du bloc de glace. La température est ___________________ Elle augmente jusqu'à 0°C. L’eau est à l’________________ ___________________________ 3 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 Lorsque le bloc de glace est arrivé à la température de fusion de la glace (0°C), toute l'énergie va maintenant servir à faire passer l'eau de l'état solide à l'état liquide (la glace rentre en fusion). Il n'y a pas d'augmentation de température car toute l'énergie apportée est utilisée pour réaliser le changement d'état. Durant cette phase, de l'eau sous forme solide et sous forme liquide vont être présentes dans le milieu. La température reste égale à 0°C. La glace commence à _____________________ : État ___________________+ _____________________ Lorsque toute l'eau est passée sous forme liquide, la chaleur apportée va être utilisée afin d'augmenter la température du liquide La température est positive et augmente de nouveau. Toute la glace a fondu. L’eau est à l’_________________________ Conclusion : La fusion de la glace s’effectue à 0°C. La température reste ________________________pendant la fusion. Tfus (glace, °C) = 0 °C 3. Masse et volume Le volume varie-t-il lors d’un changement d’état ? ……………………….. Application : C’est pour cette raison qu’une bouteille pleine d’eau, mise au congélateur, se casse. C’est aussi l’origine de l’expression populaire « un froid à fendre les pierres. » Les pierres contenant des microfissures, l’eau peut s’y infiltrer. Lorsqu’il fait suffisamment froid (maximum 0°C) l’eau gèle dans les microfissures et casse la pierre car le volume de la glace est plus important que celui de l’eau. 4 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 La masse varie-t-elle lors d’un changement d’état ? ……………………….. 4. Étude d’un autre corps que l’eau : le cyclohexane Voici la courbe de solidification d’un corps pur autre que l’eau : le cyclohexane 1. Comment évolue la température au cours du temps ? ___________________________________ 2. Sur la courbe, distinguer les trois phases étudiées. 3. A quelle température la solidification se produit-elle ? __________________________________ Conclusion : La température de changement d’état d’un corps pur est constante et caractérise ce corps 5 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 III. LE PASSAGE : LIQUIDE GAZEUX __________________________ : C’est le passage de l’état liquide à l’état gazeux. Lorsqu’on chauffe de l’eau dans une casserole, elle bout et se transforme en gaz. __________________________ : C’est le passage de l’état gazeux à l’état liquide. Une bouteille sortie du réfrigérateur se couvre de gouttes de liquide. La vapeur d’eau contenue dans l’air se transforme en eau liquide au contact de la bouteille froide. Vaporisation Liquide Gaz Liquéfaction 1. Vaporisation de l’eau pure. t (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 T (°C) 24 27 31 36 45 56 68 79 8 9 10 11 12 91 100 100 100 100 Etude de la température lors de la vaporisation de l'eau pure. T (°C) 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 t (min) Étude du graphique : La température est positive. Elle augmente jusqu'à 100°C. L’eau est à l’état liquide. Quand l'eau liquide atteint la température d'ébullition de l'eau (100°C), toute l'énergie (la chaleur apportée) va être utilisée par les molécules d'eau afin de passer de l'état liquide à l'état gazeux. De l'eau à l'état liquide et à l'état gazeux vont être présente durant toute la vaporisation. La température reste égale à 100°C. L’ébullition commence : L’eau est à l’état ____________________+________________________________- 6 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 Si on continuait de chauffer, une fois que toute l’eau s’est vaporisée, la température de la vapeur augmenterait. Conclusion : La vaporisation de l’eau pure s’effectue à________________°C. La température reste ______________________pendant la vaporisation. Tvap (eau, °C) = 100 °C 2. L’eau bout-elle toujours à 100 °C ? 1. A quelle température l’eau bout-elle lorsque la pression est de 1 013 hPa (pression normale à Lausanne) ? ____________________________ 2. Quelle est pour le montage ci-dessus, la température de changement d’état ? ____________. 3. A ton avis, en haut du Mont-Blanc, l’eau bout-elle à une température supérieure ou inférieure à 100°C ? ___________________________ 7 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 Conclusion : La température de vaporisation d’un corps dépend de la………………………………. La température de vaporisation diminue quand la pression diminue. L’eau ne bout à 100°C qu’à la pression atmosphérique normale. IV. QU’EST-CE QU’UN CORPS PUR ? 1. Le modèle particulaire La matière est constituée de molécules. Un corps pur est constitué de molécules__________________________ L’eau pure est constituée uniquement de molécules d’eau, toutes identiques. Le cyclohexane est constitué lui aussi de molécules toutes identiques entre elles (mais différentes des molécules d’eau). Un __________________________________n’est pas constitué de molécules identiques (exemple : eau salée) Corps pur Mélange Exemple : mélange d’eau et de sel 8 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 Comparer ce graphique avec celui de la température de vaporisation de l’eau pure _______________________________________________________________________________________________ Conclusion : Lorsqu’un mélange change d’état, sa température ne reste pas constante au cours du temps, contrairement à un corps pur. 2. Critère de pureté Nous avons vu que chaque changement d’état de l’eau pure se fait à une température constante particulière. Chaque changement d’état d’un corps pur se produit à température constante caractéristique de ce corps. Corps Tf (°C) Teb (°C) Eau 0 100 Cyclohexane 6 81 Alcool -117 79 Fer 1535 2750 3. Carte d’identité de l’eau pure Nom : Eau Couleur : incolore Odeur : inodore Saveur : insipide Tfus = 0 °C Teb = 100 °C Masse de 1 L = 1kg 9 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 V. LES RISQUES ET LA SECURITE 1. Sous la pression atmosphérique normale, au moment du dégel, quelle température faut-il attendre pour le dégel ? ……………………………………………………………………………… 2. Comment appelle-t-on le passage de l’état solide à l’état liquide ? ……………………………………………… 3. Pourquoi la route peut-elle se fissurer lors du gel ? ……………………………………………………………………………… 4. Quelle solution proposer pour éviter, ou limiter le risque lié au dégel : ………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 5. Quelle température faut-il atteindre pour qu’il y ait transformation de l’eau liquide en vapeur sous pression atmosphérique normale ? ……………………………………… 6. A l’intérieur de la chaudière, la pression est-elle supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique ? ……………………………………………………. 7. A quoi doit-on ce phénomène ?............................................................................................................ 8. En quoi le fait d’augmenter la pression à l’intérieur d’une enceinte fermée comporte-il un risque ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Conclusion : 10 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 VI. EXERCICES D’APPLICATION Exercice 1 Exercice 2 11 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 Exercice 3 Exercice 4 12 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 Exercice 5 13 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 Exercice 6 14 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE - THEME 1 chapitre 3 Exercice 7 Exercice 8 15 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG PHYSIQUE – THEME 1 – chapitre 3 16 PHYSIQUE - THEME 1- chapitre 3 F.FRENO 9VG
