Définitions
:
Un corps physique peut prendre 3 états
:
Solide, liquide ou gazeux.
Chaque passage d'un état à l'autre
s'appelle changement d'état.

La fusion :
|
C'est le passage de l'état
solide à l'état liquide. Ce
changement d'état s'obtient en apportant
de la chaleur au corps que l'on désire
faire changer d'état. Pour l'eau,
on dira que la glace fond. |
La vaporisation :
|
C'est le passage de l'état
liquide à l'état gazeux. Ce
changement d'état s'obtient en apportant
de la chaleur au corps que l'on désire
faire changer d'état. Pour l'eau,
on dira qu'elle bout. |
La condensation :
|
C'est le passage de l'état
gazeux à l'état liquide. Pour
réaliser ce changement d'état,
le corps doit céder de la chaleur. |
La solidification
:
|
C'est le passage de l'état
liquide à l'état solide.Pour
réaliser ce changement d'état,
le corps doit céder de la chaleur.
On dira pour l'eau qu'elle gèle. |
La sublimation :
|
C'est le passage direct l'état
solide à l'état gazeux sans
passer par l'état liquide. Pour réaliser
ce changement d'état, le corps doit
prendre de la chaleur au milieu ambiant.
ce changement d'état s'obtient dans
des conditions de pression et de température
particulières. Le coprs le plus connu
qui réalise ce changement d'état
est la naphtaline (boule anti-mîtes). |
Exemple
de l'eau :
Si nous partons d'un bloc de glace
de 1kg à -20°C, sous pression atmosphérique,
et que nous le chauffons. Nous allons rencontrer
plusieurs étapes fondamentales dans la
transformation de ce bloc de glace...

De A à B :
La température de la glace augemente
régulièrement pour atteindre 0°C.
La chaleur apportée et nécessaire
à cette étape est de 41,8 kJ.
C'est de la chaleur sensible (la température
augmente).
En B :
On a un bloc de glace de 1kg à 0°C.
De B à C :
A 0°C, la 1ère goutte de liquide
apparaît et la glace commence à
fondre. Pendant toute la fonte de la glace,
le mélange liquide/solide aura une température
rigouresement égale à 0°C.
La chaleur apportée est de 335 kJ, c'est
de la chaleur latente (la température
reste constante).
En C :
On a 1kg d'eau entièrement liquide à
0°C.
De C à D :
La température de l'eau s'élève
progressivement jusqu'à atteindre 100°C.
Pour réaliser cette augmentation de température,
nous devons apporter 419 kJ. C'est de la chaleur
sensible.
En D :
On a 1kg d'eau entièrement liquide à
100°C, c'est du liquide saturé.
De D à E :
A 100°C, comme nous continuons à
apporter de la chaleur, l'eau se met a bouillir
et la première molécule de vapeur
apparaît. C'est le début de l'évaporation.
La température reste constante pendant
tout le changement d'état. Quand la dernière
goutte de liquide s'évapore, le changement
d'état sera terminé, nous aurons
apporté 2257 kJ de chaleur latente.
En E :
Nous avons 1kg de vapeur à 100°C,
c'est de la vapeur saturée.
Après E :
Si on continue à chauffer la vapeur,
la tempéraure continue d'augementer nécessitant
1,9 kJ/kg.K.
Evolution
des températures de changements d'état
en fonction de la pression :

Plus la pression est élevée
et plus la tempéraure du changement d'état
augemente.
Exemple : à 1,5 bar l'eau bout à
110°C
Notion
d'enthalpie :

Nous avons vu qu'il fallait apporter
2257 kJ de chaleur à l'eau pour l'évaporer
et donc la convertir en 1kg de vapeur à
100°C. Si nous ajoutons les 419 kJ nécessaires
pour chauffer 1kg d'eau de 0 à 100°C,
on obtient alors 2676 kJ, la teneur en chaleur
ou en enthalpie d'1 kg de vapeur saturée
à 100°C. (Le point 0 de l'échelle
d'enthalpie est fixé à une température
de matière de 0°C).
Notion
de surchauffe :

Si nous ajoutons de la chaleur
à la vapeur saturée sèche
à 100°C, il se produit une augmentation
de température appelée surchauffe.
La chaleur de surchauffe est de la chaleur sensible.
pour augmenter 1kg de vapeur sèche à
100°C de 15K, on doit fournir 28,3 kJ. L'enthalpie
de cette vapeur d'eau à 115°C est
de 2676+28,3=2704,3 kJ.
Notion
de sous-refroidissement :
De même si on extrait de
la chaleur à de l'eau qui vient de se
condenser, on la sous-refroidit. Ainsi sous
pression atmosphérique, de l'eau à
80°C est sous-refroidit de 20°C.
L'enthalpie de l'eau à 80°C est de
:
h = 419-20x419/100 = 335,2 kJ/kg.
|