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Chaleur latente massique – fusion et vaporisation de l'eau

PhysiqueThermodynamique et gaz17–18 ansLaboratoire virtuel

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Un chauffe-eau électrique de puissance P chauffe m kg de glace à partir de −10 °C jusqu'à ce qu'elle ait entièrement fondu, que l'eau bouille et se soit entièrement vaporisée. Un thermomètre et un chronomètre donnent une courbe T(t) avec deux paliers horizontaux à 0 °C et 100 °C. À partir de la durée de ces paliers, les élèves calculent λ = P·Δt/m et L = P·Δt/m, les comparent à 3,34·10⁵ J/kg et 2,26·10⁶ J/kg et constatent l'effet des pertes thermiques.

Leçon : Chaleur latente massique de fusion et de vaporisation

Ce qu’elle montre

Pendant un changement d'état, une substance absorbe de l'énergie sans que sa température varie : cette énergie sépare les particules au lieu d'augmenter leur vitesse. L'énergie nécessaire par kilogramme est la chaleur latente massique : Q = m·λ pour la fusion et Q = m·L pour la vaporisation. Ici, de la glace à −10 °C est chauffée à puissance connue ; la courbe d'échauffement présente des paliers à 0 °C et 100 °C, dont la durée donne λ et L. Une partie de l'énergie du chauffage étant perdue vers l'extérieur, les résultats bruts sont trop grands ; on les corrige en les multipliant par le rendement H.

Mode d’emploi

Réglez Puissance du chauffage, Masse de glace et Rendement du transfert thermique H, puis cliquez sur Lancer. Le temps est accéléré, mais l'horloge indique la durée réelle de l'expérience. Observez la courbe former un palier à 0 °C et à 100 °C ; le tableau enregistre chaque palier automatiquement. Les élèves peuvent aussi chronométrer un palier eux-mêmes avec les boutons Chronométrer et Arrêter. Comparez les valeurs mesurées aux valeurs de référence, d'abord avec H = 100 %, puis avec un rendement plus faible.

Paramètres modifiables

  • Puissance du chauffage 200–2000 W
  • Masse de glace 0,05–0,5 kg
  • Rendement du transfert thermique H 50–100 %
  • Accélération du temps 10–200 ×

Questions à explorer

  1. Pourquoi la température reste-t-elle à 0 °C pendant la fusion de la glace, alors que le chauffage fournit toujours de l'énergie ?
  2. Combien de fois environ le palier d'ébullition est-il plus long que celui de fusion, et pourquoi ?
  3. Les pertes thermiques rendent-elles la valeur mesurée de λ plus grande ou plus petite que la vraie valeur ? Pourquoi ?

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