Cours de Physique – Chimie Première S
Partie : Comprendre : Lois et modèles
Thème : Cohésion et transformation de la matière
Chapitre XIV
EFFETS PHYSIQUES DES TRANSFERTS THERMIQUES
Compétences attendues :
• Interpréter à l'échelle microscopique les aspects énergétiques d'une variation de température et d'un changement d'état.
• Pratiquer une démarche expérimentale pour mesurer une énergie de changement d'état.
• Interpréter l'évolution des températures de changement d'état au sein d'une famille de composés : exemple de l'eau.
I. États physiques et transfert thermique 1°) États physiques et changements d'état Un corps pur existe sous trois états physiques :
– à l'état solide, les particules sont ordonnées avec un aspect compact ; – à l'état liquide, les particules adoptent un aspect compact mais désordonné ; – à l'état gazeux, les particules sont dispersées et non ordonnées.
A pression constante, les changements d'état des corps purs se font à température constante.
A la température de transition, les deux états physiques peuvent coexister.
2°) Effets d'un transfert thermique
Ce transfert thermique peut avoir comme conséquences :
• une variation de la température des corps
• et/ ou un changement d'état physique.
Par convention, le transfert thermique qu'un système reçoit est positif alors que celui qu'un
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système cède est négatif. Il est noté Q.
Le transfert thermique cesse dès que les températures des deux corps sont égales. Cette température est appelée température d'équilibre thermique.
II. Interprétation microscopique des transferts thermiques 1°) Cas d'une variation de température
Immobile au niveau macroscopique, la matière, quelque soit son état physique, est animée au niveau microscopique de mouvements permanents. Ces mouvements augmentent lorsque la température de la matière augmente.
Ainsi, quand une substance reçoit de l'énergie par transfert thermique, l'agitation thermique des particules de cette substance augmente et on observe une augmentation de la température.
2°) Cas d'un changement d'état physique
Plus les interactions entre les particules sont fortes, plus les températures de changement d'état sont élevées.
III. Échange d'énergie
1°) Transfert thermique avec variation de température (capacité thermique d'un corps)
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2°) Transfert thermique avec changement d'état
La fusion, la vaporisation et la sublimation nécessitent un apport de chaleur (changement d'état endothermique) : Q > 0. Les chaleurs latentes correspondantes Lfus, Lvap et Lsub sont positives.
La solidification, la liquéfaction et la condensation s'accompagnent d'une libération de chaleur de la part du corps (changement d'état exothermique) : Q < 0. Les chaleurs latentes correspondantes Lsol, Lliq et Lcon sont négatives.
Lsol = - Lfus Llis = - Lvap Lcon = - Lsub
3°) Mesure des transferts d'énergie thermique
Les échanges thermiques ne se mesurent pas directement, mais ils se calculent grâce à la relation précédente.
Les variations de température obtenues lors d'un transfert thermique entre deux corps se mesurent dans un récipient, appelé calorimètre, dont la paroi ralentit considérablement les transferts thermiques entre l'intérieur et l'extérieur.
