Simulateur de courbe de chauffe et de changements d’état
Équations de cette simulation
| m | Masse d'eau m (grammes) | ||
|---|---|---|---|
| c | capacité thermique massique | glace 2,09, eau liquide 4,18, vapeur 2,01 J/(g·K) : l'eau demande plus de chaleur par degré que presque tout le reste | |
| ΔT | change in temperature | seulement tant qu'il n'y a qu'une phase ; pendant un changement d'état, la température ne bouge pas |
Avec les valeurs actuelles :
| L_f | chaleur latente de fusion | 334 J/g : l'énergie pour défaire le cristal sans le réchauffer | |
|---|---|---|---|
| L_v | chaleur latente de vaporisation | 2 257 J/g, presque sept fois L_f : séparer complètement les molécules coûte bien plus que les desserrer | |
| Q | chaleur fournie jusqu'ici | la puissance de chauffe multipliée par le temps |
Avec les valeurs actuelles :
| P | Puissance de chauffe P (watts ; négative refroidit) | un watt est un joule par seconde | |
|---|---|---|---|
| t | durée de chaque étape | les paliers sont longs parce que les chaleurs latentes sont grandes |
Avec les valeurs actuelles :
Comment utiliser le simulateur de courbe de chauffe
- Réglez la masse d’eau, sa température de départ et la puissance de chauffe. Elle commence sous forme de glace : les molécules sont dans un cristal, chacune vibrant autour de sa place, et elles vibrent plus fort à mesure que la température monte.
- À 0 °C, la température s’arrête pendant que la glace fond : la chaleur sert à défaire le cristal, et les molécules se libèrent une à une dans le liquide. À 100 °C, elle s’arrête de nouveau pendant que l’eau bout et que les molécules s’envolent en vapeur. Le graphique trace la courbe de chauffe en fonction de la chaleur fournie, par-dessus la courbe complète en gris, avec ses deux paliers.
- Mettez la puissance en négatif pour retirer de la chaleur et parcourir la courbe à l’envers, avec la solidification et la condensation. Les équations additionnent la chaleur de chaque étape d’après les capacités thermiques et les chaleurs latentes ; le Calcul de chaleur massique donne Q = mcΔT pour n’importe quelle substance.
Questions fréquentes
Pourquoi la température reste-t-elle fixe pendant que la glace fond ?
Parce que toute la chaleur sert à rompre les liaisons qui tiennent les molécules dans le cristal, et non à les faire bouger plus vite. La température mesure l’énergie cinétique moyenne des molécules, qui ne change pas tant que le dernier morceau de glace n’a pas fondu. La chaleur absorbée est la chaleur latente de fusion, 334 J par gramme.
Qu’est-ce que la chaleur latente ?
L’énergie qu’une substance absorbe ou cède en changeant d’état à température constante. Pour l’eau, la chaleur latente de fusion vaut 334 J/g et celle de vaporisation 2 257 J/g. Les mêmes quantités sont rendues lors de la solidification et de la condensation, c’est pourquoi la vapeur brûle bien plus que l’eau bouillante à la même température.
Pourquoi l’ébullition prend-elle tellement plus de temps que la fusion ?
Parce que la chaleur latente de vaporisation vaut presque sept fois celle de fusion. Fondre ne fait que desserrer les molécules pour qu’elles glissent les unes sur les autres ; bouillir doit les séparer complètement malgré leur attraction mutuelle. Porter 100 g d’eau de 0 °C à ébullition demande 42 kJ ; la vaporiser entièrement, 226 kJ de plus.
Comment calculer la chaleur d’une courbe de chauffe ?
Additionnez chaque étape : réchauffer la glace (m × 2,09 × ΔT), la faire fondre (m × 334), réchauffer l’eau (m × 4,18 × ΔT), la faire bouillir (m × 2 257) et réchauffer la vapeur (m × 2,01 × ΔT), avec m en grammes. Divisez par la puissance de chauffe en watts pour obtenir le temps en secondes ; les équations sous le dessin le font pour vos réglages.
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