Solidification et fusion de l'eau pure
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Quelles sont les caractéristiques de ces deux changements d’état ?
Quelles variations de température se produisent au cours d'une fusion ou d'une solidification ?
• Expérience
L’eau est placée dans un tube à essais lui-même plongé dans un mélange réfrigérant (doc. 1) constitué de glace pilée et de sel (sa température est inférieure à 0 °C).
La température est mesurée à l'aide d'un thermomètre électronique et notée à intervalles de temps réguliers mesurés à l’aide d’un chronomètre.
L'eau utilisée est la plus pure possible : il s'agit d'eau distillée.
- l'eau du robinet ne convient pas, car elle n'est pas pure (elle contient des minéraux et des gaz dissous) ;
- l'utilisation du thermomètre électronique est préférable à celle du thermomètre à alcool, car il permet une mesure plus rapide.
• Montage
On réalise le montage ci-dessous :
Doc. 1. Montage pour mesurer l'évolution de
la température lors de la solidification de l'eau.
• Mesures
On mesure la température de l'eau toutes les minutes. Ces valeurs sont présentées dans le tableau ci-dessous :
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Doc. 2. Mesures. |
Ces résultats (doc. 2) permettent de tracer la courbe montrant l'évolution de la température au cours du temps (doc. 3) :
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Doc. 3. Évolution de la température au cours du temps. |
• Observations
On observe qu'au contact du mélange réfrigérant, la température de l’eau diminue : l'eau se refroidit.
Lorsque la température atteint 0 °C, elle cesse temporairement de diminuer : la glace commence à apparaitre durant cette période.
Tant que l'eau liquide ne s'est pas entièrement transformée en glace, la température reste égale à 0 °C.
Sur le graphique précédent, ce phénomène correspond à la portion de droite horizontale que l'on appelle palier de température (doc. 4).
La température ne recommence à diminuer que lorsque toute l'eau est à l'état solide.
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Doc. 4. Palier de température. |
• Conclusion
Lorsque l'eau pure liquide se solidifie, sa température est de 0 °C, et cette température reste constante jusqu'à ce que toute l'eau liquide se soit transformée en glace.
On dit que la température de solidification de l'eau est de 0 °C.
La température reste constante lors de la solidification de l'eau pure, elle suit un palier.
Pour étudier la fusion de l'eau, on plonge un tube à essais contenant de la glace (constituée d'eau pure) dans de l'eau chaude, et on opère de la même manière que pour l'étude de la solidification : la température est mesurée régulièrement en utilisant un thermomètre électronique et un chronomètre.
• Montage
On réalise le montage dont le schéma est représenté ci-dessous :
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Doc. 5. Montage pour l'étude de la fusion de l'eau. |
• Mesures
Ces résultats permettent de tracer la courbe montrant l'évolution de la température au cours du temps (doc. 7).
• Observations
On observe qu'au contact de l'eau chaude, la température de la glace augmente.
Lorsque la température atteint 0 °C, elle cesse temporairement d'augmenter et l'eau liquide apparait.
Tant que la glace n'a pas entièrement fondu, la température reste égale à 0 °C.
Sur le graphique, ce phénomène correspond à la portion de droite horizontale que l’on appelle palier de température (doc. 8).
La température ne recommence à augmenter que lorsque toute l'eau est à l'état liquide.
On dit que la température de fusion de l'eau est de 0 °C.
Lorsque la glace et l'eau liquide coexistent, la température est de 0 °C : la fusion et la solidification de l'eau se font à température constante.
Pendant toute la durée du changement d'état, la température reste constante et les deux états de l'eau (solide et liquide) coexistent.
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