Température, chaleur et changements d'état
Température et thermomètres, transferts thermiques (conduction, convection, rayonnement), isolants et conducteurs, les trois états de la matière et les changements d'état, paliers de température d'un corps pur, applications en cuisine et dans le bâtiment.
1. Température et chaleur
Définition
La température se mesure avec un thermomètre, en degrés Celsius (°C). La chaleur (ou transfert thermique) est de l'énergie qui passe spontanément du corps le plus chaud vers le plus froid, jusqu'à l'égalité des températures.
Propriété · Trois modes de transfert
Conduction : à travers la matière (le manche métallique d'une casserole chauffe). Convection : par déplacement d'un fluide (air chaud qui monte, four à chaleur tournante). Rayonnement : sans contact (soleil, salamandre de cuisine, radiateur infrarouge). Les isolants (laine de verre, polystyrène, bois, air immobile) ralentissent les transferts ; les métaux sont de bons conducteurs.
2. Les états de la matière
Propriété · Changements d'état
La matière existe à l'état solide, liquide ou gazeux. Fusion (solide → liquide), solidification (liquide → solide), vaporisation (liquide → gaz : ébullition ou évaporation), liquéfaction ou condensation (gaz → liquide). Lors d'un changement d'état, la masse se conserve mais le volume peut changer (l'eau augmente de volume en gelant).
Propriété · Paliers d'un corps pur
Pendant le changement d'état d'un corps pur, la température reste constante : l'eau fond à $0\,{}^\circ\text{C}$ et bout à $100\,{}^\circ\text{C}$ (à la pression atmosphérique normale). Un mélange (eau salée) n'a pas de palier net.
Expérience · Suivre la fusion de la glace
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Sens du transfert
★☆☆On pose une casserole chaude sur un plan de travail froid. Dans quel sens va la chaleur ?
Mode de transfert
★☆☆Mode de transfert : a) le manche d'une louche chauffe ; b) l'air chaud monte dans un four ; c) une salamandre gratine un plat.
Isolant ou conducteur
★☆☆Classer : cuivre, laine de verre, aluminium, bois, polystyrène.
Manique
★☆☆Pourquoi utilise-t-on une manique en tissu épais pour sortir un plat du four ?
Isolation d'une maison
★★☆Pourquoi isole-t-on les combles d'une maison ?
États
★☆☆Donner l'état physique de l'eau à $-10\,{}^\circ\text{C}$, $20\,{}^\circ\text{C}$ et $110\,{}^\circ\text{C}$.
Noms des changements d'état
★☆☆Nommer : glace → eau ; eau → vapeur ; buée sur une vitre.
Lecture du palier
★★☆D'après la figure, pendant combien de temps dure la fusion ?
Température d'ébullition
★☆☆À quelle température l'eau pure bout-elle (pression normale) ?
Conservation de la masse
★★☆On fait fondre $500$ g de glace. Masse d'eau liquide obtenue ?
Volume de la glace
★★☆Pourquoi une bouteille d'eau pleine éclate-t-elle au congélateur ?
Corps pur ou mélange
★★☆De l'eau salée a-t-elle un palier de solidification net à $0\,{}^\circ\text{C}$ ?
Évaporation
★★☆Pourquoi le linge sèche-t-il même sans atteindre $100\,{}^\circ\text{C}$ ?
Cuisson en altitude
★★★En montagne, l'eau bout vers $90\,{}^\circ\text{C}$. Pourquoi les pâtes cuisent-elles plus lentement ?
Autocuiseur
★★☆Pourquoi la cuisson est-elle plus rapide dans un autocuiseur ?
Chocolat
★★☆Un pâtissier fait fondre du chocolat au bain-marie. Quel changement d'état ? Quel mode de transfert ?
Double vitrage
★★☆Pourquoi un double vitrage isole-t-il mieux qu'un simple vitrage ?
Expérience
★★☆Dans l'expérience, pourquoi la température reste-t-elle à $0\,{}^\circ\text{C}$ tant qu'il reste de la glace ?
Chambre froide
★★☆Pourquoi une chambre froide a-t-elle des parois épaisses en mousse isolante ?
Vrai ou faux
★★☆a) La chaleur va du froid vers le chaud. b) Pendant l'ébullition de l'eau pure, la température reste constante. c) La masse se conserve lors d'un changement d'état.
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