⚛ Physique CAP 2e année · Chapitre 3

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).

θ (°C)t (min)-20050100fusion (0 °C)ébullition (100 °C)
Chauffage de la glace : la température reste constante pendant les changements d'état (paliers).

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

Matérielglaçons, bécher, thermomètre, plaque chauffante, chronomètre.
ProtocoleChauffer doucement les glaçons et relever la température toutes les minutes jusqu'à l'ébullition.
ObservationLa température reste à $0\,{}^\circ\text{C}$ tant qu'il reste de la glace, puis monte, puis se stabilise vers $100\,{}^\circ\text{C}$.
InterprétationL'énergie reçue pendant les paliers sert au changement d'état et non à élever la température.

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20

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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