De l’eau, de la glace, de la chaleur
De l’eau sous tous ces noms
Il y a des mots différents pour désigner les états de la matière eau, si abondante autour de nous : eau, grêle, givre, rosée, buée, vapeur d’eau…
Comment savons-nous que ces mots parlent d’une seule et même matière dans des états différents ? Au quotidien, nous avons l’occasion de constater les diverses transformations réciproques de l’un en l’autre : chacun est donc bien, à un moment donné et dans certaines conditions, un état d’une même matière, l’eau.
La grêle va bientôt se transformer en eau liquide
La vapeur d’eau dans l’air se transforme en rosée du matin
Ébullition : les grosses bulles renferment la vapeur d’eau invisible
La transformation de l’eau liquide en gaz
En sortant de l’eau à la piscine ou à la mer vous séchez rapidement, surtout s’il y a du vent, …tout en grelottant.
“Sécher” c’est dire que l’eau liquide s’est transformée en vapeur (ou gaz) invisible dans l’air autour de vous : c’est l’évaporation.
Le refroidissement que vous ressentez est une perte de chaleur pour vous et un gain de chaleur pour le liquide qui passe à l’état gazeux.
Pour le vérifier, faites l’expérience
Préparez à l’avance un verre d’eau froide sur une table. Attachez solidement une ficelle au thermomètre. À l’aide du thermomètre lisez la température aux environs de la table.
Après une demi-heure, prenez la température de l’eau. Que constatez-vous ? Vous pouvez aller voir l’expérience “la chaleur, ça s’échange“.
Sortez le thermomètre de l’eau. Faites-le tournoyer dans l’air pendant quelques instants : il est ainsi placé dans un courant d’air qui sèche l’eau accrochée à son réservoir.
Lisez la température du thermomètre. Si le résultat n’est pas probant, entourez le réservoir d’un coton humidifié et recommencez. Que constatez-vous ?
Faire tournoyer un thermomètre serait-il suffisant pour diminuer la température affichée ?
Pour pouvoir tirer une conclusion valide, il est indispensable de refaire l’expérience avec un thermomètre bien sec.
Que constatez-vous ?
Dans quelles conditions le réservoir peut-il être refroidi ?
Quelle analogie avec la sortie du bain ou de la douche (dans un environnement pourtant chaud et sans vent) ?
La transformation inverse de la vapeur en eau liquide ?
Pour devenir de l’eau liquide, la vapeur d’eau doit-elle perdre ou gagner de la chaleur ?
Exploitez les situations suivantes pour trouver la réponse : en hiver, votre haleine se transforme en un petit nuage, les vitres se recouvrent de gouttelettes d’eau, de la buée sur le miroir de la salle de bains après votre douche, la rosée…
La vapeur d’eau perd de la chaleur pour se transformer en eau liquide. C’est le rôle de l’atmosphère froide en hiver, de la vitre… qui eux se réchauffent (certes de manière discrète mais certaine). C’est encore par refroidissement de la vapeur d’eau que se forme le brouillard qui s’échappe de la casserole d’eau bouillante
Essayez votre deuxième Conclusion Locale Provisoire
Qu’en est-il pour les autres liquides ?
C’est la même chose ! Pensez au coton imbibé d’alcool passé sur la peau par le médecin avant de faire une piqûre, il vous laisse tout de suite une impression de froid.
Une troisième Conclusion Locale Provisoire ?
Quels échanges de chaleur pour transformer un solide en liquide ?
Par exemple un glaçon qu’on laisse ou qu’on fait fondre. Vous avez la méthode : une expérience, une situation à faire parler…
Mais au fait y a-t-il nécessairement apport de chaleur pour qu’un glaçon fonde ? Vous auriez des preuves ?
– si je prends de la chaleur à un glaçon en train de fondre en le plaçant dans le congélateur à -18°C il ne fond plus, d’accord ?
– si je prive un glaçon de chaleur en le plaçant dans une boîte en polystyrène isolante il ne fond presque pas… vous pouvez le vérifier.
– et si je le pose sur ma main ?
Le glaçon a nécessairement besoin de chaleur pour se transformer en liquide. Il la prend dans son environnement.
Or nous avons vu qu’échanger de la chaleur peut modifier la température des corps qui participent à l’échange.
Quatrième Conclusion Locale Provisoire