Changements d'états/Vaporisation et condensation
Vaporisation
Rappel sur la vaporisation
La vaporisation correspond au changement d'état liquide vers un état gazeux. Elle porte 3 noms, bien distincts, et qu’il faut surtout éviter de mélanger :
- On l'appelle évaporation lorsque le phénomène est lent. Il ne concerne que la surface d'un liquide
- On l'appelle ébullition lorsque le phénomène est rapide. C'est-à-dire avec une formation de bulles de vapeur au sein du liquide
- On l'appelle caléfaction lorsque le phénomène est brutal. Il y a formation d'un film de vapeur autour d'une gouttelette de liquide
Chaleur latente de vaporisation
Comment mesure t-on cette chaleur latente de vaporisation ? Pour bien comprendre la définition, on représente la courbe de la Température en fonction de la Chaleur :
Chaleur totale
Titre de la vapeur
Remarque: Le rapport se calcule pour un Modèle:Abréviation de mélange eau + vapeur et varie de 0 à 1.
- Pour X = 0, alors 0% de vapeur dans le mélange
- Pour X = 1, alors 100% de vapeur dans le mélange
Condensation
Rappel sur la condensation
La condensation dite liquide(appelée aussi liquéfaction), correspond au changement d'état d'un corps gazeux vers un corps liquide.
Elle est visible au quotidien ; les vitres de voiture, les verres de lunettes, les fenêtres embuées, les toiles d'araignées après que l'humidité de la nuit se soit condensée en gouttes d'eau sur les fils, l'air expulsé par nos poumons, composé de vapeur se condense et forme un peu de « brouillard » lorsqu'il fait froid.
Chaleur latente de condensation
La chaleur latente de condensation est basée sur les mêmes principes que la chaleur latente de vaporisation. Sa seule différence est qu'elle cède de l'énergie pour passer de l'état gazeux à l'état liquide, contrairement à la chaleur latente de vaporisation qui demandait de l'énergie pour passer de l'état liquide à l'état gazeux.
Exemple d’utilisation de la chaleur latente
Un véhicule spatial en orbite basse qui souhaite revenir sur terre possède une énergie totale considérable:
- Il vole à environ Modèle:Unité d'altitude (énergie potentielle)
- Et a une vitesse de 25 000 à 30 000 km/h (énergie cinétique)
Pour atterrir à vitesse raisonnable, le véhicule doit se débarrasser de son énergie. Lorsque le véhicule spatial entame sa descente, il rencontre l'atmosphère. Les frottements exercés par l'air vont le réchauffer, transformant son énergie totale (cinétique et potentielle) en énergie thermique. Mais ce transfert d'énergie est tellement important, que les parois extérieures vont dangereusement chauffer et que des matériaux très spéciaux doivent être choisis pour le protéger de l'échauffement.
L'une des solutions retenue est l’utilisation de matériaux dits ablatifs dont la chaleur latente de changement de phase est importante:
- L'énergie thermique est principalement consommée par un changement de phase (en fait une sublimation)
- La protection thermique se consume au fur et à mesure de la rentrée atmosphérique