Pour s'échauffer - Pour commencer

De l'éther versé sur la peau procure une sensation de froid.

1. Expliquer ce phénomène (voir activité 1).

2. Si la masse d'éther était de 5,0 g, calculer la quantité d'énergie transférée par la peau lors de ce changement d'état.

Température d'ébullition de l'éther : 35 °C ;
Énergie massique de vaporisation de l'éther : 376,5 kJ·kg^-1.

Les comètes sont des petits corps de quelques kilomètres de diamètre, composés principalement de glace d'eau et de poussière.
Du fait de leur longue orbite, parfois éloignée (au-delà des dernières planètes géantes), ces objets se trouvent loin de toute source de chaleur. Ils sont donc très froids et sous forme solide.
Lorsqu'une comète se rapproche du Soleil, les glaces se subliment et entraînent l'éjection de gaz et de poussières. Ce sont ces poussières qu'il est alors possible d'observer depuis la Terre car elles diffusent la lumière solaire et forment la chevelure de la comète.

1. Écrire l'équation de changement d'état de l'eau au cours de la sublimation.

2. Cette transformation est-elle exothermique ou endothermique ? Justifier la réponse à l'aide du texte.

3. Calculer l'énergie nécessaire à fournir pour effectuer la sublimation d'un volume V = 3\text{,}5 \times 10^4 m³ de glace.

Données

Masse volumique de l'eau solide : \rho = 917 kg·m³ ;
Énergie de changement d'état pour la sublimation de l'eau : L_\text{sublimation}\text{(eau)}= 2 \,837 kJ·kg^-1.

Lors de cette deuxième phase, l'eau solide dans le composé passe à l'état de gaz. Le composé est ainsi presque déshydraté et pourra être conservé (c'est le cas du café soluble).
La congélation constitue l'étape critique. Si les cristaux de glace sont gros, après le passage à l'état gazeux, ils disparaissent en laissant la place à de gros pores dans le composé. Le composé risque alors de ne pas retrouver ces propriétés une fois réhydraté.

1. Au brouillon, indiquer l'état physique de l'eau au cours des différentes étapes ainsi que le nom des changements d'état physique qu'elle subit.

2. Écrire alors les équations des changements d'état subis par l'eau.

3. Préciser le sens des transferts thermiques.

4. Que peut-on dire du solide formé à la fin de la première étape ? Expliquer la réponse par une modélisation de ce changement d'état au niveau microscopique.

✔ APP : Faire un brouillon comprenant un schéma, données et notions
✔ MOD : Utiliser de façon rigoureuse le modèle de l'énergie

Les Matériaux à Changement de Phase (MCP) ont pour particularité de pouvoir stocker de l'énergie lorsqu'ils changent d'état physique. Insérer dans des petites capsules en polymère, dans de la peinture, ils sont capables d'assurer un meilleur confort thermique dans la maison.
Ainsi, lorsque la température diminue, le matériau, dans la capsule, se solidifie et cette réaction dégage de la chaleur. À l'inverse, une élévation de température ramènera le matériau à son état liquide en consommant de l'énergie. Ainsi une couche de 15 millimètres d'un enduit MCP apporte la même inertie thermique que 2 ou 3 centimètres de béton.

1. Sur un brouillon, récolter toutes les informations concernant les MCP. Organiser les à l'aide d'un schéma.

2. Écrire les deux équations de changement d'état indiquées dans le le texte et préciser si les transformations sont exothermiques ou endothermiques.

3. Précisez le système avec lequel le MCP échange de l'énergie.

4. Justifier rigoureusement par des considérations énergétiques la phrase : « assurer un meilleur confort thermique dans la maison ».

1. Numéroter sur le schéma les différentes parties de la pompe à chaleur.

2. Faire un schéma à l'échelle moléculaire expliquant le phénomène mis en jeu dans l'évaporateur.

3. Justifier alors la phrase « l'évaporateur, permettant ainsi de récupérer la chaleur du sol ».

4. Répondre aux questions 2 et 3 pour le condenseur.

5. Expliquer le principe de chauffage par géothermie.