Les changements d'état de la matière

obiyann

Bonjour les padawans de la physique. Aujourd'hui on attaque un sujet plutôt connu mais je suis sûr que je peux vous apprendre quelques trucs. Aujourd'hui on voit les changements d'état de la matière. n'hésitez pas à partager cette vidéo...  Facebook: https://www.facebook.com/obiyannexplique twitter: https://twitter.com/obiyannexplique instagram: https://www.instagram.com/obiyannexplique/?hl=fr  source : https://www.youtube.com/watch?v=NA0PAOcBNiY&t=42s https://www.youtube.com/watch?v=jj1iNBtd9CU pour aller plus loin:  https://www.youtube.com/watch?v=bK5jxtvnyqg

Transcript

00:00 J'ai changé d'état.

00:05 C'est nul !

00:06 Ouais c'est pas faux.

00:07 Allez, envoie le générique.

00:09 Fusion !

00:10 Bonjour les padawans de la physique, Obuyan pour vous servir.

00:17 Bienvenue sur la chaîne qui répond à vos questions.

00:19 Et pour ce faire, laissez-les dans les commentaires et j'y répondrai lors d'une prochaine

00:22 vidéo.

00:23 Aujourd'hui, on répond aux commentaires de Guy et on voit pourquoi l'eau boue à

00:25 100°C.

00:26 Mais on va voir un peu plus large que ça.

00:27 On va voir les différents états de la matière et surtout comment on passe de l'un à l'autre.

00:30 Bon déjà, je vais enfoncer des portes ouvertes.

00:32 Tout le monde est au courant que la matière peut être dans 3 états différents.

00:35 A savoir solide, liquide ou gazeux.

00:38 Mais souvent, on oublie comment ça s'appelle le passage d'un état à un autre.

00:41 C'est ce que nous allons voir tout de suite.

00:43 Bon le premier qu'on va voir, c'est le passage de solide à liquide.

00:45 Vu son nom, c'est forcément celui que je préfère.

00:48 Eh oui, c'est la fusion.

00:53 Bon ensuite, pour passer de liquide à gazeux, c'est ce qu'on va appeler la vaporisation.

00:58 Mais effectivement, on est allé dans un sens et il va falloir retourner dans l'autre.

01:02 Donc pour passer de gazeux à liquide, c'est la liquéfaction.

01:05 Et pour passer de liquide à solide, c'est la solidification.

01:08 Mais il y a des changements d'état qu'on oublie tout le temps.

01:10 C'est quand il s'agit de passer de solide à gazeux ou de gazeux à solide.

01:14 Parce que oui, ça se fait.

01:15 Pour passer de solide à gazeux, ça sera la sublimation.

01:18 Et pour passer de gazeux à solide, attention, il y a un faux ami, ça s'appellera la condensation.

01:23 Bon c'est très bien, là on a revu les bases.

01:24 Normalement, tout le monde a déjà vu ça au collège.

01:26 Mais comment ça marche ?

01:28 Pour l'expliquer, on va prendre un cas simple.

01:30 On va prendre votre congélateur.

01:31 Vous, moi, dans le congélo, on a de la glace.

01:34 Tu prends l'apéro hein ?

01:35 En général, la température de cette glace est comprise entre -18 et -20°C.

01:38 On va prendre -18°C pour notre exemple.

01:40 Si je prends mon glaçon et que je le chauffe, donc que je lui apporte des calories.

01:45 Qu'est-ce qu'il va se passer ?

01:46 Est-ce qu'il va fondre ?

01:47 Et bien non.

01:48 Avant de fondre, il va commencer par monter en température.

01:51 C'est-à-dire qu'on reste à l'état solide, mais la température augmente.

01:55 -18, -17, -16.

01:56 Tout ça jusqu'à 0°C.

01:58 Arrivé à 0°C, on va avoir ce qu'on appelle un palier.

02:01 Pourquoi ?

02:01 Et bien parce que c'est le début de la liquéfaction.

02:03 Et que pendant un changement d'état, la température va rester constante.

02:07 Donc quand la glace se transforme en eau, c'est-à-dire quand il y a la liquéfaction,

02:12 on restera à 0°C jusqu'à ce qu'il ne reste plus un seul bout de glace.

02:16 Et donc à ce moment-là, on va continuer à lui apporter des calories,

02:18 on va continuer à la chauffer, et là l'eau va commencer à monter en température.

02:22 Jusqu'à arriver à son deuxième palier, le palier de la vaporisation.

02:26 C'est-à-dire le passage de l'état liquide à l'état gazeux.

02:30 Et pour l'eau, c'est 100°C.

02:32 Palier à 100°C, on crée de la vapeur sur le même principe que la liquéfaction.

02:37 On reste à température tant qu'il y a de l'eau liquide.

02:39 Et donc une fois que toute l'eau est devenue vapeur,

02:42 on va pouvoir encore apporter des calories, et la vapeur va continuer à monter en température.

02:46 Bon bien sûr, on ne l'a vu que de solide à liquide à gazeux,

02:49 mais on peut aller dans l'autre sens, on peut aller de gazeux à liquide à solide.

02:53 Il suffit juste, au lieu d'apporter des calories, d'en enlever, de réfrigérer.

02:57 Mais ça marche exactement de la même façon, et les paliers seront les mêmes.

03:00 Et donc là, on commence à toucher du doigt le phénomène,

03:02 et on comprend mieux pourquoi l'eau boue à 100°C.

03:04 Mais on a pris comme exemple l'eau, ça marche aussi pour d'autres matières.

03:08 Le seul truc qui est important, c'est qu'il faut que ça soit un corps pur.

03:11 C'est-à-dire qu'il ne faut qu'un seul type de molécule ou d'atome dans notre matière.

03:14 Si on a un mélange, ça ne marchera pas du tout comme ça.

03:17 Donc là, ce qu'on vient de voir, c'est vraiment que pour les corps purs.

03:19 Bon ça y est, j'ai répondu à la question.

03:21 Mais franchement, on va essayer d'aller un peu plus loin.

03:23 Parce qu'il y a des choses à savoir en plus.

03:24 D'accord, faisons comme ça.

03:26 Pourquoi ? Eh bien parce que l'affirmation "l'eau boue à 100°C" est incomplète.

03:30 Ah oui, parce qu'elle boue à 100°C à 1 bar, à pression atmosphérique.

03:34 Si on change la pression, la température d'ébullition va changer.

03:37 Et donc, contrairement à la courbe qu'on a vue tout à l'heure,

03:39 je vais vous présenter une nouvelle.

03:41 Ça va représenter à peu près la même chose,

03:43 mais ça va permettre un peu plus d'approfondir.

03:45 C'est une courbe qui représente la pression en fonction de la température.

03:48 Eh bien tout simplement, lorsqu'on est en dessous de la courbe,

03:51 on sera en phase gazeuse.

03:53 Et quand on sera au-dessus de la courbe, on sera en phase liquide.

03:56 Sachant que c'est de l'eau dont on parle.

03:59 En bas, on est en vapeur.

04:00 En haut, on est en eau liquide.

04:02 Et donc si on regarde bien la courbe,

04:04 on voit bien que plus la pression monte,

04:06 et plus la température d'ébullition est élevée.

04:08 Et inversement, plus la pression diminue,

04:11 et plus la température baisse.

04:13 C'est pour ça qu'on peut très bien bouillir à plus ou moins de 100°C

04:17 en fonction de la pression.

04:18 Et bien sûr, j'oubliais, si on est sur la courbe,

04:20 c'est qu'on est en plein changement d'état.

04:22 On est en pleine vaporisation.

04:23 Donc en gros, notre palier de tout à l'heure,

04:25 c'est le point sur la courbe.

04:27 Quand on se situe entre 0°C et 250°C à peu près,

04:30 il y a une formule empirique qui est capable de nous donner

04:32 soit la pression, soit la température en fonction de l'eau de donnée.

04:34 Elle s'appelle la formule de Dupéret.

04:36 Et ça nous donne la pression de saturation,

04:37 la pression donc à laquelle ou l'eau liquide devient vapeur,

04:41 est égale à la température de saturation,

04:43 la température où l'eau se transforme de liquide à vapeur,

04:47 divisé par 100, exposant 4.

04:49 On voit bien que si on prend une température de 100°C,

04:52 100 divisé par 100, ça fait 1.

04:54 1 x 1 x 1 x 1, ça fait 1.

04:57 Donc on a bien une pression de 1 bar.

04:59 Et si on est à 200°C,

05:01 et bien on va se retrouver avec 200 divisé par 100,

05:03 il reste 2, exposant 4, ça fait 16.

05:05 Donc quand l'eau bout à 200°C,

05:08 et bien on doit avoir une pression de 16 bar.

05:09 Après 250°C, le pourcentage d'erreur devient trop important.

05:13 C'est pour ça qu'il existe ce qu'on appelle des tables de vapeur d'eau.

05:15 En fait, ces tables, ça représente la courbe, mais en façon numérique.

05:18 Mais peu importe.

05:19 Bon, si je récapitule un peu ce qu'on a dit depuis le début.

05:21 On a vu comment se passaient les changements d'état

05:23 de solide à liquide, de liquide à gazeux.

05:26 On a même vu la courbe de saturation pour passer de liquide à vapeur.

05:30 Mais il manque quelque chose qu'on n'a pas vu.

05:32 La sublimation et la condensation.

05:34 Le passage de l'état solide à gazeux directement.

05:36 "Mais c'est vrai ça !"

05:37 Bah c'est ce qu'on va voir dès maintenant.

05:39 Bon, déjà on a vu qu'il y avait une courbe qui séparait la phase liquide de la phase gazeuse.

05:43 Donc vous vous souvenez bien qu'il doit y avoir une qui sépare les autres phases.

05:46 Qui va donc permettre de voir les autres changements d'état.

05:47 Donc on va prendre notre courbe de saturation de vapeur qu'on a vu tout à l'heure,

05:50 et puis on va dézoomer.

05:51 Et puis vous allez voir que tous les états de la matière vont apparaître.

05:53 Et donc voilà, les 3 états sont là.

05:55 Solide, liquide, gazeux.

05:57 Et on voit qu'on peut passer de l'un à l'autre en passant par la courbe du changement d'état.

06:01 On voit aussi qu'elles se recoupent toutes en un point.

06:03 Mais ça, on en parlera tout à l'heure.

06:05 On va surtout regarder en bas à gauche de la courbe.

06:07 Cette courbe représente les différents états de l'eau.

06:09 Car comme je l'ai dit tout à l'heure, chaque corpure aura sa propre courbe.

06:12 Donc si on regarde sur cette courbe, en bas à gauche, qu'est-ce qu'il y a ?

06:15 Et bien il y a bien en haut l'état solide, et en bas l'état gazeux.

06:20 Et on voit donc que quand on est à une pression basse et une température basse,

06:24 on peut passer de solide à gazeux.

06:27 On a vu que chaque corpure avait sa propre courbe.

06:29 Donc maintenant on peut imaginer qu'à des pressions comme celles qu'on a en pression atmosphérique

06:34 et des températures approchant les températures qu'on a,

06:36 certains vont sublimer.

06:38 Et bien c'est ce qu'on va voir tout de suite avec le diode.

06:40 Et donc le diode, c'est quoi ?

06:42 Et bien c'est deux atomes diodes qui forment une molécule.

06:44 Et ça, ça existe à l'état solide, à pression atmosphérique et à une température de 20°C.

06:48 Et donc là, si ce diode, je le mets dans un bécher et que je chauffe légèrement le bécher,

06:52 vous allez voir qu'à pression atmosphérique, il va sublimer.

06:55 Regardez ça !

06:57 Et oui ! Le liquide devient directement gazeux sans passer par la phase liquide.

07:11 C'est ça la sublimation !

07:12 Bon ! Il reste un dernier point à voir.

07:14 Un point très important.

07:15 Le point où se rejoignent les courbes.

07:17 C'est ce qu'on appelle le point triple.

07:18 Pourquoi il s'appelle le point triple ?

07:20 Et bien parce que lorsqu'on est sur ce point,

07:22 donc à la pression et la température exactes,

07:25 les trois états de la matière peuvent être en même temps.

07:27 C'est-à-dire que si on prend pour l'eau,

07:30 quand on est sur le point triple de l'eau,

07:31 on va avoir de l'eau liquide, de la glace et de la vapeur qui vont cohabiter.

07:36 Le point triple de l'eau se trouve à une pression de 0,006 bar,

07:40 611 pascal si on veut être précis,

07:42 et à une température de 0,01°C.

07:45 Mais ça, c'est pas très important.

07:47 Mais vous savez que ça existe.

07:48 Et bien voilà ! C'est tout pour moi !

07:49 Donc aujourd'hui, on aura vu les changements d'état.

07:51 Si vous voulez, pour une prochaine vidéo,

07:52 on peut voir les échanges de chaleur qui se passent entre les corps purs.

07:55 Je pourrais même en parler comment ça marche au sein d'un réacteur nucléaire.

07:58 Ça, c'est vous qui voyez.

07:59 Les commentaires sont là pour ça.

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08:07 C'était Obi-Wan qui vous dit que la science soit avec vous !

08:10 [Musique]

08:27 Et bien voilà ! C'est tout pour moi pour aujourd'hui !

08:29 *Bruits de pet*

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