Par Chris Deziel , mis à jour le 24 mars 2022
sumos/iStock/GettyImages
Si la température ambiante autour d’un morceau de glace augmente, la température de la glace augmente en conséquence. Cependant, cette augmentation s'arrête au moment où la glace atteint son point de fusion, soit 32°F (0°C). À cet instant, la glace subit une transition de phase, se transformant en eau liquide tandis que sa température reste fixe jusqu'à ce qu'elle soit entièrement fondue. Une expérience simple le démontre :laissez une tasse de glaçons dans une voiture chaude et surveillez la température avec un thermomètre. L'eau glacée reste à 32°F jusqu'à ce qu'elle soit complètement fondue; par la suite, la température augmente rapidement à mesure que le liquide restant continue d'absorber la chaleur de l'intérieur de la voiture.
Lorsque vous chauffez de la glace, sa température augmente jusqu'à atteindre 32°F, puis reste constante tout en fondant. La chaleur ajoutée brise les liaisons du réseau cristallin plutôt que d'augmenter l'énergie cinétique.
Chauffer la glace augmente l’énergie cinétique de ses molécules, les faisant vibrer plus rapidement. Jusqu'à ce que le point de fusion soit atteint, cette énergie supplémentaire ne fait qu'amplifier les vibrations; les molécules ne peuvent pas encore briser les liaisons de réseau qui les maintiennent dans une structure solide. Une fois que la glace atteint 32°F, les molécules acquièrent suffisamment d'énergie pour se détacher du réseau. Toute l'énergie thermique apportée est donc consommée par la transition de phase, et non par l'augmentation de l'énergie cinétique du liquide. Par conséquent, la température de l'eau reste à 32°F jusqu'à ce que chaque cristal ait fondu.
Le même principe s’applique à l’eau bouillante. Il chauffera jusqu'à 212°F (100°C), mais ne dépassera pas cette température jusqu'à ce que chaque gouttelette soit transformée en vapeur. Tant que l'eau liquide reste dans la casserole, sa température reste à 212°F quelle que soit l'intensité de la source de chaleur.
Vous pourriez supposer qu’un mélange de glace et d’eau se réchaufferait uniformément, mais en réalité, la température près de la glace reste bloquée au point de fusion. Dans un grand récipient d'eau avec un glaçon, la majeure partie de l'eau peut dépasser 32°F, mais l'environnement immédiat de la glace reste à cette température constante. Cet équilibre se produit car, à mesure que la glace fond, une partie de l’eau environnante recongèle, équilibrant ainsi le flux de chaleur. Le résultat net est que la température globale n'augmente que lorsque toute la glace a disparu.
L’introduction de plus de chaleur peut toujours produire une augmentation linéaire de la température; la glace fondra plus rapidement et la température du liquide restant augmentera. Cependant, la chaleur nécessaire pour rompre les liaisons du réseau domine jusqu'à ce que le changement de phase soit complet.
La pression joue également un rôle crucial. En confinant la vapeur dans un récipient scellé, vous augmentez le point d'ébullition, permettant à l'eau de rester liquide à des températures supérieures à 212°F. C'est le principe des autocuiseurs et des chaudières à vapeur industrielles.