1. Mécanismes de transfert d'énergie
* conduction: Transfert de chaleur par contact direct. La source de chaleur (par exemple, une cuisinière) transfère la chaleur dans le pot, puis le pot transfère la chaleur aux molécules d'eau en contact direct avec elle.
* Convection: Transfert de chaleur par le mouvement des fluides. Alors que l'eau au fond de la pot se réchauffe, elle devient moins dense et augmente. L'eau plus fraîche et plus dense pour prendre sa place, créant un courant circulant qui distribue la chaleur dans toute l'eau.
* Radiation: Transfert de chaleur par des ondes électromagnétiques. Bien que moins significatif dans l'eau bouillante par rapport à la conduction et à la convection, un certain transfert de chaleur se produit via le rayonnement infrarouge de la cuisinière ou du milieu environnant dans le pot.
2. Loi de conservation de l'énergie
La loi de conservation de l'énergie stipule que l'énergie ne peut être créée ou détruite, seulement transformée d'une forme à une autre. Dans l'eau bouillante, cela signifie:
* Entrée d'énergie: La cuisinière fournit une énergie thermique (chaleur) à l'eau.
* Transformation d'énergie: Cette énergie thermique fait que les molécules d'eau vibrent plus rapidement, augmentant leur énergie cinétique.
* Sortie énergétique:
* Changement de phase: Au fur et à mesure que l'eau se réchauffe, l'énergie va dans la rupture des liaisons entre les molécules d'eau, provoquant la transition du liquide en gaz (vapeur). Cela nécessite une quantité importante d'énergie.
* Perte de chaleur: Une certaine énergie est perdue dans l'environnement environnant par convection et rayonnement, mais c'est généralement une quantité plus petite que l'énergie utilisée pour l'ébullition.
3. Le cycle
1. La cuisinière transfère la chaleur au pot (conduction).
2. Le pot transfère la chaleur à l'eau (conduction).
3. Les courants de convection distribuent la chaleur dans toute l'eau.
4. Les molécules d'eau absorbent la chaleur, augmentant leur énergie cinétique.
5. Lorsque l'eau atteint 100 ° C (212 ° F) à la pression atmosphérique standard, l'apport d'énergie va à la rupture des liaisons entre les molécules d'eau, ce qui la faisait bouillir et se transformer en vapeur.
En substance, la loi de conservation de l'énergie est confirmée car l'énergie fournie par le poêle est transformée en énergie cinétique des molécules d'eau et l'énergie nécessaire pour changer sa phase du liquide au gaz. Une petite quantité d'énergie est perdue dans l'environnement, mais la majorité est utilisée pour faire bouillir l'eau.
