Évaporation et ébullition

Évaporation et ébullition

Qu'est-ce qui se passe dans un liquide lors de l'évaporation et de l'ébullition ? De quoi le point d'ébullition dépend-il ?

Chimie

Mots clés

évaporation, ébullition, changement d'état de la matière, point d'ébullition, pression, transfert de chaleur, température, pression atmosphérique, état de la matière, eau, liquide, changement de température, physique, thermodynamique, eau bouillante, propriété physique, chimie

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Scènes

Évaporation

  • vapeur insaturée - Le nombre des molécules quittant le liquide est plus élevé que celui des molécules y rentrant.
  • liquide
  • vapeur - Liquide évaporé.
  • surface du liquide
  • vapeur saturée - Le nombre des molécules quittant le liquide est égal à celui des molécules y rentrant.

Dans les liquides, l'attraction entre les particules est assez forte pour que les particules restent étroitement liées en passant l'une devant l'autre. Lors de leur déplacement, elles entrent constamment en collision les unes avec les autres, transférant ainsi leur énergie. Si certaines particules reçoivent assez d'énergie, il peut survenir qu'elles quittent le liquie. Ce phénomène s'appelle l'évaporation.

Lors de l'évaporation, ce sont les particules ayant plus d'énergie que la moyenne qui quittent le liquide. Par conséquent, l'énergie des particules restant dans liquide est inférieure à la moyenne, ainsi, la température du liquide diminue. C'est la raison pour laquelle on a froid lorsque notre corps est mouillé. En d'autres termes, l'évaporation entraîne une diminuation de la chaleur.

La vitesse d'évaporation est fortement influencée par la superficie et température du liquide, par l'humidité de l'espace au-dessus de la surface du liquide ainsi que par le courant d'air.

Vapeur saturée

  • vapeur saturée - Le nombre des molécules quittant le liquide est égal à celui des molécules y rentrant.
  • La vapeur saturée se condense lorsqu'elle est comprimée ; sa pression n'augmente pas. - La pression de vapeur saturée dépend exclusivement de la température.
  • liquide
  • piston

Lors de l'évaporation d'un liquide dans un espace clos, de plus en plus de particules évaporées s'accumulent au-dessus de la surface du liquide. Cependant, beaucoup d'entre elles se condensent et rentrent dans le liquide.

Une fois les processus de l'évaporation et de la condensation atteignent l'état d'équilibre, de vapeur saturée se forme à l'intérieur de l'espace clos.

Les particules de cette vapeur entrent en collision avec la paroi du récipient, c'est-à-dire elles y exercent une pression. La pression de vapeur dépend exclusivement de la température : plus la température est élevée, plus la pression est haute.
Lorsqu'un gaz est comprimé, sa pression augmente ; cependant, lorsque la vapeur est comprimée, elle se condense et sa pression ne subit aucun changement. C'est la différence la plus importante entre un gaz et la vapeur.

Ébullition

  • bulles de vapeur - Des bulles de vapeur se sont formées à l'intérieur de l'eau bouillante.
  • liquide
  • pression atmosphérique - Sa valeur moyenne est de 101 000 Pa au niveau de la mer.
  • thermomètre
  • pression dans la bulle de vapeur - La pression de la bulle de vapeur dépend exclusivement de la température.
  • molécules d'eau
  • bulle de vapeur

La transition de phase du liquide au gaz peut se dérouler de deux façons différentes : soit par l'ébullition, soit par l'évaporation.

L'évaporation ne se déroule que sur la surface lorsque les bulles de vapeur issues de l'ébullition se forment dans le liquide et font surface.

Ce processus ne peut se produire que si la pression exercée par la vapeur saturée atteint la pression atmosphérique externe à une température donnée. Sinon, la pression atmosphérique provoquerait l'effondrement des bulles de vapeur récemment formées.
L'ébullition, pour qu'elle se produise, nécessite donc une température assez élevée ou une basse pression atmosphérique.

Point d'ébullition

  • Basse pression atmosphérique le point d'ébullition de l'eau est plus bas
  • Pression atmosphérique normale le point d'ébullition de l'eau est de 100 °C
  • 0 m
  • 100 °C
  • 89,6 °C
  • 3000 m
  • 74 °C
  • 8000 m
  • 70,6 °C
  • 10 000 m

Le point d'ébullition dépend de la pression.
L'eau bout à 100°C à une pression atmosphérique normale. Cependant, si la pression est plus basse, comme dans les montagnes, le point d'ébullition est aussi plus bas.
En revanche, sous haute pression, le point d'ébullition de l'eau augmente. C'est la raison pour laquelle on peut cuisiner de façon plus efficace dans un autocuiseur fermé à une température supérieure à 100°C.

Autocuiseur

  • eau à haute température - La température d'un liquide dans un autocuiseur est plus élevée que le point d'ébullition d'un liquide dans un pot ouvert.
  • valve - La valve demeure fermée si la pression de vapeur interne n'atteint pas la pression maximale requise. Si la pression dépasse la limite prédéfinie à l'intérieur de l'autocuiseur, la valve s'ouvre, permettant à la vapeur de s'échapper, maintenant ainsi une pression constante.
  • vapeur à haute pression - Si un liquide est chauffé dans un espace clos, la pression de vapeur dedans va être plus élevée que la pression atmosphérique externe.
  • thermomètre
  • pression de vapeur

Un autocuiseur est un récipient dans lequel, lorsqu'il est fermé, l'eau bout à une température supérieur à son point d'ébullition, c'est-à-dire à 100 °C, ce qui permet aux aliments de cuire plus vite.

La raison du haut point d'ébullition est que le couvercle rend l'autocuiseur hermétique, empêchant ainsi la vapeur de s'y échapper. La pression de la vapeur est beaucoup plus élevée que la pression atmosphérique externe, par conséquent, le point d'ébullition du liquide dans le récipient augmente.

Dans un type d'autocuiseur, la pression interne est réglée par une valve de dépressurisation située sur le couvercle. Plus le poids de la valve est grand, plus la pression de vapeur dans l'autocuiseur est élevée, et ainsi, plus le point d'ébullition du liquide à l'intérieur est haut.

Cavitation

  • devant des pales d'hélice - pression élevée
  • arrière des pales d'hélice - basse pression - Sur les parties de l'hélice où la pression de l'eau est basse, l'eau peut commencer à bouillir.

Le phénomène de cavitation se produit lorsqu'un objet, tel qu'une hélice, bouge vite dans l'eau.
À certains points sur la surface de l'objet en mouvement rapide, la pression du liquide peut diminuer, ce qui provoquerait l'ébullition du liquide ainsi que la formation des bulles de vapeur.

Si ces bulles ou cavités atteignent un endroit où la pression est plus élevée, elles s'effondrent presque instantanément. Bulles effondrées, une importante quantité d'énergie est libérée sous la forme d'une onde de choc acoustique, qui, en plus du bruit fort, peut provoquer des dommages sur la surface de l'objet.
En ce qui concerne les pompes et les hélices, il est essentiel de minimiser les effets nocifs de la cavitation. Il est cependant possible de profiter de ce phénomène pour nettoyer la surface de divers objets.

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