I°/ Les états de la matières :
II°/ L’eau et la glace :
I°/ Les états de la matières :
La matière se présente naturellement dans trois états :
– Solide : les molécules sont liées par des liaisons fortes et ne peuvent pas bouger. La matière n’est pas déformable.
– Liquide : les molécules sont faiblement liées et peuvent bouger. La matière est déformable.
– Gazeux : les molécules ne sont plus liées entre elles et elles sont libres. La matière prend la forme du récipient qui la contient.
La matière peut passer d’un état à l’autre en faisant varier la pression et la température. On peut ainsi fabriquer un diagramme de phase qui montre dans quel état se trouve la matière en fonction de la pression et de la température.
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Voici le diagramme de phase de l’eau :
– Au point triple, les 3 états sont présents en même temps : 0,6% d’atmosphère et 0,01° – Au point critique, l’eau se trouve dans un état particulier, qui n’est ni liquide ni gazeux et que l’on appelle fluide supercritique : 220% d’atmosphère et 374° – On peut passer directement de l’état solide vers l’état liquide ou gazeux, mais on peut aussi passer de l’état liquide vers l’état gazeux en passant par l’état supercritique. |
Voici une excellente vidéo qui explique tout :
II°/ L’eau et la glace :
Dans un verre de 20 cl contenant de l’eau, on ajoute un glaçon de 2 cl. Le niveau d’eau se trouve alors à la limite du verre. Quel est le volume d’eau qui va alors déborder du verre après que le glaçon aura fondu ?
La réponse est surprenante, car le verre ne déborde pas.
Pour comprendre cette énigme il faut connaître et comprendre deux phénomènes :
– La glace augmente de 10% en volume lorsqu’elle gèle.
Masse volumique de l’eau : 1 g/cm3
Masse volumique de la glace : 0,91 g/cm3
L’eau est d’ailleurs un cas très particulier car quasiment tous les liquides, au contraire, diminuent de volume quand ils deviennent solides.
Vous vous êtes sans doute déjà aperçus de ce phénomène en oubliant, par exemple, une bouteille remplie d’eau au congélateur : la bouteille éclate car le volume de la glace est plus grand que celui de l’eau liquide.
– La poussée d’Archimède :
« Tout corps immergé dans un liquide subit de la part de ce liquide une force (appelée poussée d’Archimède) verticale orientée vers le haut égale au poids du liquide déplacé ».
Si par exemple la poussée d’Archimède est inférieure au poids de l’objet ce dernier coule, si elle est supérieure il flotte.
La force est mesuré en Newton ( N ) et est donnée par la formule : P = g × m
Avec : m : le poids en kg
g : constante universelle de la gravité = 9,81 m/s² ≈ 10 m/s²
| Objet | Masse | Volume | Masse volumique | Poussée d’Archimède | Plongé dans l’eau |
| Eau | 1 kg | 1 L | 1 g/ | A = 10×1 = 10 N | |
| Pierre | 1,2 kg | 1 L | 1,2 g/ | P1 = 10×1,2 = 12 N | P1 > A Il coule |
| Glace | 0,91kg | 1 L | 0,91 g/ | P2 = 10×0,91 = 9,1 N | P2 < A Il flotte |
Dans l’eau, le glaçon est à 90% immergé, donc pour un glaçon de 0,91 kg, il déplace 90% de 1 litre cad 0,9 litre d’eau.
S’il fond il donnera 0,91 kg d’eau liquide, cad 0,91 litre, exactement le volume qu’occupe le glaçon dans l’eau. Le niveau de l’eau dans le verre ne bouge donc pas.
Ce problème peut sembler anodin mais il permet de mieux comprendre l’actualité : il est souvent dit dans les médias que le réchauffement de la Terre va faire fondre les glaces du pôle et qu’ainsi certains pays seront engloutis.
Or ceci est faux comme on vient de le voir ; en fait ce n’est pas la fonte des glaces qui va provoquer la montée des eaux des océans mais un autre phénomène très courant : un liquide se dilate (augmente de volume) quand la température augmente (phénomène à la base du principe du thermomètre à liquide).
La fonte de la banquise du pôle nord n’a donc aucun effet sur la montée des océans. Par contre au pôle sud, l’Antarctique étant un continent, toute la glace qui se trouve sur la terre ferme va s’ajouter à l’eau présente dans les océans.