Caractéristiques de fusion Guide

PhysiqueDébutantTemps de lecture: 4 min

Aperçu

La glace fond, l'acier fond et les bougies fondent aussi. Le passage d'une substance de l'état solide à l'état liquide s'appelle la « Fusion ». Cependant, avez-vous remarqué que lorsque l'Hyposulfite (thiosulfate de sodium) fond, la température reste bloquée à $48^\circ\text{C}$ , tandis que la paraffine devient de plus en plus chaude et liquide à mesure qu'elle brûle ? Cette expérience utilise la méthode classique du chauffage au « bain-marie » pour vous montrer les différences essentielles entre les substances cristallines et amorphes au cours du processus de fusion.

Contexte

L'étude systématique des phénomènes de fusion a commencé au XVIIIe siècle. En 1761, le chimiste écossais Joseph Black a proposé pour la première fois le concept de « Chaleur Latente ». Il a découvert que bien que la glace continue d'absorber de la chaleur pendant la fusion, sa température reste constante — cette chaleur est « cachée » pour briser la structure cristalline. Au XIXe siècle, les scientifiques ont révélé l'arrangement régulier des atomes à l'intérieur des cristaux grâce à la technologie de diffraction des rayons X, expliquant pourquoi les cristaux ont un point de fusion fixe, tandis que l'arrangement atomique des substances amorphes comme le verre et l'asphalte est désordonné, il n'y a donc pas de température de changement de phase claire. Cette découverte a non seulement approfondi notre compréhension de la structure microscopique de la matière, mais a également jeté les bases de la science des matériaux moderne.

Concepts clés

Cristallin (Crystalline)

Solides avec un arrangement interne régulier des particules et des points de fusion fixes. Les exemples courants incluent la glace, le sel de table, l'hyposulfite et les métaux.

Amorphe (Amorphous)

Solides avec un arrangement interne désordonné des particules et sans point de fusion fixe. Les exemples courants incluent la paraffine, le verre, la colophane et l'asphalte.

Point de Fusion (Melting Point)

La valeur de température spécifique qu'un cristal maintient pendant le processus de fusion.

Formules et dérivation

Relation d'Absorption de Chaleur

Q = mc\Delta t

Avant et après la fusion complète, l'absorption de chaleur fait monter la température. Cependant, pendant le processus de fusion, la chaleur absorbée par le cristal est utilisée pour détruire la structure du réseau plutôt que d'augmenter l'énergie cinétique des molécules, de sorte que la température n'augmente pas.

Étapes de l'expérience

1
Sélectionner l'Objet de l'Expérience
Tout d'abord, sélectionnez « Hyposulfite ». Notez que l'état initial est constitué de granulés solides autour de $20^\circ\text{C}$ . L'utilisation d'un bain-marie évite la surchauffe locale.
2
Commencer le Chauffage et Observer la Courbe
Cliquez sur « Commencer le Chauffage ». Observez attentivement la tendance de la courbe température-temps et les changements d'apparence de l'hyposulfite. Que se passe-t-il avec l'état de l'hyposulfite lorsque la température atteint une certaine valeur ?
3
Analyser les Caractéristiques de la Courbe
Continuez à observer la courbe température-temps. La courbe monte-t-elle toujours ? Si un plateau apparaît, dans quel état se trouve l'hyposulfite ? Quelles sont les caractéristiques de la température ?
4
Comparer avec l'Amorphe
Réinitialisez l'expérience et passez à « Paraffine ». Cliquez sur chauffer et comparez la différence entre la courbe température-temps de la paraffine et celle de l'hyposulfite. Quel est le changement d'état de la paraffine pendant le processus de chauffage ?

Objectifs d'apprentissage

Résumer les conditions de fusion des cristaux : atteindre le point de fusion + continuer à absorber de la chaleur.
Comprendre le fait physique que les cristaux maintiennent une température constante tout en absorbant de la chaleur pendant la fusion.
Apprendre à décrire le phénomène physique de « montée en température et ramollissement » lors de la fusion amorphe.
Maîtriser le but de la méthode de chauffage au bain-marie et les détails de l'utilisation des thermomètres.

Applications réelles

Sidérurgie : Utiliser la propriété selon laquelle le fer est un cristal pour contrôler la température du four pour une fusion précise.
Moulage : Utiliser la propriété selon laquelle le métal liquide refroidit et se solidifie à nouveau en cristaux.
Traitement du verre : Utiliser la propriété selon laquelle le verre est amorphe et n'a pas de point de fusion fixe pour l'étirer et le souffler en pièces d'art pendant qu'il ramollit.

Idées reçues

Erreur

Lorsque l'hyposulfite atteint

48^\circ\text{C}

, il fondra complètement immédiatement.

Correct

Pas nécessairement. Il doit également absorber continuellement de la chaleur de l'environnement. Si la température ambiante est également de

48^\circ\text{C}

, l'hyposulfite ne peut pas fondre.

Erreur

Les cristaux ne peuvent être à l'état liquide qu'à la température du point de fusion.

Correct

Faux. Au point de fusion, un cristal peut être solide (vient d'atteindre le point de fusion), liquide (vient de fondre complètement) ou un état de coexistence solide-liquide.

Lectures complémentaires

Wikipedia - Fusion

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