Chapitre 12 – Changements d'état et énergie thermique | 2nde Bac Pro | Physique – Chimie | ⏱ 35 min
Dernière mise à jour : 15 août 2026, 17:40
💡 Notions centrales : leçon §3 (palier de température) et §4 (\(Q = m \times L\)). Chaleur latente de fusion de l'eau : \(L_f = 334\,000\) J/kg.
Pendant un repas d'été, Maya prépare un grand verre de jus de fruit. Elle hésite : pour rafraîchir sa boisson, vaut-il mieux ajouter quelques glaçons à 0 °C, ou simplement de l'eau très froide à 0 °C ? Elle remarque aussi que, tant qu'il reste des glaçons, la boisson reste bien fraîche, puis se réchauffe vite une fois les glaçons fondus.
Quel est l'état physique d'un glaçon ? En quel état se transforme-t-il quand il fond dans la boisson ? Comment s'appelle ce changement d'état ?
Un glaçon est de l'eau à l'état solide. En fondant, il passe à l'état liquide.
Ce changement d'état solide → liquide s'appelle la fusion.
Pour fondre, un glaçon a-t-il besoin de recevoir de la chaleur ou d'en donner ? À qui prend-il cette chaleur dans le verre ?
La fusion absorbe de la chaleur : le glaçon doit recevoir de l'énergie pour fondre.
Il prend cette chaleur à la boisson qui l'entoure : c'est pour cela que le jus refroidit.
À l'aide du Document 1, repérer la partie horizontale de la courbe. À quelle température se situe-t-elle ? Que fait la température pendant cette phase, alors que la glace continue de recevoir de la chaleur ?
La partie horizontale (le palier) se situe à 0 °C, entre 4 et 11 minutes environ.
Pendant le palier, la température reste constante à 0 °C : toute l'énergie reçue sert à faire fondre la glace, pas à élever la température. C'est le palier de fusion.
D'après la courbe, à quel moment la boisson recommence-t-elle à se réchauffer ? Relier ce moment à la disparition des glaçons.
La température remonte à partir d'environ 11 minutes, c'est-à-dire à la fin du palier.
Cela correspond au moment où tous les glaçons ont fondu : il n'y a plus de glace à faire fondre, l'énergie reçue de l'air sert alors à réchauffer le liquide. Tant qu'il reste de la glace, la boisson reste à 0 °C.
Convertir en kilogrammes la masse totale des 3 glaçons (25 g chacun). Puis calculer l'énergie \(Q\) absorbée pour faire fondre ces glaçons, avec \(Q = m \times L_f\).
Masse totale : \(3 \times 25 = 75\) g \(= \mathbf{0{,}075}\) kg (on divise par 1 000).
\(Q = m \times L_f = 0{,}075 \times 334\,000 = \mathbf{25\,050\ \text{J}} \approx \mathbf{25\ \text{kJ}}\).
Il faut donc environ 25 kJ pris à la boisson rien que pour faire fondre les glaçons.
Et pour un seul glaçon de 25 g ? Calculer l'énergie de fusion correspondante.
Masse : \(25\) g \(= 0{,}025\) kg.
\(Q = 0{,}025 \times 334\,000 = \mathbf{8\,350\ \text{J}} \approx \mathbf{8{,}4\ \text{kJ}}\).
De l'eau froide à 0 °C, en se réchauffant de 0 à 5 °C dans le verre, n'échange qu'environ 4 200 J par kg et par °C. Comparer l'énergie de fusion des glaçons (Q5) à cette énergie d'échauffement. Conclure : pourquoi les glaçons rafraîchissent-ils davantage ?
Pour 0,075 kg d'eau froide qui se réchaufferait de 5 °C, l'énergie échangée serait seulement de l'ordre de \(0{,}075 \times 4\,200 \times 5 \approx 1\,600\) J, soit 1,6 kJ.
La fusion des mêmes glaçons absorbe 25 kJ : c'est bien plus (environ 16 fois plus).
Conclusion : à masse égale, faire fondre de la glace prend beaucoup plus d'énergie à la boisson que simplement réchauffer de l'eau froide. Les glaçons « pompent » donc beaucoup de chaleur et refroidissent davantage.
Rédiger en 3 ou 4 lignes une réponse à Maya : expliquer pourquoi des glaçons rafraîchissent mieux que de l'eau froide, et pourquoi la boisson reste fraîche tant qu'il reste de la glace.
Pour fondre, les glaçons absorbent une grande quantité de chaleur qu'ils prennent à la boisson : c'est l'énergie de fusion (\(Q = m \times L_f\)), bien plus importante que l'énergie nécessaire pour réchauffer de l'eau froide. Tant qu'il reste de la glace, la température reste bloquée vers 0 °C (palier de fusion) : la boisson reste fraîche. Une fois les glaçons fondus, il n'y a plus de fusion, la chaleur de l'air réchauffe alors le liquide.
Maya veut une boisson qui reste fraîche plus longtemps. Vaut-il mieux 3 gros glaçons ou 6 petits glaçons pour la même masse totale de 75 g ? Justifier en s'appuyant sur la surface de contact (la vitesse de fusion), puis indiquer si l'énergie totale de fusion change.
L'énergie totale de fusion ne change pas : elle ne dépend que de la masse (75 g) et de \(L_f\), donc \(Q \approx 25\) kJ dans les deux cas.
En revanche, 6 petits glaçons offrent plus de surface de contact avec la boisson : ils fondent plus vite. La boisson refroidit plus rapidement, mais le « réservoir de fraîcheur » dure moins longtemps. Pour garder la boisson fraîche le plus longtemps, mieux vaut de gros glaçons.
Réponse à la problématique : les glaçons rafraîchissent mieux que l'eau froide parce que leur fusion absorbe une grande quantité de chaleur prise à la boisson (\(Q = m \times L_f\)). Tant qu'il reste de la glace, la température reste bloquée à 0 °C (palier de fusion) et la boisson reste fraîche ; dès que les glaçons ont fondu, elle se réchauffe.
📚 Cette activité s'appuie sur §3 (palier de température) et §4 (énergie de changement d'état, \(Q = m \times L\)) de la leçon Ch12.