Une substance pure passe de l’état liquide à l’état gazeux à une température spécifique : sa température de vaporisation Tv.
Un apport de chaleur peut augmenter la température d’un corps mais s'il se trouve à sa température de vaporisation, un apport de chaleur n'augmente pas sa température, mais cette chaleur est utilisée pour le faire passer de l’état liquide à l’état gazeux en brisant les liaisons intermoléculaires.
La chaleur δQ échangée avec le milieu extérieur lors d'un changement d'état : solidification, fusion , ébullition… est la chaleur latente L. Quand on l'exprime pour 1 kg de matière, c'est la chaleur latente massique. Elle s'exprime en Joules par Kilogramme.
La chaleur latente de condensation est l'inverse de la chaleur latente d'évaporation.
La chaleur latente de vaporisation est fonction de la pression (qui modifie la température d'ébullition). Elle est nulle au point critique.
Principe de la mesure
L'eau d'un ballon est portée à ébullition. Un tube fin permet de mettre le ballon en communication avec l'extérieur : la pression d'ébullition est la pression atmosphérique. La vapeur arrive à travers un tube coudé dans un calorimètre (bouteille thermos) contenant de l'eau. Le tube est incliné vers le ballon afin que la vapeur qui se condense dans le tube ne passe pas dans le calorimètre. La vapeur qui se condense dans le calorimètre communique à l'eau sa chaleur de condensation ce qui élève sa température T2.
Avant de commencer la mesure, on laisse s'établir un régime d'ébullition régulier dans le ballon. L'eau du calorimètre est agitée pour uniformiser sa température.
Bilan thermique.
Le ballon génère de la vapeur à la température T3.
À l'instant t = 0 le calorimètre d'équivalent en eau µ contient M grammes d'eau à la température T1.
Soit C la chaleur spécifique (ou capacité thermique massique) de l'eau.
À l'instant t, on a condensé une masse m de vapeur : le calorimètre contient (M + m) grammes d'eau à la température T2.
Apport de chaleur par la vapeur condensée Q1 = L.m
Apport de chaleur par l'eau condensée Q2 = C.m.(T3 − T2).
Chaleur absorbée par le calorimètre et son eau Q3 = (M + µ).C.(T2 − T1).
On tire L = C.[ (M + µ).(T2 − T1) / m − (T3 − T2) ].
Utilisation
Le vase Dewar est posé sur une balance : la masse m est déduite par différence des masses finales et initiales.
Lancer l'animation et terminer quand la masse m est voisine de 50 g et en déduire L.
On donne µ = 62 g.
On suppose constante la capacité thermique massique de l'eau et égale à C = 4180 J. K−1 .kg−1.
Rappel
La température d'ébullition T3 est fonction de la pression.
Par exemple à 3000 m d'altitude la pression atmosphérique est 700 hPa et l'eau bout à 90 °C.