Chapitre 3 : Exercices - Les changements d'état de la matière

Chapitre 3 : Exercices - Les changements d’état de la matière

Exercice 1 : Analyse de deux courbes de refroidissement

Au cours d’une séance de travaux pratiques, deux groupes d’élèves mesurent l’évolution de la température d’un liquide transparent placé dans un mélange réfrigérant. Le groupe 1 étudie de l’eau distillée pure, tandis que le groupe 2 étudie de l’eau salée.

• Courbe A : La température descend régulièrement, se stabilise à 0 °C pendant 5 minutes en formant une ligne droite horizontale, puis recommence à chuter en dessous de 0 °C.
• Courbe B : La température descend en continu, subit un léger changement de pente autour de -2 °C, mais ne s’arrête jamais de descendre pendant que le liquide se solidifie.

1. Quelle courbe (A ou B) possède un palier de température ?
2. Identifier le groupe (1 ou 2) ayant obtenu la Courbe A. Justifier la réponse en utilisant un mot-clé du cours.
3. Donner le nom du changement d’état étudié lors de ce refroidissement.
4. À l’échelle microscopique, expliquer à quoi sert l’énergie thermique cédée par l’eau distillée pendant la formation de la ligne horizontale à 0 °C.

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Exercice 2 : Masse, volume et bouteille gelée

Une bouteille en plastique souple de $1\ \text{L}$ est entièrement remplie d’eau liquide pure, puis hermétiquement fermée. Sa masse totale est de $1\ 050\ \text{g}$ (incluant la bouteille vide). Elle est ensuite oubliée au congélateur à -18 °C. Le lendemain, l’eau s’est transformée en bloc de glace et la bouteille est fortement déformée et gonflée.

1. Comment s’appelle le changement d’état subi par l’eau dans le congélateur ?
2. Quelle sera la masse totale de la bouteille après la congélation ? Justifier la réponse à l’échelle microscopique.
3. Pourquoi la bouteille s’est-elle gonflée ? Citer l’exception de l’eau mentionnée dans le cours.

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Exercice 3 : Climat, banquise et effet albédo

La banquise arctique joue un rôle majeur de régulateur thermique pour la planète Terre grâce à sa couleur blanche.

1. Définir le terme “albédo”.
2. Entre la neige fraîche de la banquise (albédo de 0,85) et l’eau liquide de l’océan (albédo de 0,10), quelle surface réfléchit le mieux la lumière du Soleil ?
3. Expliquer brièvement le “cercle vicieux climatique” qui s’enclenche lorsque la température globale augmente et fait fondre la banquise.
4. La fusion de la banquise (qui flotte sur l’eau) fait-elle monter directement le niveau des océans ? Différencier son cas de celui de la fonte des glaciers terrestres.

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Exercice 4 : Le duel des forces - Flotter ou couler

Un morceau de liège de $20\ \text{g}$ et une bille d’acier de $20\ \text{g}$ sont déposés à la surface d’un grand bécher rempli d’eau pure liquide.

1. Énoncer la loi physique de la poussée d’Archimède.
2. La bille d’acier et le morceau de liège subissent la même force d’attraction gravitationnelle vers le bas (leur Poids). Pourquoi le liège flotte-t-il alors que l’acier coule immédiatement ? Expliquer en comparant le Poids et la poussée d’Archimède pour chaque objet.
3. Un paquebot géant est entièrement construit avec des milliers de tonnes d’acier, mais il flotte sur l’océan. Quelle est la particularité géométrique de sa structure qui lui permet de subir une poussée d’Archimède immense ?