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

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

Exercice 1 : Analyse de deux courbes de refroidissement

1. Présence d’un palier : C’est la Courbe A qui possède un palier de température, matérialisé par la ligne droite horizontale à 0 °C.
2. Identification du groupe : La Courbe A a été obtenue par le Groupe 1 (eau distillée pure). Justification : L’eau distillée est un corps pur. Or, la température d’un corps pur reste rigoureusement constante pendant tout son changement d’état, ce qui crée un palier de température. Le Groupe 2 (eau salée) a obtenu la Courbe B car les mélanges n’ont pas de palier.
3. Nom du changement d’état : Le passage de l’état liquide à l’état solide s’appelle la solidification.
4. Explication microscopique : Pendant le palier à 0 °C, l’énergie thermique cédée ne sert pas à abaisser la température. Elle est entièrement utilisée par les molécules pour former les liaisons rigides nécessaires à la construction du bloc de glace solide.

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Exercice 2 : Masse, volume et bouteille gelée

1. Nom du changement d’état : L’eau subit une solidification.
2. Masse totale après congélation : La masse totale reste strictement égale à $1\ 050\ \text{g}$. Justification : Lors d’un changement d’état, la masse se conserve parfaitement. À l’échelle microscopique, le nombre total de molécules d’eau emprisonnées dans la bouteille reste rigoureusement identique.
3. Gonflement de la bouteille : La bouteille s’est gonflée car l’eau possède une propriété exceptionnelle unique dans la nature : son volume augmente lorsqu’elle passe de l’état liquide à l’état solide (ses molécules s’écartent en s’ordonnant).

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Exercice 3 : Climat, banquise et effet albédo

1. Définition de l’albédo : L’albédo est une grandeur sans unité comprise entre 0 et 1 qui mesure le pouvoir réfléchissant d’une surface (sa capacité à renvoyer la lumière du Soleil).
2. Surface la plus réfléchissante : C’est la neige fraîche de la banquise qui réfléchit le mieux la lumière car son albédo ($0,85$) est très proche de 1, contrairement à l’océan ($0,10$) qui absorbe 90 % du rayonnement.
3. Le cercle vicieux climatique : La hausse des températures fait fondre la banquise blanche (albédo fort), qui est remplacée par de l’eau sombre (albédo faible). L’océan absorbe alors beaucoup plus d’énergie solaire et se réchauffe, ce qui accélère à son tour la hausse globale des températures et la fonte des glaces restantes.
4. Impact de la fonte sur le niveau des mers :
   • La banquise flotte déjà sur l’eau : sa fusion ne fait pas monter le niveau des océans (application de la poussée d’Archimède).
   • Les glaciers terrestres sont situés sur le continent : leur fusion apporte un volume d’eau douce supplémentaire qui s’écoule dans la mer et fait augmenter son niveau.

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Exercice 4 : Le duel des forces - Flotter ou couler

1. Énoncé de la poussée d’Archimède : Tout objet plongé dans un fluide (liquide ou gaz) subit une force mécanique verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.
2. Comparaison des comportements (Liège vs Acier) :
   • La bille d’acier coule car son volume est très petit ; elle déplace une quantité d’eau minuscule. La poussée d’Archimède ⬆️ exercée par l’eau est donc plus faible que son Poids ⬇️ (la gravité).
   • Le morceau de liège flotte car pour une même masse, il occupe un volume beaucoup plus grand que l’acier. Il déplace une quantité d’eau importante : la poussée d’Archimède ⬆️ devient assez forte pour équilibrer son Poids ⬇️.
3. Flottabilité du paquebot en acier : Le paquebot possède une structure creuse qui emprisonne un volume immense d’air. Grâce à cette géométrie, le navire occupe une place gigantesque sous l’eau et déplace un volume d’eau colossal. La poussée d’Archimède ⬆️ ainsi générée devient immense et suffit à porter le poids total du navire.