Chaleur sensible et chaleur latente de vaporisation

Sommaire

Qu'est-ce que la chaleur sensible, la chaleur latente, la chaleur latente de vaporisation ? La chaleur latente et la chaleur sensible sont deux types de transfert de chaleur entre un objet et son environnement. La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée à une substance ou retirée de celle-ci pour produire un changement de phase.

L'enthalpie de vaporisation

L'eau se met en ébullition à 100 °C sous la pression d'une atmosphère. L'enthalpie de vaporisation spécifique de l'eau, égale à la quantité de chaleur fournie pour transformer 1 kg d'eau en phase liquide en vapeur, est de 2 257 kJ/kg.

La chaleur sensible

La chaleur sensible modifie la température d'une matière. Par exemple : La chaleur thermique massique de l'eau est en moyenne de 4,19 kJ/kg.K, il faut donc fournir 419 kJ pour chauffer un litre d'eau de 0°C à 100°C.

La chaleur latente

La chaleur latente modifie l'état physique d'une matière solide, liquide ou gazeuse par opposition à la chaleur sensible qui modifie la température d'une matière.

Fonctionnement de la chaleur latente de vaporisation : sur le schéma ci-dessus, la coupe de la bouteille de gaz montre la partie mouillée (1) c'est à dire le niveau de remplissage de gaz liquéfié à 85 % (3) en contact avec la paroi du récipient. Lorsque l'on ouvre le robinet pour l'utilisation, le gaz passe de la phase liquide à une phase gazeuse dans la zone 2 appelée ciel gazeux.

Un gaz qui se détend en passant de liquide à gazeux produit du froid, la paroi mouillée sert d'échange thermique entre intérieur et extérieur. Un niveau de température suffisant extérieur (4) est nécessaire pour assurer cette transformation appelée ébullition (zéro degré pour le butane et moins 42 ° pour le propane). Plus la surface d'échange est importante et plus le gaz pourra se vaporiser, c'est la raison pour laquelle des réservoirs de gaz sont utilisés en raison de leur taille qui augmente la surface mouillée.

La capacité d'évaporation est fonction de cette surface d'échange, de la température extérieure et du débit de gaz exprimé en grammes/heure ou Kg/heure demandé par l'appareil de service (chaudière, réchaud, barbecue, désherbeur, etc.).

Principe de vaporisation du gaz

La chaleur latente de vaporisation

Voici 2 exemples sur le gaz et sur l'eau

Exemple pour le gaz

Lors de l’ouverture du robinet d’une bouteille de butane ou propane, le gaz s'échappe et au fur et à mesure le ciel gazeux (la partie haute de la bouteille) est remplacé par du nouveau gaz produit par le gaz liquide qui s’évapore. Cette phase s'appelle l'ébullition, cette évaporation demande de la chaleur. La chaleur latente de vaporisation est la quantité de chaleur qu’il faut apporter par unité de masse à un corps pur liquide pour l’obtenir à l’état gazeux à la même température sous pression constante.

Le débit de gaz augmente, lorsque la quantité de chaleur augmente, la masse du liquide subit une diminution de température car l’évaporation va récupérer de la chaleur (calories) dans la masse même du liquide, ce qui fait provoque une baisser de sa température.

Lorsque le débit est peu important et la température de l’air ambiant élevée, la différence de température entre l’extérieur et l’intérieur permet un apport suffisant de chaleur (calories) au travers de la parois mouillée (baignée intérieurement par le liquide).

Lorsque le débit de gaz demandé par l'appareil de service est important et la température ambiante basse, l’apport de chaleur sera insuffisant. La température de la masse liquide du gaz baissera progressivement jusqu’à atteindre ( - 42° C) pour le gaz propane et (-0,5°C) pour le gaz butane. Les bouteilles ne pourront plus débiter lorsqu'elles atteignent leur température limite, les parois des récipients givrent. Le propane est plus efficace en hiver le butane.

Deux exemples de chaleur latente de vaporisation à + 15° C :

• PROPANE = 356 kJ
• BUTANE = 362 kJ

Exemple pour l'eau

la chaleur de vaporisation varie en fonction de la température de l'eau qui s'évapore : de 2 257 kJ/kg à 100°C, la chaleur de vaporisation est de 2 454 kJ/kg à 20°C et de 2 501 kJ/kg à 0°C.

La chaleur de liquéfaction

La chaleur de liquéfaction est la chaleur nécessaire pour passer de l’état solide à l’état liquide.

La chaleur de vaporisation

La chaleur de vaporisation est la chaleur nécessaire pour passer de l’état liquide à l’état gazeux.

Exemple : la chaleur de vaporisation d'un litre d'eau est de 2 257 kJ/kg (à la pression atmosphérique et à une température de 100°C).

La chaleur de condensation

La chaleur de condensation est la chaleur nécessaire pour passer de l’état gazeux à l’état liquide. La chaleur latente de condensation est la quantité de chaleur exprimée en Joule/kilogramme (J/kg)qu'il faut extraire à 1 kg de vapeur saturée (à pression et température constantes) pour obtenir 1 kg d'eau.

La chaleur de solidification

La chaleur de solidification est la chaleur nécessaire pour passer de l’état liquide à l’état solide.