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Chaleur latente : l'énergie pour fondre la glace, chauffer l'eau et la vaporiser

Calculez la chaleur nécessaire pour faire passer de l'eau d'une température à une autre, fusion et vaporisation comprises, et le temps de chauffe.

Mis à jour le
Vos paramètres

Valeur hors limites

°C

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°C

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W

Valeur hors limites

Résultats

Chaleur totale

794,4

Chauffage : cette chaleur doit être fournie
Chaleur latente (fusion et vaporisation)
334,0
Chaleur sensible (variation de température)
460,4
Part de la chaleur latente
42 %
Temps à cette puissance (sans pertes)
6,6 min

L’énergie cachée de la fusion et de l’ébullition

Posez une casserole de glace sur le feu avec un thermomètre. La température monte jusqu’à 0 °C puis s’arrête pendant que la glace fond, alors que le feu continue de chauffer. Plus tard, elle se bloque à nouveau à 100 °C pendant que l’eau bout. L’énergie absorbée pendant ces paliers ne change pas la température : elle rompt les liaisons qui maintiennent le solide ou le liquide. Le chimiste écossais Joseph Black l’a appelée chaleur latente, c’est-à-dire cachée, dans les années 1760.

Les deux formes de chaleur

  • La chaleur sensible fait varier la température : Q = m × c × ΔT, avec c la capacité thermique massique de la glace, de l’eau ou de la vapeur.
  • La chaleur latente fait changer d’état : Q = m × L, avec L la chaleur latente de fusion ou de vaporisation.
Grandeur Valeur pour l’eau
Capacité thermique de la glace 2,09 kJ/kg·K
Capacité thermique de l’eau liquide 4,186 kJ/kg·K
Capacité thermique de la vapeur 2,01 kJ/kg·K
Chaleur latente de fusion à 0 °C 334 kJ/kg
Chaleur latente de vaporisation à 100 °C 2 257 kJ/kg

Le calculateur additionne chaque étape entre les températures de départ et d’arrivée.

Exemple

Prenons 1 kg de glace sortie d’un congélateur à −20 °C et chauffons-la jusqu’à 100 °C, juste avant l’ébullition :

  • Réchauffer la glace jusqu’à 0 °C : 41,8 kJ.
  • La faire fondre : 334 kJ.
  • Chauffer l’eau de 0 à 100 °C : 418,6 kJ.
  • Total : 794,4 kJ (0,22 kWh), dont 42 % de chaleur latente.
  • Une bouilloire de 2 000 W sans pertes mettrait environ 6,6 minutes.

La vaporiser entièrement demanderait encore 2 257 kJ, presque trois fois plus.

Pourquoi c’est important

  • Refroidir : les glaçons rafraîchissent si bien parce que leur fusion absorbe beaucoup de chaleur à 0 °C.
  • Brûlures par la vapeur : la vapeur à 100 °C libère sa chaleur de vaporisation en se condensant sur la peau, ce qui la rend bien plus dangereuse que l’eau à la même température.
  • Météorologie : la vapeur d’eau transporte d’énormes quantités d’énergie dans l’atmosphère et la libère dans les nuages, ce qui alimente orages et cyclones.
  • Climatisation et pompes à chaleur déplacent la chaleur en évaporant puis en condensant un fluide frigorigène.

Limites

Les valeurs s’appliquent à la pression atmosphérique normale. En montagne, l’eau bout à une température plus basse, à 90 °C environ vers 3 000 m, et dans un autocuiseur à une température plus élevée. Le chauffage réel perd aussi de l’énergie dans le récipient et l’air, donc les temps réels sont plus longs. Si la température d’arrivée est inférieure à celle de départ, le calculateur donne la chaleur à retirer.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la chaleur latente ?

L'énergie absorbée ou libérée lors d'un changement d'état, sans variation de température. Faire fondre de la glace à 0 °C demande 334 kJ par kilogramme, et vaporiser de l'eau à 100 °C demande 2 257 kJ par kilogramme.

Quelle différence entre chaleur latente et chaleur sensible ?

La chaleur sensible fait varier la température, que l'on peut mesurer au thermomètre. La chaleur latente fait changer l'état, de solide à liquide ou de liquide à gaz, à température constante.

Pourquoi faut-il autant d'énergie pour vaporiser l'eau ?

Transformer l'eau en vapeur oblige à séparer les molécules malgré leurs liaisons hydrogène. Vaporiser un kilogramme d'eau demande plus de cinq fois l'énergie nécessaire pour le chauffer de 0 à 100 °C.

Quelles valeurs le calculateur utilise-t-il ?

Capacité thermique massique de la glace 2,09, de l'eau liquide 4,186 et de la vapeur 2,01 kJ/kg·K, chaleur de fusion 334 kJ/kg et chaleur de vaporisation 2 257 kJ/kg, à pression atmosphérique normale. Il ne tient pas compte des pertes vers le récipient et l'air ambiant.

Ce calculateur vous a-t-il été utile ?

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Résultats indicatifs fournis à titre d'information. Ils ne remplacent pas l'avis d'un professionnel.