Transformations physiques : exercices corrigés de seconde

Au départ, le verre contient de l'eau solide (les glaçons) et de l'eau liquide : on a donc un mélange de solide et de liquide, noté S+L.

On additionne les masses : $m_{\text{totale}} = 45 + 120 = 165\ \text{g}$.

Le verre est fermé et la masse totale est supposée constante : une fois les glaçons fondus, il ne reste que de l'eau liquide, et la balance indique encore $165\ \text{g}$.

On identifie la partie : la masse de glace, $45\ \text{g}$.

On identifie le tout : la masse totale, $45 + 120 = 165\ \text{g}$.

On calcule le rapport : $\dfrac{45}{165} \approx 0{,}2727$.

On multiplie par $100$ : $0{,}2727 \times 100 \approx 27{,}27\ \%$.

S+L veut dire que l'échantillon contient du solide et du liquide en même temps : c'est la situation pendant la fusion.

Le premier relevé S+L date de $t = 4\ \text{min}$ : à cet instant au plus tard, du liquide est déjà présent.

Le premier relevé entièrement liquide (L) date de $t = 10\ \text{min}$.

On soustrait les deux instants : $10 - 4 = 6\ \text{min}$.

Le rythme est constant, donc la masse fondue est proportionnelle à la durée : $m_{\text{fondue}} = 3{,}5 \times t$, avec $m$ en grammes et $t$ en minutes.

La fusion est complète quand $m_{\text{fondue}} = 28\ \text{g}$, d'où $t = \dfrac{28}{3{,}5} = 8\ \text{min}$.

À $t = 5\ \text{min}$ : $m_{\text{fondue}} = 3{,}5 \times 5 = 17{,}5\ \text{g}$.

On vérifie la cohérence : $17{,}5\ \text{g}$ est bien inférieur à $28\ \text{g}$, donc il reste de la glace à cet instant.

Qualitativement, le glaçon réchauffé fond plus vite : réchauffer un glaçon accélère sa transformation en eau liquide ³.

Pour le premier glaçon : $v_1 = \dfrac{20}{25} = 0{,}8\ \text{g/min}$.

Pour le second : $v_2 = \dfrac{20}{10} = 2\ \text{g/min}$.

On calcule le rapport : $\dfrac{v_2}{v_1} = \dfrac{2}{0{,}8} = 2{,}5$. On trouve le même nombre avec les durées inversées : $\dfrac{25}{10} = 2{,}5$.

Masse de glace fondue : $\dfrac{3}{5} \times 60 = 36\ \text{g}$.

Masse de glace restante : $60 - 36 = 24\ \text{g}$.

Masse d'eau liquide : elle reçoit les $36\ \text{g}$ fondus, donc $240 + 36 = 276\ \text{g}$.

Masse totale : $24 + 276 = 300\ \text{g}$, soit la masse initiale $60 + 240 = 300\ \text{g}$ : le bilan est cohérent.

Il reste de la glace et il y a de l'eau liquide : l'état est S+L.

La phrase est maladroite parce qu'elle laisse croire que le glaçon et l'eau sont deux choses différentes : le glaçon, c'est de l'eau solide ³.

Formulation correcte : « Le glaçon, c'est de l'eau solide. Lorsqu'il fond, il se transforme en eau liquide. » On nomme bien l'état de départ (solide) et l'état d'arrivée (liquide) ³.

On précise la transformation : c'est un changement d'état de l'eau, la fusion ³.

Pour comparer deux glaçons, on indique les conditions de l'expérience (par exemple, réchauffé ou non, puisque réchauffer accélère la transformation ³) et on mesure les durées.