Les états de la matière

La matière peut exister sous 3 états: solide, liquide ou gazeux.

Un solide a un volume et une forme fixe
Un liquide a un volume fixe mais une forme variable: il adopte la forme du récipient dans lequel on le verse
Un gaz n’a ni volume ni forme fixe: il occupe tout le volume disponible

Dilatation

On dit qu’un gaz est très compressible:
- Si le volume disponible augmente, le gaz se dilate:
  les particules s’éloignent les unes des autres pour complètement occuper l’espace.
- Inversemment, si le volume diminue, le gaz se contracte:
  les particules s’approchent les unes des autres pour occuper l’espace.

Dans un solide:
Les particules sont proches les unes des autres et occupent une position fixe.
Les liaisons chimiques des molécules sont fortes et serrées, ce qui les maintient dans une position fixe.
Dans un liquide:
Les particules sont proches les unes des autres mais n’occupent pas une position fixe.
Les molécules peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres, mais leur mouvement est limité par la proximité des autres particules.
Dans un gaz:
Les particules sont éloignées les unes des autres, la liberté de mouvement est maximale.

L’énergie cinétique est une propriété d’une molécule individuelle et est liée à sa vitesse et à sa masse.
L’énergie thermique, aussi connue sous le nom d’énergie calorifique, est un type d’énergie qui résulte du mouvement aléatoire des molécules (ou des atomes ou autres particules) qui composent une substance. C’est une propriété d’un groupe de molécules et est liée au mouvement global et aux collisions entre les molécules de ce groupe.

L’énergie cinétique peut être considérée comme la “vitesse” de molécules individuelles, tandis que l’énergie thermique est davantage liée au comportement collectif de toutes les molécules d’une substance.

La température et l’énergie thermique sont étroitement liées:
- La température est une mesure de l’énergie thermique moyenne des molécules d’une substance.
  C’est le comportement global de toutes les molécules d’une substance qui détermine sa température. Imaginons une piste de danse bondée: on peut voir des individus danser à des vitesses différentes et avec des niveaux d’énergie différents, mais c’est l’énergie globale de la foule qui crée l’atmosphèse et l’ambiance de la fête.
- L’énergie thermique, quant à elle, est la quantité totale d’énergie possédée par les molécules d’une substance en raison de leur mouvement de leurs collisions.
L’énergie thermique peut être transférée d’un objet à un autre par divers mécanismes, tels que la conduction, la convection et le rayonnement. C’est la raison pour laquelle les choses semblent chaudes ou froides au toucher, et elle joue un rôle crucial dans de nombreux processus naturels et articifiels, tels que le transfert de chaleur et la thermodynamique.

Lorsque l’agitation des particules qui constituent un objet est élevée, alors la température de l’objet est élevée.
Inversemment, lorsque l’agitation est basse, alors la température est basse.
Élever la température d’un objet revient à augmenter l’énergie cinétique (et donc la vitesse) des particules qui le constituent.
À des températures basses, les molécules ont moins d’énergie et sont moins susceptibles de se libérer de leur position fixe. Lorsque la température augmente, les molécules acquièrent plus d’énergie et commencent à vibrer et à se déplacer plus rapidement. Cela conduit éventuellement à une rupture des force intermoléculaires et les moléculent se mettent à se déplacer plus librement: la matière change d’état. Les liaisons plus fortes nécessitent plus d’énergie pour être rompues, il faut une température plus élevée pour que la matière change d’état.
Si on met en contact un objet chaud avec un objet plus froid, les molécules de l’objet chaud, qui sont très agitées, vont s’entre-choquer avec les molécules de l’objet froid. Les molécules de l’objet froid vont gagner du mouvement (l’objet se réchauffe), tandis que les molécules de l’objet chaud perdent du mouvement (l’objet se refroidit).

On se sert de l’échelle absolue (ou échelle Kelvin) pour déterminer l’agitation des particules.
Elle correspond à la température donnée en Celsius + 273.15
```
Kelvin (K) = Celsius (C) + 273.15
```
La température minimale, qui correspondrait à une énergie cinétique nulle des particules (des particules parfaitement immobiles), est appelée zéro absolu ou 0 Kelvin, qui correspond donc à -273.15°C.
```
  Zéro absolu (énergie cinétique nulle):
  0 K = -273.15 C
```
Il ne peut donc pas exister d’objet avec une température inférieure à 0K.
Ce zéro n’est à dire vrai pas physiquement atteignable, mais on le calcule par extrapolation.

La lumière infrarouge, également connue sous le nom de rayonnement thermique, est un type de rayonnement electromagnétique dont la longueur d’onde est supérieure à celle de la lumière visible et qui est émis par tous les objets dont la température est supérieure au zéro absolu.
Les objets convertissent tous une partie de leur chaleur en énergie lumineuse, ce qui se traduit par un rayonnement.
Plus un objet est chaud, plus il possède d’énergie thermique, plus le rayonnement est énergétique, et plus il émet de lumière infrarouge. C’est pourquoi les objets chauds apparaissent en rouge ou en orange sur les images infrarouges.

Exemple: Le corps humain, qui n’est pas très chaud, émet de la lumière infrarouge, non visible à l’oeil nu, mais qui peut etre détectée par des caméras thermiques.

Exemple 2: Le soleil a lui une température extremement élevée, il émet de rayonnements infrarouges, lumineux et ultraviolets, qui se propagent dans le vide.
En absorbant une partie de ces rayonnements, un objet va gagner de la chaleur et donc se réchauffer. Ce phénomène de convertion de la température en rayonnement est ce qui permet un échange thermique dans le vide.

La fusion est le passage de l’état solide à liquide.
La solidification est le passage de l’état liquide à solide.
La vaporisation est le passage de l’état liquide à gazeux.
La liquéfaction (ou condensation liquide) est le passage de l’état gazeux à liquide.
La sublimation est le passage direct d’un état solide à gazeux, sans passer par la phase liquide.
La sublimation inverse (ou condensation solide) est le passage direct d’un gazeux à solide.

Dans les gaz, les molécules sont plus éloignées les unes des autres que dans les liquides.
Pour vaporiser un liquide, il faut éloigner les molécules en rompant les interactions moléculaires.

Plus les interactions sont fortes, plus il faudra d’énergie pour la vaporisation et donc plus la température d’ébulition nécessaire sera élevée. Inversemment, si les forces qui relie les molécules sont très faibles, la température d’ébulition est très faible.
Les substances ayant une température d’ébulition inférieure à la température ordinaire sont gazeuses à température ambiante. C’est le cas du gaz de ville, le méthane (NH₃), qui a une température d’ébulition de -33°C.

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