III- QUELQUES CONFIRMATIONS (suite : la caléfaction)
7) La caléfaction de l'eau sur une plaque de cuisinière électrique
Si on verse des gouttes d'eau sur une plaque froide, ces dernières se déposent et mouillent la plaque. Si on dépose des gouttes d'eau sur une plaque de cuisinière électrique très chaude, la partie inférieure de la goutte se vaporise très vite, ensuite, la goutte glisse sur le coussin de vapeur qui s'est formé. Cette vapeur étant un isolant thermique comme tous les gaz, la vaporisation du reste de la goutte en est considérablement ralentie (voir vidéo ci-contre à droite).
La caléfaction s'appelle aussi : effet Leidenfrost. la température pour laquelle la durée de vie des gouttes est la plus grande, voisine de la température à partir de laquelle le phénomène se produit s'appelle le point de Leidenfrost.
8) Caléfaction avec de l'azote liquide
On voit sur la vidéo ci-contre à droite, que lorsqu'on renverse des gouttes d'azote liquide sur la table, elles subissent la caléfaction, et glissent longtemps avant de disparaître.
Dans un premier temps, l'expérimentateur verse de l'azote liquide sur de l'eau. L'azote bout violemment. la vapeur d'azote qui sort, refroidit tellement l'air, que la vapeur d'eau cristallise en une fumée très blanche de petits cristaux de glace. Dans un deuxième temps, il montre comment l'air de sa respiration devient liquide dans le ballon. Ensuite, il montre qu'un métal très froid devient supraconducteur et fait léviter un aimant (effet Meissner). Le passage à l'état de supraconducteur est un autre type de changement d'état qui se produit à une température précise. Dans une dernière partie, l'azote en ébullition, enfermé dans un récipient, sort violemment par le tuyau, et là encore, fait cristalliser la vapeur d'eau de l'air.
9) Effet Leidenfrost cryogénique
Si l'on verse une goutte d'eau sur de l'azote liquide, cette goutte, tant qu'elle est liquide, est à plus de 0°C alors que l'azote liquide est à -196°C. La goutte d'eau oblige localement l'azote à une forte ébullition; la goutte d'eau glisse ensuite sur un coussin de vapeur d'azote, vapeur qui est un isolant thermique. L'eau peut donc rester à 0°C d'autant plus longtemps que pendant qu'elle gèle, l'eau dégage beaucoup de chaleur. La goutte reste soulevée par le coussin d'azote gazeux pendant un certain temps, même une fois complètement congelée (vidéo ci-contre à droite).
10) Moteur à goutte d'eau
Si l'on verse une goutte d'eau sur une surface très chaude à structure asymétrique, cette goutte accélère du côté des plans inclinés, comme le montre la vidéo ci-dessous.
(a) Le liquide s'évapore bien avant que la goutte touche la surface chaude, et la goutte voltige sur un coussin de vapeur d'environ 10-100 μm d'épaisseur. (b) Sur une surface en dent-de-scie, les flèches bleues indiquent la circulation de la vapeur. Cette circulation applique une force de frottement qui entraîne la goutte vers la droite. d ≈ 0.2 mm et s ≈ 1-2 mm.
Suite : échanges d'énergie liés aux changements d'états.