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Testé pour vous : l’eau chaude gèle instantanément

mardi, 11 janvier 2022 à 01:15 - 11 janvier 2022, le thermomètre affiche -27 degrés, j’ai donc décidé de faire le fameux test de l’eau chaude. Cette expérience spectaculaire, à faire avec grande prudence, est fascinante. Voyez pourquoi.

Il existe des conditions dans lesquelles l’eau bouillante (100 °C) se refroidit beaucoup plus rapidement que l’eau à la température ambiante (20 °C). Selon des expériences menées en laboratoire, l'eau chaude voit sa température atteindre le point de congélation presque trois fois plus vite que celle qui est plus froide, dans des conditions de refroidissement semblables. Ce phénomène est connu, depuis 1963, sous le nom de l’effet Mpemba, nommé en l’honneur d’un étudiant tanzanien qui a observé le phénomène alors qu’il essayait de faire de la crème glacée avec du lait bouilli.

Vive les -25 °C

Nous avons tous déjà vu des images de personnes qui lancent en l’air de l’eau bouillante par temps très froid. Le résultat est spectaculaire. Mais pour y parvenir, l’air doit afficher une température d’au moins -21 °C, idéalement -25 °C. L’eau bouillante va, dans un premier temps, se vaporiser. Puis, les fines particules de vapeur d’eau vont se cristalliser au contact du froid mordant. L’eau va ainsi varier en température de 125 °C en un clin d’œil. L’eau est la seule substance que l’on retrouve sur Terre sous les trois formes à l’état naturel : solide (les glaces), liquide (les océans) et gazeux (la vapeur d’eau contenue dans l’air). Lors de cette expérience, les molécules d’eau vont passer à travers les trois stades en quelques millièmes de seconde.

La clé : l’eau bouillante

Les propriétés de l’eau sont un peu différentes lorsque celle-ci est au point d'ébullition. Déjà, à ce stade, l’eau est en train de passer à la forme gazeuse. Lorsqu’on la lancera dans l’air polaire, le stade de vaporisation est déjà amorcé. Comme pour plusieurs liquides, l’eau chaude n’a pas la même densité que lorsqu'elle est froide. Les molécules qui la composent sont plus distantes que celles qui composent l’eau froide. C’est la dilatation thermique. Prenez deux tasses et mettez dans chacune d’elles 100 ml d’eau froide. Si vous en portez une à ébullition, celle-ci augmentera de volume d’un peu moins de 5 %. On peut donc conclure que 100 ml d’eau bouillante a une plus faible densité que 100 ml d’eau froide.

Cette faible densité et le processus de vaporisation amorcé lorsqu’on chauffe l’eau sont essentiels pour que l’expérience soit un succès. Les molécules qui composent l’eau sont formées de deux atomes d’hydrogène et d’un d’oxygène. Des expériences faites en laboratoire ont démontré que l’eau chauffée contient moins d’oxygène que celle qui est à la température de la pièce. On peut donc déduire que tout autre gaz qui se trouvait dissous dans cette eau est également en plus petite quantité lorsque l’eau est chauffée. Plusieurs de ces éléments ralentissent le processus de congélation de l’eau. L’eau bouillie contenant moins de gaz dissous va ainsi geler plus facilement.

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