L'état de surfusion

nickyc56 · 18/09/2004, 14h08

L'état de surfusion c'est bien joli mais quelqu'un saurait approfondir le phénomène au niveau moléculaire. Que ce passe t-il au niveau des molécules d'eau???

Trapamoosch · 18/09/2004, 15h48

Dans la glace, les molécules d'eau forment une structure hexagonale dûe aux interactions electrostatiques entre les atomes H (électropositif) et O (électronégatif).
Comme la chaleur est en fait une quantification de l'agitation moléculaire, quand tu chauffes de l'eau, cette agitation va peu à peu vraincre ces interactions. Les molécules d'eau s'éloignent alors les unes des autres (d'où le passage solide --> liquide --> vapeur).

A l'inverse, quand tu refroidis, l'agitation diminue, les interactions électostatiques reprennent le dessus et les molécules se rapprochent. Sauf en cas de surfusion.
En fait, tu as des molécules qui sont dans un équilibre précaire. Elles sont peu agitées peu mais réussissent quand même à vraincre les forces électrostatiques. La moindre variation détruit cette équilibre.

moco · 18/09/2004, 17h45

On peut être plus précis. Quand on refroidit de l'eau liquide, ses molécules se calment. Quand on arrive à 0°C, elles devraient s'empiler pour faire de la glace. mais il faut qu'une ou deux d'entre elles se décident d'être les premières à former le premier empilement. Etant entendu que les autres suivront ensuite. Et il n'y a aucune raison pour que telle ou telle molécule soit la première à montrer l'exemple, sur lequel toutes les autres s'aligneront. Total : la température descend pendant quelques secondes de 1 à 2°C au-dessous jusqu'à ce que tout à coup, en général, près d'une impureté, se forme le premier cristal. la trempérature remonte alors très vite à 0°C, et toute l'eau se prend en glace.

Trapamoosch · 18/09/2004, 17h50

Moco, ote moi d'un doute. Si l'eau est en surfusion à disons -3°C, au moment de la solidification, elle remonte à 0°C (vu que le changement d'état se fait à cette température).
Mais une fois l'eau solidifiée, elle repasse à -3°C non ?

**Coincoin** · 18/09/2004, 17h59

Trapamoosch, ton eau surfondue gèle à -3°C et n'as pas besoin de remonter à 0°C pour geler... Par contre, en gelant, l'eau dégage de l'énergie, donc ta glace sera peut-être à un peu plus de -3°C une fois gelée.
Il faut savoir que dans des conditions optimales (pas d'impuretés, ni de vibrations), on peut descendre relativement bas en température en gardant de l'eau surfondue. Personnellement, j'ai déjà vue de l'eau surfondue à -15°C.

Trapamoosch · 18/09/2004, 18h06

Dans tous les cycles thermodynamiques que j'ai fait et vu, on fait remonter l'eau à 0°C pour qu'elle gèle.

Si je me souviens bien, par exemple, tu peux avoir
Eau(l) (T=-10°C) ----> Eau(s) (T=-5°C)

Et ça se décompose en :
Eau(l) (T=-10°C) ---> Eau(l) (T=0°C) ---> Eau(s) (T=0°C) ---> Eau(s) (T=-5°C)

C'est qu'un exemple bidon, mais l'idée est là.

**Coincoin** · 18/09/2004, 19h19

Il s'agit là d'un cycle imaginaire : on se sert du fait que ça ne dépend que de l'état initial et de l'état final pour faire un cycle imaginaire qui passe à 0°C et ainsi utiliser les données tabulées à 0°C. Cela n'a aucune réalité physique et permet juste de faire les calculs sans avoir besoin de la chaleur latente à -3°C...

Trapamoosch · 18/09/2004, 19h26

http://cyberzoide.developpez.com/surfu/etabli.php3

Ils sont d'accord avec moi.

nickyc56 · 19/09/2004, 01h12

Donc si jai bien comprit c'est quelque chose qui est régit par le hazard.
Il faut que l'une des molécule veuille donner le "LA"
Et tt dépend des interaction moléculaires.

Mais commen faire entrée de l'eau en surfusion ???

Trapamoosch · 19/09/2004, 01h19

Pour faire rentrer de l'eau en surfusion, il faut de l'eau la plus pure possible (pour éviter les hétérogénéités dans le milieu qui font que la solidification va se faire en entrainant un déséquilibre).
Après il faut faire baisser sa température en prenant garde qu'il n'y ait pas de vibration.
Ce n'est pas évident donc.

nickyc56 · 19/09/2004, 13h42

eau pure j'ai mais pour descendre la température on peut faire ca commenet ac de l'alcool a - 78°C c'est bon ???

moco · 19/09/2004, 13h53

Qu'est-ce que c'est que ton alcool à -78°C ? Est-ce que tu ne confonds pas avec le point d'ébuillition de l'alcool qui est à PLUS 78°C ?
Ceci dit, c'est très difficile de faire de l'eau en surfusion. On n'arrive jamais à en produire qu'en petite quantité, et pour pas longtemps. Car dès qu'elle est en grande quantité (plus que 50 à 100 ml), il se produit des irrégularités par le passage des rayons cosmiques, qui cassent les molécules d'eau en deux fractions H et OH. Normalement, ces deux moitiés se recombinent immédiatement après. Mais dans l'eau en surfusion, cette impureté suffit à déclancher le démarrage de la cristallisation. Et on compte qu'il y a en gros un rayon cosmique par seconde et par centimètre carré qui traverse la matière au niveau de la mer.

nickyc56 · 19/09/2004, 19h18

Non je ne confiond pas ac le point d'ébulition de l'alcool. C'est qu'il faut faire descendre la température de l'eau hors il faut trouver un liquide qui reste liquide a une température élevé cad - 78°C température du réfrigérateur utilisé.

Mais pouvzez vous m'expliciter la notion de rayon cosmique ????

moco · 20/09/2004, 00h48

Les rayons cosmiques sont des particules qui voyagent à travers l'espace à des vitesses proches de celle de la lumière. C'est le soleil qui nous les envoie. Elles sont très pénétrantes, puisqu'il y en a qui traversent des kilomètres de roches. Mais leur nature est très complexe. Ce ne sont ni des protons, ni des neutrons, ni des électrons. Il en existe une quantité d'espèces différentes, que l'on a nommé muon, pion, kappa, sigma, ksi, oméga, J/psi, j'en passe et des meilleures. Mais après freinage, elles finissent toutes par se transformer en particules connues comme l'électron, le neutron ou le proton. C'est un domaine de la physique difficile d'accés.

nickyc56 · 21/09/2004, 21h23

Bonsoir,

Mais dites moi les rayons cosmique on peut les isoler ???

**Narduccio** · 21/09/2004, 23h17

Citation:

Posté par nickyc56

Bonsoir,

Mais dites moi les rayons cosmique on peut les isoler ???

Il y a une éxpérience au fond d'un souterrain sous une montagne en Italie, elle s'appelle Opéra:

Citation:

Opera regroupe environ 160 physiciens principalement européens et japonais. Le détecteur est en cours d’installation dans le Laboratoire national du Gran Sasso (LNGS) qui se situe en Italie, dans un parc national au milieu du massif des Abruzzes. La prise de données débutera au printemps 2006 et doit durer 5 ans. Pour se protéger des rayons cosmiques, le LNGS est situé sous une montagne qui éliminera 99 % d’entre eux. Il est composé de trois cavités d’une centaine de mètres de long, d’une vingtaine de mètres de large et de 18 m de haut. On y accède par un tunnel autoroutier.

cf: http://www.in2p3.fr/page/communicati...2004/Opera.htm
Donc, si tu as une épaisseur assez importante de murs, tu devrait diminuer le flux de rayons cosmiques d'un poulième.

moco · 22/09/2004, 10h33

On peut mettre en évidence les rayons cosmiques très simplement, sans machine ni ordinateur.
Il suffit d'empiler des films ou des plaques photographiques noir et blanc vierges (non exposées), de les oublier quelque part pendant quelque temps, surtout ne pas les toucher, et de les développer au bout de quelques jours ou semaines. Puis de les examiner au microscope après développement.

Au lieu de voir une image, on ne voit rien au premier abord. Il n'y a pas d'image. Tout est gris pâle. Mais en examinant au microscope, on observe des quantités de petits points noirs, régulièrement répartis sur la plaque photo, au hasard, semble-t-il. Or ce n'est pas au hasard. Car si on compare les plaques les unes avec les autres, on voit les mêmes petits points noirs au même endroit, comme s'ils ont été superposés, ou comme s'ils avaient été créés par le passage d'une sorte de rayon très énergique venant du ciel, et assez pénétrant pour avoir traversé toutes les plaques d'un coup, sans être déviés ni arrêtés.

C'est ainsi qu'on a découvert ces rayons dits cosmiques dans les années 1950. Plus tard, on a créé les énormes machines souterraines dont parle Narduccio.

Félix · 22/09/2004, 13h14

Citation:

Posté par moco

Car dès qu'elle est en grande quantité (plus que 50 à 100 ml), il se produit des irrégularités par le passage des rayons cosmiques

J'avais cependant lu un exemple historique d'un lac entier en surfusion, au 19ème siècle. Des chevaux fuyant un incendie se sont réfugiés dans le lac. Manque de bol, l'eau était en surfusion et la glace a donc pris quasi-instantanément autour d'eux...