SUPPRIMER LA CHALEUR LATENTE
Une compréhension complète de la chaleur latente ajoutera grandement à vos compétences d’analyse et de prévision. La chaleur latente n’a rien de magique mais peut être très déroutante à comprendre. Les molécules d’eau peuvent se déplacer de trois façons. Elles peuvent se déplacer par vibration, rotation et translation. La glace n’est pas très libre de ses mouvements. La glace peut vibrer, mais elle reste rigide. L’eau liquide se déplace librement mais comme les molécules sont encore très proches les unes des autres, elles ne se déplacent pas aussi librement que l’air.
L’eau solide (glace) est l’état le plus ordonné de H20 alors que le gaz est le moins ordonné. Pour que la glace passe de l’état de glace à l’état liquide, il faut ajouter de l’énergie pour que la glace passe d’un état supérieur à un état inférieur ordonné. Lorsque la glace fond ou que l’eau s’évapore, de l’énergie doit être prise dans l’environnement pour que la glace ou le liquide passe à un état moins ordonné. De l’énergie est nécessaire pour affaiblir les liaisons hydrogène individuelles entre les molécules de H20. Lorsque l’eau (dans l’une des trois phrases) passe d’un état d’ordre supérieur à un état d’ordre inférieur, l’air entourant le H20 se voit soustraire de la chaleur. Les trois processus qui soustraient de la chaleur à l’air ambiant sont l’évaporation, la fusion et la sublimation (du solide au gaz). Lorsque l’eau (dans l’une des trois phrases) passe d’un état inférieur à un état supérieur, de l’énergie est ajoutée à l’air entourant le H20. C’est ce qu’on appelle une libération de chaleur latente (par exemple, lorsqu’on soustrait de la chaleur à de l’eau liquide, les molécules d’eau individuelles ralentissent. Elles finissent par ralentir jusqu’au point où les liaisons hydrogène ne permettent plus au liquide de tourner. De la glace se forme alors. L’énergie dont disposaient les molécules d’eau pour tourner a été cédée à l’air environnant.) Les trois processus qui ajoutent de la chaleur à l’air ambiant sont la condensation, la congélation et le dépôt (du gaz au solide).
IMPORTANT : les processus d’évaporation et de condensation prennent 7,5 fois plus d’énergie que la fusion ou la congélation. C’est pourquoi le refroidissement par évaporation refroidira l’air beaucoup plus que la fonte de la neige. Par exemple, disons que la neige tombe et que la température extérieure est de 40 degrés Fahrenheit. Lorsque la neige tombe dans l’air plus chaud, elle commence à fondre et une partie s’évapore. L’évaporation de la neige humide refroidira l’air 7,5 fois plus que la fonte de la neige. Si la température passe de 40 à 32 degrés pendant que la neige tombe, environ 7 de ces 8 degrés de refroidissement sont causés par le processus d’évaporation. La fonte refroidit également l’air, mais pas autant que l’évaporation. Lorsque l’eau subit un changement de phase (passage d’une phase solide, liquide ou gazeuse à une autre), la température du H20 reste la même. Pourquoi ? L’énergie est utilisée pour affaiblir les liaisons hydrogène entre les molécules de H20 ou l’énergie est retirée du H20, ce qui resserre les liaisons hydrogène. Lorsque la glace fond, de l’énergie est prélevée dans l’environnement et absorbée par la glace pour relâcher les liaisons hydrogène. L’énergie prise pour relâcher les liaisons hydrogène entraîne le refroidissement de l’air environnant (l’énergie est prise à l’environnement : c’est l’absorption de chaleur latente). La température de la glace fondante reste cependant la même jusqu’à ce que toute la glace soit fondue. Toutes les liaisons hydrogène doivent être rompues à partir de l’état solide avant que l’énergie puisse être utilisée pour augmenter la température de l’H20.
L’énergie circule toujours d’un objet plus chaud vers un objet plus froid. Un glaçon à 32 degrés F absorbe l’énergie de l’air qui a une température plus chaude que le gel. L’énergie circule de la pièce vers le glaçon. Jetez suffisamment de glaçons dans votre cuisine et vous remarquerez peut-être que la température de l’air se refroidit légèrement. L’énergie est prise de votre pièce plus chaude et transférée dans les glaçons pour les faire fondre ; une soustraction d’énergie entraîne un refroidissement. Il en va de même lorsque l’on compare la congélation à la condensation. Le processus de condensation réchauffera l’air environnant 7,5 fois plus que lors du processus de congélation. Lorsqu’un orage se développe, le dégagement de chaleur latente par condensation est 7,5 fois plus important que le dégagement de chaleur latente par congélation. Maintenant, faisons quelques applications de ce processus de chaleur latente en ce qui concerne les prévisions.
1. Le refroidissement par évaporation de la pluie (en l’absence de courants descendants) fera baisser la température mais augmenter le point de rosée. Le point de rosée augmentera toujours (dans la gamme des températures normalement observées) plus que la température ne baisse (par exemple, supposons que la température est de 70 F avec un point de rosée de 50 F, après une pluie persistante, la température se refroidira à environ 63 et le point de rosée augmentera à environ 63).
2. Les températures ont une difficulté à se réchauffer significativement les jours où il y a une couverture de neige en surface. La fonte et l’évaporation de la neige refroidissent continuellement l’air.
3. La condensation libère de la chaleur latente. Cela fait que la température d’un nuage est plus chaude qu’elle ne l’aurait été s’il ne dégageait pas de chaleur latente. Chaque fois qu’un nuage est plus chaud que l’air ambiant, il continue à s’élever et à se développer. Plus un nuage contient d’humidité, plus il a le potentiel de libérer de la chaleur latente.
4) La quantité de refroidissement subie pendant la fonte ou l’évaporation est fonction de la dépression du point de rosée. Si l’air est saturé, l’évaporation sera minimisée. Le refroidissement par évaporation ne peut pas avoir lieu une fois que la rosée se forme sur le sol mais peut commencer à avoir lieu lorsque le soleil commence à réchauffer la surface (la dépression du point de rosée devient supérieure à 0).
5. Les climats secs ont tendance à avoir un plus grand écart diurne de température que les climats humides. La raison principale est la chaleur latente. Dans un climat sec, le refroidissement par évaporation est au minimum et il y a peu de vapeur d’eau pour piéger le rayonnement à grandes ondes la nuit. Par conséquent, dans un climat sec, les maxima seront plus élevés et les minima plus bas par rapport à un climat humide à la même altitude et latitude (toutes choses égales par ailleurs).