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Expériences à mener devant les élèves :
Matériel : baguette de plomb ou fil de plomb (voir fil de fusibles), un fil d’acier assez fin, une tige de verre, des glaçons, un bâton de craie, du sucre, de la paraffine
Appareil pour chauffer (type réchaud à alcool ou bec Bunsen –attention à la sécurité)
Méthodologie de l’expérience
Les différents objets doivent être placés au bout d’une pince.
Faire noter aux élèves les remarques concernant les différents corps chauffés.
objet
Le plomb
le verre
L’aluminium
la craie
La glace
Remarques
Fond puis se solidifie sur la table
Se déforme et rougit
Se déforme et forme une boule
On ne voit rien mais …….
Elle fond et se transforme en eau sur la table
Il rougit
Elle fond puis se solidifie sur la table
Il se décompose
L’acier
La paraffine
Le sucre
A partir de ces expériences, une question peut survenir : est-ce que tous les corps fondent ? et réciproquement, est-ce qu’un corps liquide peut devenir solide ?
Pour répondre à ces questions, il est nécessaire de partir du fait que la fusion est en relation avec une élévation de température (donc une quantité de chaleur donnée), ce que l’on remarque pour le plomb et pour la glace
La solidification est en relation avec un abaissement de la température (et donc une quantité de chaleur restituée), ce qui se passe encore pour le plomb qui se solidifie en tombant sur la table , l’aluminium qui forme une boule au bout du fil.
Question : est-ce vrai pour tous les corps ?
Pour répondre à cette question, il est nécessaire de lire le tableau suivant :
Question :
Jusqu’à quelle température le plomb est –il solide ?
Jusqu’à quelle température la craie est –elle solide ?
Jusqu’à quelle température l’eau est –elle solide ?
L’huile peut-elle devenir solide ?
Pourquoi n’utilise –t-on pas des thermomètres à mercure au Pôle Nord pour mesurer la température ?
Quand voit-on des rochers “ liquides ” ?
La notion générale à faire admettre aux élèves est sous les conditions de travail en classe:
1/ les corps solides fondent sous l’action de la chaleur
2/ certains corps se décomposent sous l’action de la chaleur
3/en se refroidissant, tout liquide devient solide
4/ (pour les enseignants) le point de fusion et le point de solidification sont les mêmes pour tous les corps, ce sont des constantes physiques. La notion de pression qui est une variable importante en physique n’a pas été prise en compte
A retenir :
La fusion est le passage de l’état solide à l’état liquide
La solidification est le passage de l’état liquide à l’état solide
Autres expériences intéressantes :
Dans des tubes à essai, marquer les sufaces libres des produits
(paraffine liquide et huile figée)
Dans le premier cas, laisser refroidir et dans le second cas
laisser l’huile se réchauffer.
On remarque alors que dans les deux cas, les volumes des
produits ont été modifiés.
Cette remarque est générale:
La plupart des corps augmentent de volume lorsqu’ils fondent
et diminuent de volume en se solidifiant.
Expériences avec l’eau l’influence de la pression et la surfusion
Expérience concernant l’influence de la pression
Il s’agit d’une expérience classique mais
Qui permet d’étudier les hypothèses possibles
Concernant les observations.
Méthodologie :
Bloc de glace, corde et 2 masses de 5kg
minimum
disposer sur le bloc de glace la corde à laquelle
sont reliées les deux masses.
La corde pénètre dans le bloc sans que ce dernier
ne se coupe.
Pourquoi ?
Les enfants pensent d’abord à la température du fil
(mais qui n’explique pas pourquoi le bloc reste visible
indivisible) puis à la forme du fil qui coupe la glace
(ce qui n’explique toujours pas le non sectionnement)
et enfin apparaissent les masses (sous forme de notion de poids)
Il faut, pour expliquer ce phénomène, considérer que les masses amènent au niveau de la corde une force pressante (ou une pression) considérable car répartie sur une faible surface (la force pressante est le rapport entre la masse et la surface ici surface = 100mm² force := 10 kg d’où une pression de 10kg au cm² ou 100 tonnes par m²). Elle fait donc fondre la glace sous le fil, ce dernier descend, mais l’eau de fusion, au contact de la glace , n’étant plus soumise à cette même pression, gèlera.
Expérience concernant la surfusion :
Dans un tube à essai, verser de l’eau déminéralisée (ou de l’eau distillée.).
Si l’on refroidit cette eau en la plongeant dans un mélange de glace et de sel (2/3 de glace, 1/3 de sel bien mélangés), la température de l’eau déminéralisée descendra bien au dessous de 0° sans que l’eau ne gèle.
Si l’on sort le tube et que l’on l’agite l’eau se solidifie brutalement et la température remontera à 0°.
On parlera alors de surfusion, la température du liquide étant inférieur à son point de solidification.
Il s’agit d’un état instable
EVAPORATION
Des observations
Une cour, humide la pluie sèche
Le linge, étendu humide sèche
Lorsqu’il pleut , il arrive parfois que s’échappe au dessus du capot des vapeurs d’eau , le capot sèche très vite
Des expérimentations :
Attention aux manipulations qui ne peuvent être faites qu’avec de faibles quantités, un local aéré et uniquement par l’enseignant
Afin de visualiser très rapidement la vaporisation, il est possible d’utiliser de l’éther avec les précautions d’usage
Expérience 1 :
Comparer les vitesses d’évaporation de deux liquides
Ether et alcool
Méthodologie :
Placer dans chaque plateau la même masse de liquides dans identique
des récipients identiques.
Observer puis conclure
Nota : on peut renouveler les expériences avec différents produits et
établir alors un rangement avec : eau, huile, alcool, essence, éther
Expérience 2
Influence de la surface libre du liquide
Méthodologie :
Sur l’un des plateaux, placer une soucoupe , sur l’autre plateau
.placer un bocal, équilibrer les plateaux puis verser dans chaque
récipient 10cm3 d’éther.
Observer
On notera ainsi que plus la surface libre du liquide est importante,
Plus l’évaporation est rapide.
Expérience 3 :
Influence de l’agitation de l’air
Méthodologie :
Sur l’un des plateaux , placer 10 cm3 d’éther dans un récipient et
utiliser un ventilateur électrique (position froid), sur l’autre plateau
un récipient identique avec la même quantité d’éther.
Observer
On note alors que l’évaporation est la plus rapide du côté où souffle
le ventilateur (du côté où l’air est renouvelé)
Expérience 4
Influence de la chaleur
Méthodologie :
Sur l’un des plateaux , placer 10 cm3 d’éther dans un récipient et
utiliser un ampoule électrique (allumée), sur l’autre plateau
un récipient identique avec la même quantité d’éther.
Observer
On notera que l’éther s’évapore plus rapidement sous
L’effet de la montée de température.
Expérience 4
Notion de vapeurs saturantes
Méthodologie :
Equilibrer les deux plateaux d’une balance avec sur le premier plateau
Un flacon à ouverture large et sur l’autre un flacon à ouverture fine (utiliser un tube à essai.
Dans ces deux flacons, verser 5 cm3 d’éther
Observer
On notera que le déséquilibre s’installe assez rapidement. Dans le flacon à faible ouverture, la vapeur d’éther s’accumule mais ne peut se répandre facilement dans l’atmosphère, cette accumulation de vapeurs freine l’évaporation (on dira que l’on arrive à un notion de saturation, la vapeur est dite saturante.
Expérience 4 :
Verser sur son bras un peu d’éther.
Remarque
On note alors un refroidissement de la peau et une disparition de l’éther.
En fait pour s’évaporer, l’éther a pris de la chaleur à l’air ambiant (d’où cette sensation de froid).
Questions
Ces questions peuvent servir d’évaluation afin de vérifier si les élèves ont bien assimilé les divers paramètres présidant à l’évaporation mais également être posées en début de séquence puis en fin de séquence afin de vérifier la modification des représentations chez l’apprenant.
1/Pourquoi la lessive sèche-t-elle plus vite en été ?
Pourquoi le baigneur qui sort de l’eau par une chaude journée n’a pas besoin de s’essuyer ?
Pourquoi a-t-on une sensation de froid lorsque nos vêtements sont mouillées par la sueur ?
Pourquoi une compresse mouillée enfermée dans un sac plastique ne sèche pas ? et si on ouvre le sac, que se passe-t-il et pourquoi ?
Pourquoi le linge sèche-t il plus vite à l’air libre que dans une pièce fermée ?
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