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Quatrième : l'air qui nous entoure

Q                   A-l’environnement et la composition de l’air-Leçon

Objectifs

Démarches d’investigation :

Qu'est-ce que l’atmosphère ? Est-elle uniforme ?

De quels gaz est composée l’atmosphère ? En quelles proportions ? Quel est le rôle de l'air dans la respiration ?

 

I-L'atmosphère terrestre


 1. Définition

L'atmosphère est la couche d'air qui entoure la Terre. Son épaisseur est difficile à mesurer car l'air se raréfie au fur et à mesure qu'on s'élève en altitude.

On considère qu'au-delà de 500 km d'altitude, il n'y a pratiquement plus d'air.

 

2-Ses différentes couches

L'atmosphère a une épaisseur de l'ordre de quelques centaines de kilomètres. Elle est composée de plusieurs couches.

                                                                

a-la troposphère

La couche où nous vivons. Elle a une épaisseur d'environ 15 km. Elle contient environ les 9/10 de la totalité de la masse d'air et toute la vapeur d'eau, donc les nuages. La température décroît pour atteindre environ – 56 °C à 15 km d'altitude. La pression atmosphérique n'est alors plus que le quart de la pression au sol.

 

b-La stratosphère

Elle s'étend ensuite jusqu'à 50 km d'altitude. On y trouve la couche d'ozone.

La tempéra­ture augmente régulièrement jusqu'à 0°c.

 

c-la mésosphère et la thermosphère


Dans ces deux dernières couches, jusqu'à 800 km, la pression est très faible, la température diminue à nouveau, puis augmente. C'est le domaine des aurores boréales.


Les satellites d'observation évoluent à des distances supérieures à 250 km, donc dans la thermosphère et dans l'exosphère.

 

         

II-La composition de l’air

 

1-La corrosion du fer

 

2- La composition de l'air

● La composition de l'air qui constitue l'atmosphère varie peu: 78 % de diazote, 21 % de dioxygène, 0,93 % d'argon et 0,035 % de dioxyde de carbone.

● Retenons que l'air est un mélange de gaz composé d'environ 4/5 (80 %) de diazote et 1/5 (20 %) de dioxygène.

● L'atmosphère peut contenir de la vapeur d'eau dont la liquéfaction et parfois la solidification en altitude donnent les nuages.

 

III-Le rôle du dioxygène dans la respiration

- le dioxygène permet aux êtres vivants de respirer;

- L’air expiré contient un pourcentage de dioxygène infé­rieur à celui de l'air inspiré mais davantage de dioxyde de carbone.

 

IV-Le rôle de l'atmosphère

L'atmosphère est indispensable à la vie:

- elle maintient une température propice au développement de la vie;

- Évite les très grands écarts de température entre le jour et la nuit. Sans atmosphère, la température de la Terre serait 100°C le jour et - 150 °C la nuit;

- Provoque la combustion d'un grand nombre de météorites sauf les très grosses;

- Permet la propagation du son quia besoin d'un milieu matériel pour se déplacer;

- Permet la naissance des vents

- la couche d'ozone, présente en haute altitude (un peu plus de 25 km), forme un écran qui absorbe les rayons solaires les plus dangereux, mais laisse passer les rayons nécessaires à la vie.

-C'est grâce au dioxygène de l'atmosphère que la vie végétale a pu se développer sur Ia Terre.

   

Thème de convergence

                     

 

Q                   B-Propriétés de l'air-Leçon

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

Est-il possible de modifier le volume de l’air ? Comment mesure-t-on la pression d'un gaz ? L’air est-il pesant ?

 

I- Le volume de l’air


1-Volume, masse et température

a-Le volume

Les unités

L'unité légale de volume est le mètre cube (m3), mais pour les liquides, on utilise couramment une autre unité : le litre (L ou l).

 

 Unités de capacité 

kL

hL

daL

L

dL

cL

mL

 

Unités de volume

 

m3

 

 

 

 

dm3

 

 

cm3

  Mesure d’un volume

Le volume correspond à la place prise par une substance qu'elle soit liquide, solide ou gazeuse.

 

Il faut utiliser un appareil de mesure. Il en existe plusieurs, mais le plus courant est l'éprouvette graduée.

 

 

 b-La masse

Les unités

L'unité légale de masse est le kilogramme (kg) ; toutefois, pour les mesures de masses inférieures au kilogramme, on utilise souvent le gramme (g) qui vaut 0, 001 kg.

 

Mesure d’une masse

 Pour mesurer une masse, il faut utiliser une balance. Réalisons une mesure avec cet appareil.

 

 c-La température

Pour mesurer une température, on utilise un thermomètre dans lequel un liquide coloré se dilate plus ou moins. La température se lit sur la graduation gravée sur le verre.

L'unité courante de température est le degré centigrade, également nommé degré Celsius (°C). Ce n'est toutefois pas l'unité légale, qui est le kelvin (K). Ce dernier n'est utilisé que par les scientifiques et jamais dans la vie courante.

 


 

2-Expérience :

Est-il possible de modifier le volume de l'air emprisonné?

● Une seringue partiellement remplie d’air avec l'orifice bouché :

- en appuyant sur le piston, on diminue le volume de l'air, on le comprime : l’air est compressible

- en tirant sur le piston, on augmente son volume, on le détend: l’air est expansible.

● Plus on comprime l'air, plus il faut appuyer fort sur le piston de la seringue: pourquoi?

 

 

 3-Observations :

-Lorsque l'on pousse le piston, le volume d'air diminue.

-t Lorsque l'on tire sur le piston, le volume d'air augmente.

 

4-Interprétation :

-En maintenant la seringue bouchée, la quantité d'air emprisonné ne change pas.

-On peut diminuer le volume occupé par l'air: l'air est compressible.

-On peut augmenter le volume occupé par l'air: l'air est expansible.

-L'air n'a pas de volume propre.

 

5-Conclusion :

. Comme l'air, tous les gaz sont compressibles et expansibles.

. Un gaz n'a pas de volume propre.

. L'air, qui peut être comprimé ou détendu, se comporte comme un ressort

 

II- La pression de l’air

 

1-Les unités de pression :

● L'unité de mesure est le pascal (Pa). On utilise également l'hectopascal (hPa) 

1 hPa = 100 Pa, le bar: 1 bar = 105 Pa et le millibar: 1 mbar = 100 Pa = 1 hPa.     

La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer vaut 1 013 hPa (ou 1013 mbar) soit environ 1 bar.

 

2-Expérience :

La seringue utilisée est reliée à un mano­mètre .

●Lorsque le piston est au repos : l''air n'étant ni comprimé ni détendu, le manomètre indique une pression de 1 bar.

● Lorsque l'on pousse le piston, la pression augmente.

Lorsque l'on diminue le volume de l'air emprisonné, on le comprime: sa pression augmente.

● Lorsque l'on tire sur le piston, la pression diminue.

Lorsque l'on augmente le volume de l'air emprisonné, on le détend: sa pression diminue.

 

4-Conclusion :

● Lorsque l'on comprime un gaz, sa pression augmente.

● Lorsque l'on détend un gaz, sa pression diminue.

 

AppLications pratiques

● Un pneu de voiture ou de vélo et un ballon de football contiennent de l'air compri­mé .

● Dans les hôpitaux on utilise des bouteilles de dioxygène fortement comprimé .

 

III- La masse de l'air

Comment procéder pour mesurer la masse de l'air contenu dans un récipient sachant que ce récipient, même « vide », contient de l'air ?

1-Expérience :

 

● Mesurons la masse d’un ballon dégonflé.

● À l'aide d'une pompe, injectons de l'air dans le ballon pour le gonfler davantage sans faire varier son volume extérieur et mesurons à nouveau sa masse.

 La masse a augmenté : l'air possède donc une masse.

 

3-Observations :

Lorsqu'on gonfle le ballon, on ajoute de l'air et la masse augmente.

Donc l'air a une masse.

 

4-Conclusion :

. Dans les conditions usuelles, c'est-à-dire sous la pression atmosphé­rique voisine de 1 bar (1 000 Pa) et à la température de 2S °C, 1 L d'air a une masse de l'ordre de 1,2 g.

 

. Lorsqu'on modifie le volume d'une certaine quantité d'air enfermé dans un récipient, la pression de l'air est modifiée mais sa masse ne change pas.

. Comme l'air, tous les gaz ont une masse.

 

Thème de convergence

La pollution atmosphèrique

Source : université de lyon

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

 

Depuis les temps les plus anciens, l'homme s'est préoccupé de la constitution de la matière :

de quoi l'eau, l'air sont-ils formés ?

 

 

                                    

 

I- Représentation d'un gaz

 

1-Introduction

Un gaz est constitué de particules appelées molécules. Ces molécules sont indéformables. Nous savons qu'un gaz est compressible, expansible et qu'il occupe tout le volume qui lui est offert. Il peut s'échapper d'un récipient ouvert.

 

2-Interprétation :

. Un gaz est compressible, les molécules qui le composent sont donc espacées.

. Un gaz s'échappe d'un récipient ouvert ou occupe tout l'espace qui lui est offert: c'est le phénomène de diffusion.

. On peut l'interpréter en supposant que les molécules sont en mouvement désordonné.

 

. La vapeur d'eau est un corps pur; elle est donc constituée de molécules toutes identiques. En revanche, l'air est un mélange de gaz. Il est constitué de molécules différentes: des molécules de diazote et de dioxygène dans les proportions d'une molécule de dioxygène pour quatre molécules de diazote.

                                 

3-Conclusion :

. Un gaz est modélisé par des molécules invisibles à l'œil nu, indéfor­mables et espacées. Ces molécules sont en mouvement désordonné. l'état gazeux est dispersé et très désordonné.

. Dans un corps pur, toutes les molécules sont identiques. Un mélange st constitué de molécules différentes.

. Un récipient, même de faible volume, contient des milliards de milliards e molécules.

. La diffusion du parfum s'explique par l'existence de molécules qui  s'échappent du flacon qui les contient.

 

II- Représentation des états liquide et solide

 

1-Introduction

Un solide a une forme propre. En revanche, un liquide n'a pas de forme propre, il prend la forme du récipient qui le contient.

Comment interpréter ces propriétés à partir du modèle moléculaire?

 

2. L'état liquide

 

a-Expérience :

- Emprisonne une certaine quantité d'eau liquide dans une seringue. Bouche la seringue avec le doigt. Appuie sur le piston.

- Enlève ton doigt et vide la seringue en essayant de saisir l'eau liquide avec les doigts.

Un liquide est incompressible et n'a pas de forme pro­pre. Il peut s'écouler et il prend la forme du récipient qui le contient.

 

Les molécules qui le composent sont disposées de façon compacte et désordonnée. Bien que toujours en contact étroit entre elles, elles sont agitées et peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres : c'est le cas de l'eau.

 

Un corps pur à l'état liquide : les molécules sont serrées, non rangées, pouvant glisser les unes sur les autres.

Un liquide peut couler et prendre la forme des récipients.

 

b-Observations :

. Les liquides sont incompressibles: leurs molécules sont proches les unes des autres.

. On ne peux pas saisir les liquides avec les doigts; ils peuvent couler. Leurs molécules peuvent glisser les unes sur les autres et sont peu liées.

. Les liquides peuvent se mélanger : les molécules des liquides peuvent se déplacer.

 

c-Conclusion :

. Dans un liquide, les molécules sont en contact; elles sont peu liées et peuvent se déplacer. L'état liquide est compact et désordonné.

 

3. L'état solide

 

a-Expérience :

- Saisis un glaçon avec les doigts et essaie de le comprimer.

Un solide est incompressible et possède une forme pro­pre. Ces propriétés s'expliquent par la disposition com­pacte de ses molécules qui sont quasiment immobiles les unes par rapport aux autres.

Dans les solides cristallins, les molécules sont, de plus, disposées de façon ordonnée : c'est le cas de la glace.

Un corps pur solide cristallin : les molécules, identiques, sont bien alignées et collées les unes aux autres.

b-Observations :

. On peux saisir les solides avec les doigts; ils ont une forme propre et sont indéformables.

. Ils sont incompressibles. Les molécules des solides sont liées, en contact les unes avec les autres.

. Dans les solides cristallins comme la glace, les molécules sont régu­lièrement disposées. Les solides cristallins sont ordonnés.

c-Conclusion :

. Dans un solide, les molécules sont en contact; elles sont liées et prati­quement immobiles. L'état solide est compact. L'état solide cristallin est compact et ordonné.

 

REMARQUE :  

- état solide cristallin est compact et ordonné.

- Un liquide coule et n'a pas de forme propre.

- état liquide est compact et désordonné.

- état gazeux est dispersé et désordonné.

 

4-Propriétés de La matière

 

1. Compressibilité

 

Les molécules constituant les liquides sont en contact les unes avec les autres : on ne peut pas les rapprocher davantage.

 

Les molécules d'un gaz sont dispersées. On peut rap­procher les molécules les unes des autres.

 

 

2. Diffusion d'un gaz dans L'air

 

Le parfum est un liquide volatil : il se transforme spon­tanément en gaz. Dès l'ouverture de la bouteille, les molécules de parfum à l'état gazeux, très mobiles et très agitées, sortent du flacon et se dispersent entre les molécules constituant l'air.

Un gaz soit occupe tout le volume dont il dispose.

 

3. Diffusion d'un soluté dans L'eau

Le sucre et le sel, par exemple, sont très solubles dans l'eau de même que certaines matières fortement colo­rées telle permanganate de potassium.

Lorsqu'on mélange cette dernière matière à l'eau, elle se dissout et la solution prend une couleur violette.

 

Le solvant, l'eau liquide, est formé de molécules pou­vant se déplacer les unes par rapport aux autres: lorsque le soluté, le permanganate de potassium, se dissout, les molécules qui le composent se dispersent et s'intercalent entre les molécules d'eau, donnant une teinte homogène violette à la solution.

                        

5-Corps purs et mélanges

Contrairement à un mélange, un corps pur n'est formé que d'un seul constituant et possède des caractéris­tiques qui permettent de l'identifier (masse d'un litre, température de solidification, etc.).

Au niveau des molécules qui les composent, nous les définirons ainsi :

- un corps pur est formé d'une seule espèce de molé­cules ;

- un mélange comprend plusieurs sortes de molécules .

 

Les molécules constituant un corps pur sont caractéris­tiques de ce corps pur : ainsi, les molécules contenues dans l'eau sont différentes des molécules contenues dans l'alcool ou dans le dioxyde de carbone.

 

Dans l'air, qui est un mélange, cohabitent des molécu­les de diazote, de dioxygène et en plus faibles propor­tions, les molécules des autres gaz qui le composent tels que l'argon, le dioxyde de carbone, etc.

 

La matière est constituée de particules très petites appelées molécules.

Elles sont identiques entre elles dans un corps pur et différentes dans un mélange.

 

III- Interprétation de la conservation de la masse

 

1-Introduction

La masse se conserve lors d’un changement d’état (classe de Cinquième). En est-il de même lorsque l’on mélange deux liquides? Comment interpréter cette propriété?

 

2-Expérience :

● Place deux béchers sur le plateau d'une balance.

● Dans un des béchers verse de l'eau, dans l'autre de l'alcool coloré. Note l'indication de la balance.

● Mélange les deux liquides et repose le bécher vide sur la balance. Note l'indication de la balance.

 

3-Observations :

La masse varie-t-elle lors du mélange des deux liquides?

Comment peux-tu interpréter ce résultat à l'aide du modèle moléculaire?

L’indication de la balance ne change pas lors du mélange des deux liquides.

 

4-Conclusion :

Au cours d'un mélange ou d'un changement d'état, la masse se conserve.

Cette propriété s'interprète en considérant que chaque molécule a une masse et que le nombre de molécules de même nature est le même avant et après la transformation.

 

Thème de convergence

 

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

Pour faire du feu, les hommes ont longtemps utilisé comme combustibles le bois, puis le charbon. Mais qu'est-ce qu'une combustion ?

Qu'est-ce qui permet au carbone de brûler? Quel produit se forme-t-il ?

 

I- La combustion du carbone

 

1-Expérience :

                                  

                                                 fusain incandescent                  L'eau de chaux se trouble.

                                                            

 

● Enflamme un morceau de fusain jusqu'à l'incandescence.

● Introduis le fusain incandescent dans un flacon contenant du dioxygène et de l’eau.

● A la fin de a combustion, verse de l’eau de chaux dans le flacon et agite.

 

Après la combustion du fusain dans le dioxygène, plon­geons une bûchette incandescente dans le flacon : elle ne se rallume pas. Tout le dioxygène a été consommé ainsi qu'une partie du fusain.

 

2-Observations :

 Dans l'air, le charbon de bois brûle lentement, avec incandescence puis s'éteint. Son volume diminue.

 Dans le dioxygène, il brûle vivement avec des projections d'étincelles et son volume diminue.

Le flacon devient chaud : La combustion du carbone dégage de L'énergie thermique. Celui placé dans l'air

 Le gaz obtenu après la combustion trouble l'eau de chaux.

 

3-Interprétation :

Lors de la combustion, le charbon de bois diminue de volume: du carbone a disparu. À la fin de l'expérience, le charbon s'arrête de brûler: il n'y a plus de dioxygène. Tout le dioxygène a réagi avec le carbone.

Le test à l'eau de chaux montre la formation de dioxyde de carbone.

 

4-Conclusion :

. Au cours d'une transformation chimique, des réactifs sont consommés et des produits nouveaux se forment.

. Lors de la combustion du carbone, le dioxygène et le carbone, appelés «Les réactifs », se sont combinés pour former un nouveau corps, le dioxyde de carbone, appelé« Le produit ».

 

. Une combustion nécessite la présence d'un combustible (ici le fusain), d'un comburant (le dioxygène) et d'une source de chaleur pour l'initier.

 

. Le bilan de la combustion du carbone s'écrit:

Pour écrire une réaction chimique, on place les réactifs à gauche de la flèche qui signifie « réagissent ensem­ble pour donner» et à droite de la flèche, les produits.

 

carbone + dioxygène                                            dioxyde de carbone ­

        réactifs                                                                               produit

 

Le carbone et le dioxygène réagissent pour donner du dioxyde de carbone.

 

Remarque:

pour montrer qu'un récipient contient du gaz dioxygène, on y plonge une allumette incandescente: en présence de dioxygène, l'allumette se rallume vivement.

 

II- La  combustion du butane

 

   les gaz produits sont aspirés grâce à une trompe à eau et passent dans deux flacons, l’un contenant du sulfate de cuivre anhydre permettant de caractériser l’eau, et l’autre de l’eau de chaux permettant de caractériser le dioxyde de carbone.

 

1-Introduction

   Le butane contenu dans un briquet peut s’chapper sous forme de gaz et être enflammé. Que se produit-il lorsque le butane brûle dans l’air ?

 

2-Expérience :

● Allume un briquet.

● Place au-dessus de la flamme un tube à essai sec et froid.

Qu'observes - tu sur les parois du tube?

● Présente au-dessus de la flamme un second tube à essai. Verse ensuite un peu d'eau de chaux au fond du tube. Agite. Qu'observes-tu?

    

                                  

3-Observations :

- Lors de la combustion du butane, il se forme de la buée sur les parois du tube sec et froid.

- L'eau de chaux se trouble

 

4-Interprétation :

- La présence de buée montre que de l'eau s'est formée.

- Le test à l'eau de chaux montre la formation de dioxyde de carbone.

- Le butane est un combustible. Il réagit avec le dioxygène de l'air qui joue le rôle de comburant.

 

5-Conclusion :

- Lors de la combustion du butane, les réactifs, butane et dioxygène, sont consommés. Il se forme des produits nouveaux: du dioxyde de carbone et de l'eau.

- Le bilan de la combustion du butane s'écrit:

 

Butane + dioxygène                                   dioxyde de carbone + eau

      réactifs                                                                           produits

 

Complément: La combustion du méthane

La combustion du méthane (composant essentiel du gaz de ville) produit aussi du dioxyde de carbone et de l'eau. Le bilan de cette combustion s'écrit:

 

méthane + dioxygène                           dioxyde de carbone + eau

 

III- Les combustions incomplètes

 

1-Introduction

   La flamme d’une cuisinière à gaz butane bien réglée est bleue. Lorsqu’une cuisinière est mal réglée la flamme est jaune et noircit les casseroles. Pourquoi selon les conditionsl la combustion du butane donne-t-elle des produits différents ?

 

2-Expérience :

● Allume un briquet.

● Augmente le débit du gaz en tournant la molette pour obtenir une grande flamme jaune. il y a trop de gaz par rapport au dioxygène.

● Approche une coupelle blanche de la flamme.

● Qu'observes-tu à la surface de la coupelle?

● Quel est le nouveau produit qui se forme?

La coupelle s'est recouverte d'un dépôt noir de carbone.

 

3-Interprétation :

- En augmentant le débit de gaz, il se forme de l'eau et du dioxyde de carbone, mais aussi des particules de carbone qui n'ont pas brûlé par manque de dioxygène. La combustion est incomplète.

- Ces particules de carbone, portées à incandescence, donnent à la flamme sa couleur jaune.

- Lorsque la flamme est bleue, la quantité de dioxygène est suffisante pour n'obtenir que de l'eau et du dioxyde de carbone, produits qui ne peuvent pas brûler à leur tour: la combustion est dite complète.

 

4-Conclusion :

Lorsque la quantité de dioxygène apporté par l'air est insuffisante, la combustion est incomplète. Il se forme des produits qui peuvent encore brûler (produits combustibles), comme le carbone et le monoxyde de carbone.

Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et très toxique.

 

Une combustion incomplète donne des produits qui peuvent encore brûler, comme le carbone et le monoxyde de carbone, gaz dangereux qui peut être mortel.

 

Définition

Incandescence : Émission de lumière par un corps solide fortement chauffé.

Précipité : Solide insoluble dans la solution considérée.

 

Réactif : Corps qui disparaît lors d'une transformation chimique.

Produit : Corps qui apparaît lors d'une transformation chimique.

Transformation chimique : Action au cours de laquelle des réactifs réagissent entre eux pour former des produits.

 

Thème de convergence

 Les dangers de la combustion

 

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

 

Vers 420 av. J.C, deux savants grecs, Démocrite et Leucippe, pensent que la matière est formée de particules infiniment petites qu'ils appellent « atomes» (du grec atomos : « qu'on ne peut diviser ») confondant sans doute les termes « molécule» et « atome» pris au sens actuel... mais qu'est-ce qu'un atome ?

 

I- Les atomes, les constituants des molécules

 

1-Introduction

Pour interpréter une transformation chimique, il faut connaître la structure des molécules. Les molécules sont constituées d'atomes liés entre eux.

 

2- Modèles atomiques et moéeculaires

a-Les molécules

Dans la matière, les atomes sont souvent assemblés pour former des molécules.

Ainsi le dioxygène est formé de l'assemblage de deux atomes (préfixe di) d'oxygène, l'atome d'oxygène n'existant pas seul dans la nature.

 

b-Modélisation des atomes et des molécules

 

- Les tableaux ci-dessous donnent quelques modèles d'atomes et leur symbole

 

Atome

oxygène

carbone

hydrogène

Modélisation

 

 

Symbole

O

C

H

 

et quelques modèles de molécules et leur formule.

 

Molécule

dioxygène

eau

dioxyde de carbone

méthane

Butane

Modèle moléculaire

Formule

O2

H20

CO2

CH4

C4H10

 

c-Représentation des molécules.

Une molécule est représentée par une formule chi­mique et par un modèle moléculaire.

Pour écrire une formule chimique, on écrit le symbole des atomes constituant la molécule en indiquant leur nombre à l'aide d'un indice placé en bas à droite du symbole de l'atome(le nombre 1 n'est pas mentionné).

 

- Formule chimique de la molécule de méthane : CH4

1 atome de carbone

4 atomes d'hydrogène

 

- Formule chimique de la molécule de l'eau. H20

2 atomes d'hydrogène

1 atome d'oxygène

 

3-Conclusion :

. Toutes les molécules sont constituées à partir d'atomes.

. Les atomes de même nature possèdent un symbole particulier.

. La formule d'une molécule indique la nature des atomes la constituant, ainsi que leurs nombres.

 

II- Modélisation d'une transformation chimique

 

1-Introduction

Lors d'une transformation chimique, des substances réagissent ensemble pour former de nouveaux corps. Comment peut-on interpréter une transformation chimique à partir de la structure des molécules?

 

2-La transformation chimique

La combustion du carbone consomme du dioxygène et du carbone pour produire du dioxyde de carbone.

Une représentation, au niveau moléculaire, de la situation avant et après la combustion.

                    Transformation chimique                 

  carbone             +            dioxygène               dioxyde de carbone

                                                           

                                                                                              

                    Modélisation de la combustion du carbone dans le dioxygène.

 

3-Interprétation :

- Une molécule de dioxygène se casse en deux atomes d'oxygène qui vont s'associer à un atome de carbone pour former une molécule de dioxyde de carbone.

Le document 4 donne une représenta­tion, avec les modèles moléculaires, de la transformation chimique qui a lieu.

- À ce bilan de la transformation chimique correspond l'équation de la réaction donnée avec les formules des réactifs et des produits:

 

                                  Bilan:   carbone + dioxygène                   dioxyde de carbone

 

Équation de réaction:                  1 C        +     1 O2                                             1 CO2  

que l'on écrit:                                C        +        O2                                                 CO2   

 

Cette équation doit respecter la conservation des atomes

un atome de carbone  et  une molécule de dioxygène donnent une molécule de dioxyde de carbone

Bilan, avec les modèles moléculaires, de la combustion du carbone dans le dioxygène.

 

4-Conclusion :

. Au cours d'une transformation chimique, les molécules se cassent: les atomes des molécules des réactifs s'associent différemment pour former de nouvelles molécules constituant les produits.

. Le nombre d'atomes de chaque type se conserve.

L’équation de la réaction

. Le bilan de la combustion du méthane s'écrit:

           

              méthane   +     dioxygène         dioxyde de carbone     +             eau

 

. En remplaçant chaque nom par la formule qui convient et en respectant la conservation des atomes, écris correctement l'équation de réaction.

 

Remarque

La fusion de la glace, la dissolution du sucre ne sont pas des transformations chimiques.

 

III- Conservation de la masse

 

1-Introduction

Lorsqu'on fait brûler du bois, la masse des cendres est inférieure à la masse du bois de départ. La masse diminue-t-elle lors d'une transformation chimique?

 

2-Expérience :

                        Mesure de la masse des réactifs.                             Mesure de la masse des produits.

                            

● Sur le plateau d'une balance, place un morceau de craie (du calcaire) et une bouteille fermée contenant de l'acide chlorhydrique.

● Note l'indication de la balance. 175,2 g.

● Ouvre la bouteille, introduis la craie et referme la bouteille aussitôt.

● Replace la bouteille sur le plateau de la balance.

● Note l'indication de la balance. 175,2 g.

● Ouvre la bouteille. Prélève du gaz dans la bouteille avec une seringue. Envoie doucement ce gaz dans de l'eau de chaux.

 

3-Observations :

- Une effervescence se produit et la craie disparaît.

- Le gaz formé trouble l'eau de chaux.

 

4-Interprétation :

- l'acide réagit sur la craie pour donner un dégagement gazeux. Ce gaz, qui trouble l'eau de chaux, est du dioxyde de carbone.

- Des produits nouveaux apparaissent: une transformation chimique a eu lieu. Au cours de cette transformation, la masse des réactifs disparus est égale à celle des produits formés.

 

5-Conclusion :

Au cours d'une transformation chimique, la masse des produits formés est égale à la masse des réactifs qui disparaissent: la masse se conserve, car le nombre d'atomes de chaque nature ne varie pas.

 

Remarque

L'expérience montre que pour brûler 6 g de carbone, il faut 16 g de dioxygène.

Après la transformation, on obtient 22 g de dioxyde de carbone.

La masse de carbone disparue se retrouve dans le dioxyde de carbone.

 

Thème de convergence 

 

 

Quatrième : Les lois du courant continu

 

8           Les lois du courant continu

 

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

 

Quel appareil de mesure utilise-t-on pour mesurer l'intensité du courant électrique ? Comment se branche-t-il ? En quelle unité s'exprime l'intensité du courant électrique ?

 

I- La mesure de l’intensité du courant


1-Introduction

Dans le circuit, un dipôle, appelé rhéostat (symbole, permet de faire varier l'éclat d'une lampe). Lorsque la lampe brille plus fort, on peut penser qu'elle est traversée par un courant plus intense. Comment le vérifier?

 

2-Notion d'intensité

 

a-Expérience :

 

● Une même lampe est branchée successivement sur diffé­rents générateurs. Elle brille plue ou moins fortement.

 

● L'intensité du courant électrique qui la tra­verse est plus ou moins grande.

 

b-Résultat

Circuit

a

b

c

Éclat de la lampe

Faible

Moyen

Fort

Intensité (mA)

82,0

148

184

 

Plus l'éclat de la lampe est fort, plus l'intensité du cou­rant électrique qui la traverse est importante.

 

3-L'unité

L'intensité d'un courant électrique, notée I, s'exprime en ampère (symbole A).

Dans la vie courante, en particulier en électronique, on utilise fréquemment un sous-multiple de l’ampère : le milliampère (mA) tel que 1 A = 1 000 mA = 103 mA.

Dans l'industrie, on emploie également un multiple :

Le kiloampère (kA) tel que 1 kA = 1 000 A = 103 A.

 

4- Mesure de l’intensité

L'appareil servant à mesurer l'intensité du courant élec­trique s'appelle un ampèremètre.

Son symbole est :  

Un ampèremètre possède deux bornes : la borne COM et la borne A (ou mA).

Pour mesurer l'intensité du courant, branche un ampèremètre  en série  : le courant rentre par sa borne A et sort par sa borne COM.

                                                                                         

a-Expérience :

● Réalise un circuit en boucle simple comportant un générateur, un rhéostat, un ampèremètre et une lampe.

Note l'indication de l'ampèremètre lorsque le circuit est ouvert.

 

● Ferme le circuit, observe l'éclat de la lampe et note l'indication de l'ampèremètre.

 

● Recommence après avoir modifié le réglage du rhéostat.

b-Résultats

L'ampèremètre indique I =164,6.

Inversons les branchements de l'ampèremètre

L'ampèremètre indique I = -164,6 mA.

 

c-Observations :

● Lorsque le circuit est ouvert, la lampe ne brille pas. Aucun courant ne circule et l'ampèremètre affiche zéro: l'intensité du courant est nulle.

● Lorsque le circuit est fermé, la lampe brille. Un courant circule: l'ampèremètre affiche une valeur, en ampère ou en milliampère, de l'intensité du courant.

● Lorsqu'on augmente l'éclat de la lampe à l'aide du rhéostat, l'intensité du courant augmente

 

5-Conclusion :

● L'intensité d'un courant électrique se mesure avec un ampèremètre branché en série.

● L'unité d'intensité est l'ampère (symbole A). le milliampère (mA) est souvent utilisé: 1 mA = 0,001 A.

● Lorsque l'intensité du courant traversant une lampe augmente, son éclat augmente.

● Le variateur joue le rôle de rhéostat et permet de modifier l'intensité du courant.

 

II- L'intensité du courant dans un circuit série

1-Introduction

Le dessin du document montre deux lampes différentes. L'une brille davantage que l'autre. L'intensité du courant qui traverse chaque lampe est-elle différente ?

2-Expérience :

● Réalise un circuit en boucle simple qui comporte un générateur, une résistance et une lampe.

● Repère le sens du courant et place l'ampèremètre pour mesurer l'intensité avant la lampe L.

● Déplace l'ampèremètre pour mesurer l'intensité aux différentes positions .

Que remarques-tu?

                                                      

a-Observations : 

On note I1, I2 et I3 les valeurs des intensités mesurées par l'ampèremètre placé aux différentes positions.

 

I1 = 38,8 mA                 I2 = 38,9 mA               I3 = 38,7 mA

 

Compte tenu des incertitudes de mesures, on en déduit que : I1 = 12 = 13.

- Quelle que soit la position de l'ampèremètre dans le circuit, il indique toujours la même valeur.

- Lorsqu'on permute les lampes, leur éclat n'est pas modifié et l'ampère­mètre indique la même valeur.

 

b-L'influence de l'ordre des dipôles

- Permute la lampe et la résistance et recommence les mesures.

- Les valeurs des intensités mesurées sont encore les mêmes : I1 = I2 = I3.

On constate que la lampe L1 brille toujours davantage que la lampe L2.

 

c-Le caractère universel de la loi

Remplaçons les deux lampes par une DEL et sa « résistance» associée et recommencons les mesures .

 

                                          I1 = 84,6 mA                I2 = 84,5 mA                 I3 = 84,6 mA

 

on constate que: I1 = I2 = I3

La loi d'unicité de l'intensité du courant électrique dans un circuit en série est toujours vérifiée.

 

2-Interprétation :

- Un circuit en boucle simple est appelé circuit série.

- L’intensité du courant est la même dans les deux lampes.

- l'intensité du courant ne dépend pas de l'ordre des lampes.

- Les deux lampes, traversées par un même courant, brillent différem­ment, car elles sont différentes

 

3-Conclusion :

Loi d'unicité de l'intensité:

Dans un circuit série, l'intensité du courant est la même dans tous les dipôles. Elle ne dépend pas de l'ordre des dipôles.

 

III- L’intensité du courant dans un circuit comportant des dérivations

1-Introduction

L'intensité du courant est la même dans tous les dipôles dlun circuit série. En est-il de même dans des dipôles branchés en dérivation?

 

2-Expérience :

● Réalise un circuit comportant un générateur , une résistance et une lampe branchées en dérivation.

Ce circuit comporte une branche principale (celle où se trouve le générateur) et deux branches dérivées.

● Mesure l’ intensités I1 du courant dans la branche principale, puis les intensités I2 et I3 des courants dans les branches dérivées.

● Existe-t-il une relation entre les différentes intensités mesurées?

 

 

a-Résultats : 

I

I1

I2

0,39

0,28

0,11

                    

On constate que 0,39 = 0,28 + 0,11.     I1 + I2 = I    

 

b-Caractère universel de la loi

Remplaçons dans montage précédent la résistance par un moteur .

                                               

Mesurons de nouveau l'intensité du courant électrique dans chaque branche du circuit électrique en plaçant successivement l'ampèremètre dans les positions A, Al et A2 afin de mesurer les intensités du courant élec­trique I1, I2,  I3

 

I

I1

I2

100,3 mA

40,0 mA

60,3 mA

 

On constate de nouveau que: I = I1 + I2 aux incerti­tudes de mesure près.

La loi d'additivité des intensités des courants élec­triques dans un circuit comprenant des dérivations est toujours vérifiée.

 

3-Interprétation :

Dans la branche principale, l'intensité du courant est la même de part et d'autre du générateur: I = l'.

Dans les branches dérivées, l'intensité du courant est plus petite que dans la branche principale.

La somme des intensités des courants dans les branches dérivées est égale à l'intensité du courant dans la branche principale: I2+ I3= I1.

 

4-Conclusion :

Loi d'additivité des intensités:

Dans un circuit comportant des dérivations, l'intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités des courants dans les branches dérivées.

Pour deux dipôles en dérivation:

 

REMARQUE:

Lorsque trop d'appareils sont branchés sur une prise, l'intensité du courant dans la branche principale devient très importante. Ce courant intense produit un échauffement des fils conducteurs, ce qui peut provoquer un incendie.

 

Thème de convergence

 Le multimétre

 

                                                             

● L'unité d'intensité est l'ampère (symbole A). le milliampère (mA) est souvent utilisé: 1 mA = 0,001 A.

● Lorsque l'intensité du courant traversant une lampe augmente, son éclat augmente.

● Le variateur joue le rôle de rhéostat et permet de modifier l'intensité du courant.

 

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

 

Quel appareil de mesure utilise-t-on pour mesurer la tension électrique ? Comment se branche-t-il ? En quelle unité s'exprime la tension électrique ?

 

I- Mesure de la tension entre les bornes d'un dipôle


1-Introduction

Pourquoi les bornes d’un générateur sont-elles différenciées ?

 

2-L'unité de tension électrique

La tension électrique, notée U, s'exprime en volt (symboLe V).

Sous-multiple du volt : millivolt (sym­bole mV)

1 V = 1 000 mV = 103 mV.

Multiples du volt: le kiLovolt (kV)

1 kV = 1 000 V = 103 V ou le mé'gavolt (MV) : 1 MV = 1 000 000 V = 106 V.

 

3-Le voltmètre

La tension électrique se mesure avec un voLtmètre.

IL s'agit d'un multimètre à affichage numérique employé en mode voltmètre.

Son symbole est:

 

Un voltmètre possède deux bornes: la borne COM et la borne V.

Pour utiliser un multimètre en mode voltmètre, on relie un fil élec­trique noir à la borne COM et un fil électrique rouge à la borne V.

4-Mesure de La tension aux bornes d'un générateur en circuit ouvert

a-Expérience :

. Branche le voLtmètre aux bornes d'une pile isolée, puis réalise la mesure.

U = 4,62 V.

. Inverse les bornes V et COM du voltmètre, puis réalise à nouveau la mesure.

on lit: U = - 4,62 V.

Le voltmètre permet d'identifier les bornes (+) et (-) de la pile.

. Il existe toujours une tension aux bornes d'un générateur même s'il ne débite aucun courant.

 

b-Observations : 

- Si la borne ( V ) du voltmètre est reliée à la borne (-) de la pile et la borne ( COM ) à la borne (+), un signe ( - ) s'affiche sur l'écran du voltmètre.

- Si on inverse les branchements, le signe  - disparaît. Il est ainsi possible d'identifier les bornes d'un générateur.

 

5-Mesure de la tension électrique en circuit ouvert puis fermé

. Réalise un circuit série comportant une pile, une lampe, une résistance et un interrupteur.

. Branche le voltmètre en dérivation successivement aux bornes des différents dipôles et relève l'indication de l'appareil avec l'interrupteur ouvert, puis fermé.

                                                 

a-Résultats : 

Mesure des tensions électriques dans un circuit ouvert et fermé.

 

 

Dipoles

Générateur

Interrupteur

lampe

Résistance

Fil de connexion

circuit ouvert

4.47

4.47

0

0

0

circuit fermé

4.47

0

4.47

4.47

0

 

b-Observations : 

● Il existe toujours une tension aux bornes d'un générateur qu'il soit isolé ou placé dans un montage.

● Dans un circuit:

   - la tension n'est pas nulle aux bornes d'une lampe parcourue par un courant ou aux bornes d'un interrupteur ouvert ;

   - la tension est nulle aux bornes d'un interrupteur fermé ou aux bornes d'un fil de connexion.

 

II- Tensions entre les bornes des dipôles d'un circuit série

 

1-Introduction

Deux lampes qui, parcourues par le même courant, brillent diHéremment. Les tensions entre leurs bornes sont-elles diHérentes ?

 

2-Expérience :

● Réalise un circuit série comportant un générateur et deux lampes différentes L1 et L2.

● Mesure la tension V1 entre les bornes A et B de la lampe L1  et V2 entre les bornes C et D de la lampe L2.

● Mesure la tension V entre les bornes A et D de l'association des deux lampes.

● Existe-t-il une relation entre les tensions V, V1 et V2 ?

 

Résultats : 

U

U1

U2

U1 +U2

6.30 V

4.51 V

1.79 V

6,30.

 

On constate que 4,51 + 1,79 = 6,30. Donc U = U 1 + U 2.

 

Influence de l'ordre des dipôles

Intervertissons les deux lampes et mesurons de nou­veau la tension électrique en plaçant le voltmètre dans les trois positions précédentes.

 

U

U2

U1

U1 +U2

5,99 V

3,55 V

2,45 V

6,00 V

 

Les valeurs des tensions mesurées sont les mêmes et on a de nouveau: U = U1+U2, aux incertitudes de mesure près.

 

3-Interprétation :

Les tensions U1 et U 2 aux bornes des lampes sont différentes.  La tension V est égale à la somme des tensions U 1 et U 2  : U = U 1 + U 2.

La tension aux bornes d'une portion de circuit en série ne dépend pas de l'ordre des dipôles associés en série.

 

4-Caractère universel de la loi

Remplaçons les deux lampes du montage précédent par un moteur et une résistance.

Mesurons de nouveau les tensions.

Les résultats des mesures figurent dans le tableau ci­-dessous.

 

U

U1

U2

U1+U2

5,99 V

2,80 V

3,18 V

5,98 V

 

On a de nouveau: U = Ul + U2

La Loi d'additivité des tensions est toujours vérifiée. Ajoutons une lampe en série dans le circuit et mesurons les tensions à quatre endroits différents

 

5-Conclusion :

Loi d'additivité des tensions:

dans un circuit en série, la tension aux bornes d'un ensemble de dipôles est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun des dipôles, quels qu'en soient l'ordre et le nombre.

 

. Si les lampes en série sont différentes, alors U1et U2 sont différentes

. Si la lampe L1 brille davantage que la lampe L2, alors U1 > U2 .

 

III- Tension entre les bornes de dipôles branchés en dérivation

 

1-Introduction

Dans une habitation, il existe une tension de 230 Ventre les bornes d'une prise de courant. Quelle est la tension aux bornes de chacun des appareils branchés en dérivation sur cette prise?

 

2-Expérience :

● Réalise un circuit comportant un générateur et deux lampes différentes L1 et L2, branchées en dérivation .

● Mesure les tensions:

- U1 entre les bornes de L1 (position 1 du voltmètre) ;

- U2 entre les bornes de L2 (position 2 du voltmètre).

● Quelle est la relation entre ces tensions?

 

 

Résultats:

U

U2

U1

4.36 V

4.36 V

4.36 V

 

Interprétation :

Les tensions U1 et U2 sont égales.

La tension est la même entre les bornes des deux lampes.

 

2-Caractère universel de la loi

 

Expérience :

● Remplaçons les deux lampes par un moteur et une résistance associés en dérivation dans le circuit.

Mesurons les tensions aux bornes des différents dipôles en appelant:

- U la tension aux bornes du générateur;

- U1 la tension aux bornes du moteur;

- U2 la tension aux bornes de la résistance.
 

Résultats:

U

U2

U1

5,98 V

5,98 V

5,98 V

 

On constate que: U = U1 = U2, aux incertitudes de mesure près.

 

3-Conclusion :

Loi d'unicité de la tension:

● La tension est la même entre les bornes de dipôles branchés en dériva­tion.

Cette loi, établie avec des lampes, est valable quels que soient les dipôles branchés en dérivation.

● La tension aux bornes de tous les appareils branchés aux bornes d'une prise du secteur est égale à 230 V. Cette tension est mortelle.

 

Thème de convergence

 

 


Objectifs

Démarches d’investigation :

 

● Comment choisir une pile pour qu'une lampe fonctionne correctement ?

 

I- Intensité et tension nominales

1-Introduction

● Une lampe porte deux indications sur son culot:

- Intensité et tension nominales.

- Ce sont les valeurs prévues par le constructeur pour le fonctionnement normal de la lampe.

 

2-Expérience :

● Un circuit comprend en série: un générateur de tension variable de 3,5 V à 12 V, un interrupteur, une lampe (6 V-50 mA) et un ampèremètre. Un voltmètre est bran­ché en dérivation aux bornes de la lampe.

 

● On règle le générateur afin d'obtenir un éclat d'abord faible puis normal et enfin fort de la lampe. On mesure dans chaque cas l'intensité du courant électrique tra­versant la lampe ainsi que la tension entre ses bornes.
 

Résultats:

Éclat de la lampe

faible

normal

fort

Intensité (mA)

30,2

50,2

64,2

Tension (V)

3,61

5,93

9,14

 

3-Observations :

● Lorsque la tension aux bornes de la lampe est inférieu­re à sa tension nominale, elle brille faiblement; l'in­tensité du courant qui la traverse est inférieure à son intensité nominale.

On dit que la lampe est en sous-tension.

 

● Lorsque la tension aux bornes de la lampe est supérieu­re à sa tension nominale, elle brille fortement et risque d'être détruite; l'intensité du courant qui la traverse est supérieure à son intensité nominale.

On dit que la lampe est en surtension.

 

● Lorsque la tension aux bornes de la lampe est pro­che de sa tension nominale, elle brille normale­ment; l'intensité du courant qui la traverse est pro­che de son intensité nominale.
 

II- Adaptation d'une lampe à un générateur

 

1-Introduction

Il existe plusieurs types de lampes. Elles ne peuvent pas être branchées aux bornes de n’importe quel générateur. Comment choisir convenablement une lampe?

 

2-Expérience :

● Tu disposes d'un générateur de tension 6 V et de trois lampes de valeurs nominales: (4 V ; 40 mA), (6V; 50 mA) et (12 V ; 500 mA).

 

● Réalise le montage ci-contre en utilisant successivement chacune de ces lampes.

● Note tes observations et les mesures d'intensité et de tension.

● Quelle lampe fonctionne correctement avec ce générateur?


 

Résultats:

. La tension aux bornes de toutes les lampes est de 6 V.

lampe

Tension

Intensité

Eclat de la lampe

(4 V ; 40 mA)

 

 

brille fortement et peut être rapide­ment détruite

(6 V ; 50 mA)

 

 

éclaire correctement

(12 V; 500 mA)

 

 

ne brille pas ou brille faiblement

 
3-Conclusion :

. Une lampe est adaptée à un générateur si sa tension nominale est voisine de la tension délivrée par le générateur. La lampe brille alors normalement.

. Si la tension d'alimentation est supérieure à la tension nominale de la lampe, celle-ci est en surtension.

. Si la tension d'alimentation est inférieure à la tension nominale de la lampe, celle-ci est en sous-tension.

. Une lampe doit être alimentée par un générateur qui fournit une tension proche de la tension nominale de la lampe

 

REMARQUE:

Lorsque plusieurs lampes sont adaptées à un géné­rateur, celle de plus forte intensité nominale brille le plus.

 

III- Rôle de l'intensité nominale

 
1-Introduction

Chez toi, les lampes du séjour, du couloir ou de ta chambre sont différentes. Pourtant, toutes ces lampes sont adaptées au « secteur» de 230. Qu'est-ce qui les diHérencie ? Comment les choisir?

 

2-Expérience :

● Tu disposes d'un générateur de tension 6 V et de deux lampes de valeurs nominales:

(6 V ; 50 mA) et (6 V ; 300 mA)

● Réalise le montage ci-contre utilisant successivement chacune ces lampes.

● note tes observations et les mesures d'intensité et de tension.

 
3-Observations :

Quelle lampe brille davantage?

lampe

Tension

Intensité

Eclat de la lampe

(6 V; 50 mA)

 

 

brille faiblement

(6 V ; 300 mA)

 

 

brille davantage

La lampe (6 V ; 300 mA) brille davantage que la lampe (6 V ; 50 mA).

 
4-Interprétation :

Parmi plusieurs lampes adaptées à un générateur, l'intensité nominale permet de choisir celle qui brillera le plus ou qui brillera le moins. La lampe possédant l'intensité nominale la plus élevée brillera le plus.

 
5-Conclusion :

● L’indication de la tension nominale ne suffit pas dans le choix d'une lampe.

● Parmi plusieurs lampes adaptées à un même générateur, c'est l'inten­sité nominale de la lampe qui déterminera son choix selon l'utilisation souhaitée. En effet, la lampe brille d'autant plus que l'intensité nominale est grande.

 

REMARQUE:

Dans une habitation, toutes les lampes ont la même tension nominale: 230 V. Toutefois, on ne choisit pas les mêmes lampes pour éclairer un séjour, une chambre ou un couloir.

 

Thème de convergence

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

En Cinquième, nous avons utilisé des diodes protégées par une « résistance » branchée en série. Pourquoi?
 

I- Détermination de la valeur d'une « résistance »

 
1-Introduction

En français, le mot « résistance» qualifie l'action de résister, de s'opposer à un fait, à une personne, à une force... Mais qu'est-ce qu'une « résistance» électrique?

 
2-la valeur d'une résistance

Les « résistances » utilisées en technologie sont caractérisées par leur valeur en ohm (symbole W) encore appelée résistance. Comment la déterminer?

On peut déterminer la valeur d'une résistance de deux façons: par le code des couleurs ou avec un multimè­tre utilisé en mode ohmmètre.

 

Le code des couleurs

Certaines « resistances» ( symbole  ) sont identifiables par une serie d'anneaux colores indiquent leur valeur.

 

LE CODE DES COULEURS


Valeur de la résistance

470W

1° anneau : 1° chiffre

4

2° anneau : 2° chiffre

7

3° anneau : nombre de zéros

1

Afficher l'image d'origine

L’ohmmètre

        L’ohmmètre  ( symbole  ) permet de mesurer la valeur d'une « résistance ». 

 


. Place le sélecteur du multimètre dans la zone W pour qu'il fonctionne en ohmmètre.

. Branche une « résistance» de 470 n entre les bornes W et COM.

. Selon le calibre utilisé (200 W, 2 kW ou 20 kW), note la valeur affichée.

 

Quel est le calibre pour lequel l'appareil n'affiche aucune valeur?

Quelle est la mesure la plus précise? Pourquoi?

Quels sont les avantages de la mesure à l'ohmmètre ?

 

3-Observations : 

. La valeur de la « résistance» donnée par le code des couleurs est de 470 W.

. Avec l'ohmmètre, l'appareil affiche« .468 », soit 0,468 kn. Sur le calibre 20 kn, il affiche « .47 », soit 0,47 kW.

 
4-Interprétation :

. Le calibre de l'ohmmètre doit être supérieur à la valeur de la « résistance ».

. La valeur qui comporte le plus de chiffres correspond à la mesure la plus précise.
 

5-Conclusion :

La valeur d'une résistance  se mesure en ohm (symbole W) à l'aide d'un ohmmètre ou se détermine avec le code des couleurs.

 

Lors de la mesure de la valeur d'une « résistance» par un ohmmètre, celle­ci ne doit jamais être insérée dans un circuit.

 

II- Effet d'une « résistance » dans un circuit

 
1-Introduction

Dans quel cas l'éclat de la lampe est-il le plus grand? le plus faible?

La position de la « résistance» (avant ou après la lampe) a-t-elle une influence ?

 
2-Expérience :

● Réalise un circuit série comportant un générateur, une lampe et un ampèremètre.

-Note la valeur de l'intensité I du courant.

 

● Ajoute en série dans le circuit une « résistance» R1 de 33 W.

● Note la valeur de l'intensité I1,  Remplace la « résistance» R1 par une « résistance» R2 de 100 W. . Note l'intensité I2,

 

. Note tes résultats dans le tableau ci-dessous.

 

3-Observations : 

 

Sans résistance

Avec R1

Avec R2

Avec R3

Intensité (mA)

W

100 W

470 W

1 000 W

Éclat de La Lampe

Brille normalement

Brille faiblement

Le filament rougit

Ne brille pas

 
- L'éclat de la lampe et l'intensité du courant diminuent lorsque l'on branche une « résistance» en série avec la lampe. Cette diminution est d'autant plus importante que la valeur de la « résistance» est plus grande.

- La position de la « résistance» n'a pas d'influence sur l'intensité du courant.

Le sens de branchement d'une «résistance» n'a pas d'influence sur la valeur de l'intensité du courant. On dit que la « résistance» est un dipôLe non polarisé.

 

. Lorsque l'on ajoute une « résistance» en série dans un circuit, l'intensité du courant diminue.

. L’intensité est d'autant plus faible que la « résistance» a une valeur élevée. Elle ne dépend pas de la position de la « résistance» dans le circuit.

 

Ainsi, une « résistance» branchée en série avec une diode permet de protéger la diode en diminuant l'intensité du courant qui la traverse.

 

4-Conclusion :

Introduction d'une résistance dans un circuit en série diminue la valeur de l'intensité du courant élec­trique.

Plus la valeur de la résistance est grande, plus l'intensité du courant électrique est faible.

 

REMARQUE:

Une « résistance» placée en série avec une diode permet de diminuer l'intensité du courant électrique la traversant et évite ainsi sa destruction.

 

III- D'autres objets ont-ils une résistance?

 

1-Introduction

La plupart des appareils ménagers (four, lave-linge, sèche-cheveux...) possèdent des « résistances chauHantes ». Des objets autres que les « résistances » électroniques ont-ils une résistance?

 

2-Expérience :

. Avec un ohmmètre, mesure:

- la résistance de différentes « résistances chauffantes» : lave-linge, radiateur électrique, sèche-cheveux, grille-pain... ;

- la résistance du filament d'une lampe ;

- la résistance d'un objet constitué d'un matériau isolant (matière plastique, bois...) ;

- entre tes deux mains, la résistance de ton corps.

 

Objets

résistance chauffante

filament d'une lampe

règle en matière plastique

corps humain

Résistance (W)

 

45 

 

 

 

La résistance de ton corps est-elle la même avec les mains mouillées ou les mains sèches?

Quelle indication donne l'ohmmètre lorsque l'on cherche à mesurer la résistance d'un objet constitué d'un matériau isolant (matière plastique, bois...) ?

 

3-Observations : 

. Les « résistances chauffantes» et les filaments de lampes ont des résistances de quelques dizaines d'ohms.

. La résistance du corps humain est de l'ordre de 2 kW  si la peau est mouillée et de 5 kW si la peau est sèche.

. Avec un objet isolant, l'ohmmètre indique « 1 »  Quel que soit le calibre .

 
4-Conclusion :

. Tous les objets conducteurs du courant possèdent une résistance, plus ou moins grande.

. Un isolant possède une résistance trop grande pour être mesurée.

. Ces  résistances produisent de la chaleur lors du passage du courant. On mesure leur valeur avec un ohmmètre.

. Le corps  humain possède une résistance dont la valeur  diminue lorsque la peau est humide. Les risques d'électrocution  sont alors plus élevés.

 

Thème de convergence

                                         

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

● L'intensité du courant électrique traversant une « résistance» dépend-elle de la tension appliquée à ses bornes?
 

I- Tracé de la caractéristique d'un dipôle

 

1-Introduction

● Nous avons vu qu1une « résistance » insérée dans un circuit série provoque une diminution de l’intensité du courant. Pour prévoir l’influence d’une « résistance » il faut savoir comment varie la tension entre ses bornes en fonction de Ilintensité du courant qui la traverse. Comment réaliser cette étude?

 

2-Expérience :

● Réalise le montage suivant comportant un générateur de tension réglable.

● Pour différents réglages de la tension U générateur, note la tension U aux bornes de la résistance R étudiée et l'intensité I du courant qui la traverse

 


               

Résultats

U  (V)

0,0

3,5

4,5

6,0

7,5

9,0

I (A)

0,0

0,016

0,020

0,027

0,034

0,041

U/I

 

 

 

 

 

 

 
3-Le graphique :

 

● Trace le graphique représentant la tension U (en ordonnée) en fonction de l'intensité I (en abscisse).

● Tu peux aussi utiliser un logiciel de traitement de données pour tracer  la caractéristique.

 


 

4-Interprétation : 

- les points correspondant aux couples (l, U) sont pratiquement alignés. La courbe qui passe au plus près de ces points est appelée caractéristique intensité-tension.

- Cette caractéristique est une droite passant par l'origine. On en déduit que la tension U et l'intensité I sont des grandeurs proportionnelles: U = R . I.

 

-On peut déterminer le coefficient de proportionnalité R en utilisant les coordonnées d'un point de la droite ; on constate que ce coefficient est égal àla valeur de la « résistance» mesurée à l'ohmmètre. Ce résultat constitue la loi d'Ohm.

 

-Un dipôle qui obéit à cette loi est appelé un dipôle ohmique. C'est le cas d'une « résistance ».

 

La caractéristique d'un dipôle ohmique est une droite.

Au point P correspond un couple (I, U) du tableau de mesures: 1 = 0,018 A et U = 4 V.

R = U / I  ; R = 4 / 0,018 = 222.22 Ω.

 
5-Conclusion :

● La tension U aux bornes d'un dipôle ohmique est proportionnelle à l'intensité I du courant qui le traverse:

● Le rapport U/I constant représente la résistance électrique R du dipôle ohmique.

 

U = R I

avec U en volt (V), I en ampère (A) et R en ohm W.

6-Application de la loi d'Ohm

● Utilisation de La Loi d'Ohm

l'intensité du courant traversant la «résistance» :

R = 222 W et U = 8,0 V

Sachant que U = R.I, on a : l = U/R.

On obtient donc I = 8,0 7 222 = 0,036 A = 36 mA.

 

● Utilisation de La caractéristique

En utilisant la caractéristique, on cherche le point Q d'ordonnée U = 8,0 V placé sur la droite.

Son abscisse donne l'intensité du courant: I = 0,036 A = 36 mA.

 

II- Application de la loi d'Ohm

 

1-Introduction

● Pour limiter l’intensité du courant qui traverse un dipôle et ainsi le protéger

On lui associe en série un dipôle ohmique. Comment l’application de la loi d’Ohm permet-elle de prévoir la résistance de ce dipôle de protection?

 

2-Expérience :

● La D.E.L. fonctionne sous une tension de 2,2 V ; elle ne peut donc pas être branchée directement aux bornes du générateur de tension 6 V. Il faut lui associer, en série, une résistanc de protec­tion.

Il s'agit de fabriquer un témoin lumineux à D.E.L. Le constructeur indique les valeurs nominales de cette D.E.L. : (2,2 V ; 20 mA). On dispose d'un générateur de tension 6 V et d'un lot de dipôles ohmiques.
 

● Détermine la résistance de ce dipôle ohmique. Pour cela, applique:

   - la loi d'additivité des tensions aux bornes de l'association (D.E.L., dipôle ohmique) pour calculer la tension U2 aux bornes du dipôle ohmique  ;

   -la loi d'unicité de l'intensité dans un circuit série pour connaître l'intensité 1 du courant dans le dipôle ohmique ;

   -la loi d'Ohm pour calculer la valeur R de la résistance du dipôle ohmique de protection.

 

3-Observations : 

● Réalise le montage et mesure l'intensité du courant traversant la D.E.L., ainsi que la tension entre ses bornes.

 

4-Interprétation :

● Les valeurs de l'intensité du courant et de la tension aux bornes de la D.E.L. concordent-elles avec les valeurs calculées lors de l'étude prévisionnelle?

 

5-Conclusion :

● La loi d'Ohm est une relation entre trois grandeurs (U, I et R) qui permet de calculer l'une d'entre elles, connaissant les deux autres.

 

III- Sécurité - fusibles


1-Introduction

● Que se passe-t-il si un courant trop intense parcourt une « résistance» ?

 

2-Expérience :

 

● Réalise un montage comportant un générateur, une « résistance», un interrupteur, un ampèremètre et un voltmètre.

 

● Augmente progressivement la tension délivrée par le générateur.


 

Comment varie l'intensité du courant traversant la « résistance» ?

La « résistance» s'échauffe-t-elle ?

Que va-t-il se passer si l'intensité du courant devient trop importante?

Comment pourrait-on protéger cette « résistance» ?

 

3-Observations : 

● Lorsque l'on augmente la tension délivrée par le générateur, l'intensité du courant qui traverse

la  « résistance» augmente. Lorsque le courant devient important, la « résistance» s'échauffe. S'il devient trop important, la « résistance» est détruite et le circuit est ouvert.

 

4-Conclusion :

● L'échauffement de la « résistance» montre que celle-ci reçoit de l'énergie électrique. L'énergie reçue augmente avec l'intensité du courant.

● Si l'échauffement est trop important, la « résistance» est détruite par fusion de ses matériaux.

● On protège un dipôle électrique ou un appareil électrique en plaçant un fusible en série avec cet appareil. Généralement, c'est un petit fil, protégé par une enveloppe de verre, qui fond lorsque l'intensité du courant devient,trop grande ; ainsi, c'est le fusible qui est détruit et non l'appareil.

L'indication portée sur un fusible est l'intensité maximale du courant qu'il peut supporter sans fondre.

 

REMARQUE:

La plupart des appareils électriques sont protégés par un fusible qui ouvre le circuit lorsque l'intensité du courant devient supérieure à l'intensité maximale que peut supporter l'appareil

 

Dans une automobile, chaque circuit est protégé par un fusible.

 

Thème de convergence

                                               
                         
 

 

Quatrième : la lumière

 

8           La lumière: couleurs et images

Objectifs

Démarchesd’investigation :

D'où proviennent les lumières colorées observées lors d'un arc-en-ciel?

Peut-on obtenir une ou plusieurs lumières colorées à partir de la lumière blanche?

 

I- Lumière blanche et lumières colorées


1-Introduction

 

● La lumière du Soleil ou la lumière émise par une lampe à incandescence sont appelées lumière blanche.

 

● Lorsqu'on éclaire un compact disque (CD) ou une tache d'huile, en lumière blanche, de multiples couleurs apparaissent . On observe des irisations colorées.

 

Décomposition de la lumière blanche par un CD.

2-Décomposition de la lumière blanche

 

a-Expérience :

● Éclaire un écran blanc avec la lumière blanche d'une lampe. Interpose une fente et le réseau entre la lampe et l'écran. Place un filtre vert contre la lampe.

 

● Utilise un réseau (feuille transparente qui comporte de nombreuses et fines rayures, comme un CD).

 

● Décomposition de la lumière blanche par un réseau. Insertion d'un filtre vert.  

b-Observations :

● Le réseau a décomposé la lumière blanche. On distingue dans ce spectre sept tein­tes particulières comme dans l'arc-en-cie l: violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge.

● La lumière blanche est composée de nombreuses lumiè­res colorées dont l'ensemble constitue le spectre conti­nu de la lumière blanche.

● Sur l'écran, on observe une trace centrale blanche qui correspond à la fente qui limite le pinceau de lumière blanche et, de part et d'autre de celle-ci,

● Avec le filtre vert, seule la couleur verte apparaît sur l'écran. Avec un filtre rouge, seule la couleur rouge apparaît.

 

3-Obtention de lumières colorées

 

a-À l'aide d'un filtre

   

Expérience

● Dans l'obscurité, éclairons un écran blanc avec une lampe émettant de la lumière blanche: il apparaît blanc

 

● Interposons un filtre rouge entre la lampe et l'écran: ce dernier apparaît rouge

 

 

Lumière colorée obtenue en utilisant un filtre rouge.

 Observations

● La lumière blanche qui a traversé le filtre rouge a pris la couleur du filtre.

● Le filtre a absorbé les autres lumières colorées qui for­ment la lumière blanche.

 

b-À l'aide d'écrans colorés

    
Expérience

● Un écran bleu et une sphère blanche située dans son voisinage sont placés dans l'obscurité.

● On éclaire alors l'écran bleu par une lampe émettant de la lumière blanche en faisant en sorte que la sphère ne puisse recevoir de lumière directement de la lampe.

Observations

● Ne recevant que la lumière diffusée par l'écran bleu, la sphère apparaît bleue.

La lumière diffusée par l'écran est donc bleue.

L'écran bleu a seulement réémis la lumière bleue et a absorbé les autres lumières colorées.

L'écran coloré se com­porte comme un filtre.

 

● Un filtre coloré transmet la lumière correspondant à sa propre couleur et absorbe toutes les autres.

● Un écran Éclairé, en lumière blanche, diffuse une lumière correspondant à sa propre couleur et absorbe toutes les autres.

 

4-Conclusion :

● Un réseau, comme un CD, décompose la lumière.

● Le spectre d'une lumière est l'ensemble des couleurs obtenues lorsqu'on la décompose.

● La lumière blanche est composée de toutes les lumières colorées: son spectre est continu.

● Un filtre coloré permet d'obtenir une lumière colorée: éclairé en lumière blanche, il ne transmet qu'une lumière de sa propre couleur.

 

● Un filtre placé devant une source de lumière blanche permet d'obtenir une lumière colorée

 

II- La couleur d'un objet et la lumière qui l’éclaire

 

1-Introduction

● Sur une scène, la couleur des vêtements des acteurs dépend de la couleur de la lumière émise par les projecteurs.

 

2-Expérience :

● Éclaire un écran et un prisme rouge en lumière verte (a) et en lumière rouge (b).

(On visualise les faisceaux de lumière avec de la poussière de craie.)

● Place côte à côte un prisme rouge et un écran blanc comportant une bande noire.

● Éclaire l'écran et l'objet avec une lumière blanche, une lumière verte, puis une lumière rouge.

3-Observations : 

● L'écran blanc apparaît blanc en lumière blanche, vert en lumière verte et rouge en lumière rouge.

● Le prisme rouge paraît rouge lorsqu'il est éclairé en lumière blanche ou en lumière rouge.

● La bande noire reste noire quelle que soit la lumière qui l'éclaire.

 

4-Interprétation :

● Un objet blanc prend la couleur de la lumière qui l'éclaire: il diffuse toutes les lumières colorées.

● Un objet noir absorbe toutes les lumières colorées: il ne diffuse pas de lumière.

● Un objet rouge diffuse de la lumière rouge, à condition qu'il en reçoive. C'est le cas lorsqu'il est éclairé en lumière rouge, ou en lumière blanche, car cette dernière contient de la lumière rouge. Il paraît noir en lumière verte, car celle-ci ne contient pas de lumière rouge.

● Un objet blanc éclairé en même temps par de la lumière verte et de la lumière rouge apparaît jaune.

 

5-Conclusion :

● La « couleur propre» d'un objet est celle qu'on lui attribue lorsqu'il est éclairé en lumière blanche.

● La « couleur apparente» d'un objet dépend de la lumière colorée qui l'éclaire.

● La couleur sous laquelle apparaît un objet dépend de la couleur de la lumière qui l'éclaire

 

III- Superposition de lumières colorées

 

1-Introduction

● Un écran de télévision (à plasma ou à tube cathodique), observé à la loupe, comporte des points rouges, verts et bleus appelés luminophores. Ces luminophores sont les sources de lumière colorées. Comment un écran de télévision peut-il, à partir de ces trois lumières colorées, produire toutes les couleurs?

 

2-Superposition de lumières colorées

 

a-Expérience

● Éclaire simultanément un écran blanc avec :

- une lumière rouge et une lumière verte.

- une lumière rouge et une lumière bleue

- une lumière verte et une lumière bleue.

- les trois lumières colorées.

 

 

     

 

 b-Observations :

● La superposition de deux faisceaux donne de nouvelles lumières colorées tandis que la superposition des trois faisceaux donne de la lumière blanche.

● Les Lumières rouge, verte et bLeue sont appelées Lumières primaires car aucune d'elles ne peut être obtenue à partir des deux autres.

● Les Lumières coLorées (cyan, jaune et magenta) obtenues par La superposition de deux Lumières pri­maires sont dites secondaires.

● La superposition des trois Lumières coLorées primai­res rouge, verte et bleue donne de La Lumière blanche.

 

c-Interprétation :

● En superposant sur un écran blanc deux lumières colorées, on réalise une synthèse additive.

-La couleur de la lumière diffusée par l'écran est différente des couleurs des lumières qui l'éclairent.

-La couleur blanche peut être obtenue par superposition des lumières colorées rouge, verte et beue .

 

3-Conclusion :

● En superposant deux des trois lumières colorées rouge, verte et bleue, on obtient de nouvelles lumières colo­rées.

En superposant les trois lumières colorées rouge, verte et bleue, on réalise la synthèse additive de la lumière blanche.

En superposant deux lumières primaires donne une lumière de couleur secondaire: jaune ou cyan ou magenta.

 

Lumières obtenues

Rouge + Bleue = Magenta

Bleue + Verte = Cyan

Rouge + Verte = Jaune

Rouge + Bleue + Verte = Blanche

 

REMARQUE:

. En faisant tourner très rapidement un disque - appelé disque de Newton - sur lequel il avait reproduit les couleurs de l'arc-en-ciel, Newton a montré que l'on pouvait reproduire la lumière blanche.

 

Thème de convergence

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

● Que se passe-t-il lorsque la lumière traverse une lentille? Une lentille mince peut-elle concentrer la lumière?

● Comment faire pour obtenir l'image d'un objet sur un écran grâce à une lentille mince convergente?

 

I- Lentilles convergentes, lentilles divergentes


1-Introduction

● Une lentille est formée d'un bloc transparent de verre ou de plastique.

Des verres de lunettes, une loupe, un microscope,appareil photographique, caméscope, rétro­projecteur... sont constitués de lentilles. Comment différencier ces lentilles?

 

2-Les Lentilles

 

a-Qu'est-ce qu'une lentille?

● C'est un objet transparent en verre ou en matière plastique dont les deux faces sont bombées.

Une lentille est un milieu transparent qui possède au moins une face non plane.

Une lentille est dite mince lorsque son épaisseur e en son centre est petite par rapport à son diamètre D

 

b-Les deux types de lentilles minces

● Il existe deux sortes de lentilles minces:

- des lentilles dont le centre est plus épais que les bords: ce sont des lentilles convergentes;

- des lentilles dont les bords sont plus épais que le centre: ce sont des lentilles divergentes.

Une lentille possède un axe de symétrie appelé axe optique passant par le centre de la lentille dénommé centre optique 0.

                                                                    

                                          

3-Expérience :

 

observe un texte à l'aide d'une lentille :

 -Les lentilles convergentes grossissent le texte.les faisceaux convergent en un point

 -Les lentilles divergentes permettent de le voir plus petit. les faisceaux divergent 
 

 

4-Conclusion :

● Les lentilles A, à bord mince, font converger des faisceaux de rayons parallèles de lumière: ces lentilles sont dites convergentes.

● Les lentilles B, à bord épais, font diverger des faisceaux de rayons parallèles de lumière: ces lentilles sont qualifiées de divergentes.

 

II- Foyer et distance focale d'une lentille convergente

 

1-Introduction

● Des bouteilles en verre ou des morceaux de verre peuvent jouer le rôle de lentilles convergentes. Pour prévenir les incendies, on ne doit jamais les abandonner dans la nature. Pourquoi?

 

2-Expérience :

Une lentille convergente fait converger les rayons du Soleil en un point. Lentille - feuille de papier

● Dispose une feuille de papier face au Soleil (ou d'une lampe éloignée) et place une lentille convergente

de façon à obtenir un point très lumineux sur la feuille.

● Mesure la distance f entre ce point et la lentille.

● Recommence l'expérience avec une autre lentille convergente.

● La distance mesurée dépend-elle de la lentille utilisée?

● Que se passe-t-il si tu prolonges l'expérience suffisamment longtemps?

 

3-Observations : 

● La distance entre la lentille et le point très lumineux dépend de la lentille.

● Si l'on prolonge l'expérience, on peut enflammer le papier.

 

4-Interprétation :

● Une lentille convergente fait converger les rayons du Soleil en un point F appelé foyer de la lentille. En ce point, on peut enflammer la feuille de papier, car on y concentre l'énergie provenant du Soleil et traversant la lentille.

● La distance f entre la lentille et le foyer est appelée distance focale.

 

5-Conclusion :

● Le foyer F d'une lentille convergente est le point où converge la lumière lorsque la lentille est traversée par des faisceaux de rayons parallèles de lumière.

● Une lentille convergente fait converger des faisceaux de rayons parallèles de lumière en un point F, appelé foyer de la lentille.

● La distance focale f est la distance entre le foyer et la lentille. Elle dépend de la lentille.

● Une loupe est une lentille convergente.

-Si elle est placée de telle sorte que son foyer soit sur le bûcher, la concentration d'énergie solaire au foyer pourra enflammer le bois.

-Ne regarde jamais le Soleil, même avec une lentille, tu pourrais devenir aveugle.

 

III- Image d'un objet par une lentille convergente

 

1-Introduction

● L'objectif d'un appareil photo est équivalent à une lentille convergente. Comment une lentille forme-t-elle l'image d'un objet?

 

2-Expérience :

● Place un objet lumineux (lettre E) à une distance d'une lentille convergente supérieure à sa distance focale f.

● Déplace l'écran pour obtenir une image nette de l'objet.

● Rapproche l'objet de la lentille, puis déplace l'écran pour obtenir une image nette.

 

● L'image est-elle droite ou renversée par rapport à l'objet?

Compare la distance entre la lentille et l'image à la distance focale f.

Lorsque tu rapproches l'objet, dans quel sens se déplace l'image?

Si l'objet est très éloigné de la lentille, où se forme l'image?

● Place l'objet lumineux à une distance de la lentille inférieure à sa distance focale f.

 

3-Observations : 

Distance : objet-lentille

supérieure à f

inférieure à f

 

Propriétés de l'image

 

 

recueillie sur un écran placé à une distance supérieure à f

 

non visible sur un écran,

visible à l'œil nu

renversée

droite

4-Conclusion :

● Avec une lentille convergente, on peut obtenir une image sur un écran si la distance objet-lentille est supérieure à la distance focale. L'image obtenue est alors renversée.

. Lorsque l'on déplace l'objet, l'image se déplace dans le même sens.

. Lorsque l'objet est très éloigné, l'image est située au foyer de la lentille.

 

● L'objectif (lentille) de l'appareil photo forme l'image sur une plaque (écran) constituée de cellules sensibles à la lumière

 

● Lorsque l'on rapproche (éloigne) l'objet de la lentille, il faut éloigner (rapprocher) l'écran de la lentille pour observer une image nette. Lorsque l'objet est très éloigné, son image se forme au foyer.

 

Thème de convergence

 

 

Objectifs

Démarches d’investigation :

● L'œil est l'organe de la vision. Comment les images se forment-elles dans l'œil ? Peut-on corriger les défauts visuels?

 

I- Représentation et modélisation de l’œil

 

1-Introduction

● L'œil est un organe complexe. Quelle est sa constitution?

 

2-l'œil

● Pour voir un objet, L'œil doit recevoir de La Lumière provenant de cet objet.

Observons la coupe d'un œil.

● Outre la cornée transparente, l'œil comporte différen­tes parties également transparentes: L'humeur aqueu­se, Le cristaLLin et L'humeur vitrée.

L'iris coLoré est percé d'un trou: La pupille.

● La rétine, membrane photosensible sur laquelle se forment les images, tapisse le fond de l'œil.

Enfin, le nerf optique assure la liaison avec le cerveau.

 

                                                         

 

3-le mécanisme de la vision

● La lumière issue de l'objet traverse la cornée et l'hu­meur aqueuse puis franchit la pupille dont le diamètre varie suivant la luminosité.

Elle traverse ensuite les autres milieux et atteint la rétine. l'ensemble des milieux transparents équivaut à une Lentille convergente.

● Une image inversée de l'objet se forme sur la rétine! Cette image est transmise par le nerf optique au cer­veau qui interprète les informations reçues et restitue une perception « droite» de l'objet.

                                  

4-Conclusion :

● Connaissant les constituants de l'œil, il est possible d'en comprendre le fonctionnement en le modélisant avec une lentille convergente.

● La lumière issue d'un objet traverse l'œil et une image de l'objet se forme sur la rétine.

● Un œil peut être modélisé par un diaphragme (pupille), une lentille convergente (milieux transparents) et un écran simulant la rétine.

II- La mise au point

 
1-Introduction

● L'œil permet de voir des objets très proches et des objets éloignés. Comment cela est-il possible puisque la rétine occupe toujours la même position dans l'œil ?

 

2-Expérience :

● Utilise le montage expérimental modélisant un œil. Place un objet lumineux (une lettre F percée dans un carton) devant la lentille, et forme son image sur l'écran.

 

● Rapproche l'objet.

 

● l'image sur l'écran est-elle encore nette?

● Comment procéder pour obtenir à nouveau une image nette sans changer la distance D  ?

                         

diaphragme lentille convergente

 

 

● Lorsqu'on approche un objet d'une lentille convergen­te, il faut éLoigner l'écran pour observer l'image nette. Or, dans l'œil, la rétine se trouve à distance fixe du sys­tème convergent et ne peut donc pas reculer!

● Comment alors pouvoir lire un livre proche et voir nets les objets lointains?

Cela est rendu possible par le phénomène d'accommo­dation.

● Lorsqu'on regarde un objet qui s'approche de l'œil, le cristallin se bombe de plus en plus, ce qui diminue sa distance focale: l'image reste ainsi sur la rétine. Dans l'œil, l'écran ne recule pas, c'est la lentille qui s'adapte.

 

3-Interprétation :

● Lorsque l'objet a été rapproché, pour retrouver une image nette sur l'écran, il faut remplacer la lentille par une lentille plus bombée. Cette lentille a une plus courte distance focale. Elle est plus convergente.

● Dans l'œil, c'est le cristallin qui, en devenant plus ou moins bombé, modifie la distance focale de l'œil. Cela permet à l'image de toujours se former sur la rétine. On dit que l'œil accommode.

 

● Pour que l'image se forme toujours sur la rétine, il faut que la distance focale de l'œil change.

 

4-Conclusion :

● L’œil peut voir nettement des objets situés à des distances diffé­rentes, car sa distance focale peut varier. Cela est dû à une défor­mation du cristallin: l'œil accommode.

● Lorsque l'objet est éloigné, l'œil n'accommode pas. lorsque l'objet se rapproche, l'œil accommode et devient de plus en plus convergent.

 

III- Les défauts de l'œil

 

1-Introduction

● Les myopes voient malles objets éloignés, les hypermétropes voient malles objets proches. D'où proviennent ces défauts de l'œil? Comment les corrige-t-on ?

 

2-Œil normal

● Utilise le modèle de l'œil précédent.

● Place un objet lumineux éloigné, devant la lentille et forme son image sur l'écran.

 

3-Œil hypermétrope

● Une personne hypermétrope voit flous les objets pro­ches alors que sa vision lointaine est correcte. Sa zone de vision distincte peut commencer à plus d'un mètre de l'œil !

Pourquoi cela?

                                                   

● Un œil hypermétrope n'est pas assez convergent. Pour modéliser un œil hypermétrope, remplace la lentille

de l'œil sans défaut par une lentille moins convergente (moins bombée), de plus grande distance focale.

Quel type de lentille dois-tu placer devant l'œil hypermétrope pour obtenir à nouveau une image nette sur l'écran?

 

● Réalise l'expérience.

 

4-Œil myope

● Une personne myope voit correctement les objets très proches mais flous les objets lointains

● Un œil myope est trop convergent. Pour modéliser un œil myope, remplace la lentille de l'œil sans défaut par une lentille plus convergente (plus bombée), de plus petite distance focale.

● Quel type de lentille dois-tu placer devant l'œil myope pour obtenir à nouveau une image nette sur l'écran?

                                                   

5-Observations :

● Pour corriger un œil hypermétrope, on lui associe une lentille convergente. ... Pour corriger un œil myope, on lui associe une lentille divergente.

● Les lunettes sont adaptées à la vue de chacun. On ne peut pas se les échanger.

 

6-Conclusion :

● Un œil hypermétrope n'est pas assez convergent: il doit accommoder pour voir les objets éloignés et voit malles objets très proches. On le corrige avec un verre convergent.

● Un œil myope est trop convergent pour voir les objets éloignés: on le corrige avec un verre divergent.

 

REMARQUE:

L'hypermétropie et la myopie se corrigent également à l'aide de lentilles de contact souples ou rigides

● convergen­tes ou divergentes suivant le défaut

● directement .appliquées sur la cornée.

Le port de ces lentilles nécessite une adaptation progressive, le respect de strictes règles d'hygiène et une bonne tolérance de l'œil.

 

Thème de convergence

  

Objectifs

Démarches d’investigation :

                       

I-La vitesse de la lumière

 

1 Historique

● Jusqu'à la fin du XVIe siècle, on a cru que la lumière se propageait instantanément: Dès que l'on allumait une bougie, la lumière éclairait aussitôt tous les objets situés autour.

● GALILÉE (1564-1642) pensa que cette vitesse était finie et semble être le premier à avoir voulu la mesurer.

La tentative de GALILÉE est simple. La nuit, deux hommes munis d'une lanterne sont placés à une distance de quelques kilomètres, de part et d'autre d'une vallée. Le premier découvre sa lanterne en déclenchant une horloge, le second découvre la sienne dès qu'il aperçoit le signal lumineux. Le premier arrête son horloge lorsqu'il voit la lanterne éclairée de l'autre. GALILÉE pensait pouvoir mesurer ainsi la durée mise par la lumière pour effectuer un aller et retour entre les deux personnages. Les expériences ne donnèrent pas de résultats probants.

 

● Il fallut attendre 1676 pour que le savant danois ROMER, étudiant la périodicité des éclipses des satellites de Jupiter, trouve la valeur de 225 000 km/s.

 

● Depuis, d'autres mesures, beaucoup plus précises, ont été réalisées. On a trouvé que la lumière se propageait, dans le vide et dans l'air, avec une vitesse proche de 300 000 km/s = 3x10P5 km/s

Dans les autres milieux transparents, la vitesse est toujours plus petite. Dans l'eau, elle est égale à 225 000 km/s et 200 000 km/s dans le verre .

 

2-Les conséquences de cette valeur

● La lumière se propageant à la vitesse v parcourt une distance d pendant une durée t telle que:

 

v = d  / t,   soit   d = v  x t

 

Unités:

- si d est en mètre (m) et t en seconde (s), alors v est en mètre par seconde (mIs) ;

- si d est en kilomètre (km) et t en seconde (s), alors v est en kilomètre par seconde (km/s).

 

● Pourquoi a-t-on longtemps cru que la lumière se propageait instantanément?

Quelle durée met la lumière pour parcourir une distance de quelques kilomètres, comme dans l'expérience de GALILÉE?

-Prenons, par exemple, une distance d = 3 km.

On sait que t = d x v

Or d = 3 km = 3. 103 m         et            v = 3 . 108 m / s,   

Donc t= 3.103 / 3 . 108 = 103 /  1 08 = 103-8.

D'où t = 10- 5 S  = 0,01 ms, soit un centième de milliseconde !

 

Cette durée est très faible, c'est pourquoi GALILÉE ne pouvait pas la mesurer.

 

-Quelle durée met la lumière pour parcourir des distances de l'ordre des dimensions du système solaire?

-La lumière issue du Soleil, situé à une distance de 150 millions de kilomètres de la Terre, met environ 8 minutes pour nous parvenir.

En effet, comme v = d /  t alors:

           

t = d  / v = 150. 10P 9 / 3 . 10P 8= 500 s          soit 8,3 min.

 

- La lumière du phare nous parvient quasi instantanément.

- La lumière est décomposée par les gouttes de pluie.

- La distance Soleil-Terre vaut 150 millions de km !

 

- La lumière de certaines de ces étoiles met des centaines d'années à nous parvenir.

- La lumière met environ 1 h 20 min pour aller du Soleil sur Saturne.

- La galaxie spirale à laquelle appartient le système solaire s'appelle « la Galaxie ».

 

II-Voir loin c’est voir dans le passé

 

1-L’année-lumière

● Combien de temps met la lumière provenant des étoiles lointaines pour nous parvenir?

 

. L'étoile la plus proche de nous est Proxima du Centaure qui se trouve « seulement» à 40 000 milliards de km. La lumière met 4,2 années pour effectuer ce trajet.

. La lumière qui nous parvient de la galaxie d'Andromède, la plus proche de la nôtre, effectue ce trajet en 2 millions d'années.

. En astronomie, les distances, qui sont extrêmement grandes, sont mesurées en années-lumière (a.l.) : c'est la distance que parcourt la lumière en une année:

(1 h = 3 600 s ; 1 j = 24 h ; 1 année = 365,25 j) 1 a.1. = 3 600 x 24 x 365,25 x 300 000

             = 9 460 milliards de km. Soit: 1 a.l. = 1 x 1013 km.

 

Galaxie d'Andromède.

La galaxie NGC891 est située à 43 millions d'années-lumière. Son diamètre est de 120 000 années-lumière.

Le télescope Hubble.

 

2-La lumière, un outil pour remonter le temps

● Lorsque nous observons l'étoile Proxima du Centaure, nous la voyons telle qu'elle était il y a 4,2 ans. De même, nous observons la galaxie d'Andromède telle qu'elle était il y a 2 millions d'années, au moment de l'apparition des premiers hommes!

● Ainsi, plus nous voyons loin, plus nous voyons dans le passé.

Le télescope Hubble a détecté des galaxies situées à plus de 13 milliards d'années-lumière !

 

III-Physique et science-fiction

 

● Les voyages à une vitesse dépassant la vitesse de la lumière sont fréquents dans les œuvres de science­ fiction mettant en scène des voyages spatiaux. Les auteurs de science-fiction pensent qu'une telle vitesse rend possible la rencontre de différents peuples situés sur des systèmes solaires très éloignés d'une même galaxie ou sur d'autres galaxies. Voici un extrait d'un texte de science-fiction que nous soumettons à ta critique.

 

● Les premières étendues d'herbe bleue sont apparues en 2999. Cette espèce provoque la destruction de l'herbe verte et s'étend rapi­dement.

Cette nouvelle espèce provient de graines obtenues dans un laboratoire OGN de la planète Erida, gravitant autour de l'étoile MX24589 de la galaxie d'Andromède située à environ 2 millions d'années-lumière du système solaire.

Les habitants de cette galaxie ne se sont toujours pas ralliés aux conventions interga­lactiques de non-prolifération.

Il devient indispensable d'intervenir pour obtenir de gré ou de force la destruction de ces souches d'herbe bleue.

La mission est confiée au colonel Arkado...

Il lui faut une centaine d'heures pour rejoindre la Lune, base de départ des thorrons, véhicules légers utilisés pour rejoindre et s'arrimer aux vaisseaux interga­lactiques en vol permanent dans l'espace...

Pour passer de la Voie lactée à la galaxie d'Andromède, la durée prévue est de 3 ans. Par alternance, les membres de l'équipage passeront en caissons d'hibernation... »

 

● Est-il possible d’aller plus vite que la lumière ?

D’après la théorie de la relativité élaborée par Eiestein, il est impossible à un objet matériel de dépasser la vitesse de la lumière.

Cette vitesse apparaît comme une vitesse limite. Les vaisseaux spatiaux animés de vitesses supérieures relèvent de la pure imagination.

 

IV-La conquête de l’espace

 

● C'est au cours de la seconde moitié du xxe siècle que la conquête de l'espace a débuté.

Cette conquête a bénéficié tout d'abord de la rivalité entre les États-Unis d'Amérique et l'Union soviétique.

 

1-La conquête du système solaire

● Le 4 octobre 1957, les soviétiques réalisent la première mise en orbite d'un satellite artificiel, Spoutnik. Ce satellite effectuait le tour de la Terre en 97 minutes à une altitude comprise entre 230 et 950 km. Ce jour-là, la conquête spatiale a commencé.

 

Le 12 avril 1961, le soviétique Youri GAGARINE effectue un vol en orbite autour de la Terre en 1 h 48 min à 250 km d'altitude.

 

● En 1977, deux sondes, Voyager 1 et 2, partent à la rencontre des planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Aujourd'hui, elles ont quitté le système solaire.

● Le 21 juillet 1969, les américains Neil ARMSTRONG et Buzz ALORIN sont les premiers hommes à fouler le sol lunaire.

● Le 24 décembre 1979, la fusée Ariane, fruit de la collaboration de pays européens, décolle pour la première fois. Depuis, les fusées Ariane mettent plusieurs satellites par an en orbite.

                                      

2-Vers d’autres systèmes solaires…

● Avec nos fusées actuelles, il faudrait 150 000 ans pour nous rendre sur l'étoile la plus proche... et même en voyageant à la vitesse de la lumière, il faudrait tout de même un peu plus de 4 ans! À cette vitesse, il nous faudrait 100 000 ans pour traverser notre galaxie et plusieurs millions d'années pour nous rendre sur d'autres galaxies.

Aussi, sommes-nous limités à observer les étoiles et les galaxies telles qu'elles étaient au moment où la lumière qu'elles ont émise arrive aujourd'hui sur Terre. Cela est possible grâce à des télescopes dont le plus connu est le télescope Hubble, en orbite autour de la Terre.

                                     

● Les distances, en années-lumière, dans l’univers

 

Ces distances, exprimées en. puissance de 1 Q, correspondent (lUX durées' mises par la lumière, ou par un vaisseau spatial ayant cette vitesse, pour les parcourir.

 

galaxie la plus proche 2 .106 a.1.

amas de galaxies le plus proche 6.107a.1.

 

V-La propagation du son

 

1-le son se propage-t-il dans le vide?

● Plaçons un réveil en train de sonner sous une cloche remplie d'air: on l'entend parfaitement.

Faisons progressivement le vide dans la cloche, le son s'affaiblit jusqu'à devenir pratiquement inaudible. Le son ne se propage pas dans le vide.

 

2-Valeur de la vitesse de propagation du son

● Le son nécessite un milieu matériel (solide, liquide ou gaz) pour se propager. Sa vitesse de propagation dépend du milieu et de la température. Elle est de l'ordre de 340 mis dans l'air à 20° C.

 

3-la foudre

● La foudre, manifestation spectaculaire de l'orage s'ac­compagne de deux phénomènes:

- l'un visuel, l'éclair ;

- l'autre sonore, le tonnerre.

● Pourquoi voit-on toujours l'éclair avant d'entendre le tonnerre?

Cela est dû à la différence de vitesse de propagation de la lumière (300 X 106 m/s) et du son (340 m/s)!

- Le son est inaudible dans le vide.

- L’éclair, phénomène visuel qui accompagne la foudre.

 

Exemple:

● la foudre se déclenche à une distance d = 1,5 km (1 500 m) d'un observateur.

Quel décalage de temps existe-t-il entre la perception de l'éclair et celle du tonnerre par l'observateur?

Temps nécessaire pour que l'éclair soit vu

Temps nécessaire pour que le tonnerre soit entendu

V lumière = 3 X 108 m/s

t lumière= d/v = 1 500/3 X 108 = 5 X 10-6 S

soit 5 millionièmes de seconde!

vson = 340 m/s

tson = d/v = 1 500/340 = 4,4 s.

L'observateur voit l'éclair quasi instantanément.

L'observateur entend le tonnerre au bout de 4,4 s.

Le temps qui s'écoule entre la perception visuelle de l'éclair et celle, sonore, du tonnerre vaut 4,4 s.

 

4-Connaitre les dangers des sons trop intenses

● L'intensité d'un son se mesure en décibels (dB). Les sons trop intenses peuvent provoquer des sensations douloureuses et surtout une surdité précoce.

● Le son a besoin d'un milieu matériel pour se propager. Sa vitesse de propagation dans l'air est constante: elle vaut environ 340 mis à 20° C.

 

Intensité (dB)

Situation

0

Limite de perception du son

0 à 30

Lieu très calme (campagne)

30-50

Lieu calme (chambre)

50-80

Conversation, rue

85-90

Début de risque pour l'oreille

90-120

Musique forte, sport automobile

> 120

Son exceptionnel (explosion) Risque de lésion définitive de l'oreille.

 

Thème de convergence


 










La loi d'Ohm
I. Caractéristique d'un conducteur ohmique
    1. La caractéristique d'un conducteur ohmique
  • Brancher une résistance aux bornes d'un générateur variable
  • Mesurer l'intensité du courant et la tension aux bornes de la résistance à l'aide d'un ampèremètre et d'un voltmètre.
  • Recommencer cette opération plusieurs fois en changeant la tension du générateur.
  • Placer les valeurs obtenues de la tension et de l'intensité sur un graphique.


Résultats des mesures:

Tension (en V)246810
Intensité (en A)0,020,040,060,080,1

    2. Tracé de la caractéristique et exploitation
A partir des mesures précédentes, on obtient le graphique suivant:
On observe que la caractéristique est une droite passant par l'origine.
Ce résultat indique que la tension est proportionnelle à l'intensité.

Elles sont liées par la loi d'Ohm :

U  = I x R

  • U : Tension (en Volt) aux bornes de la résistance
  • I : Intensité (en Ampère) traversant la résistance
  • R : Résistance électrique (en Ohm)

Calcul du coefficient de proportionnalité:
On choisit un point de la droite, par exemple le point d'abscisse I = 0,05 A et d'ordonnée U = 5 V.
Quotient de U / I : 5 / 0,05 = 100
Comparaison avec la résistance: R = 100 Ω
On remarque que le coefficient de proportionnalité correspond à la valeur de la résistance.


    3.la loi d'Ohm.

La tension aux bornes d'un conducteur ohmique est proportionnelle à l'intensité du courant qui le traverse. Le coefficient de proportionnalité correspond à la résistance du conducteur ohmique. 

II.  Utilisation de la loi d'Ohm

Exemple 1 :
La loi d'Ohm ( U = R x I ) permet de calculer la tension aux bornes d'une résistance lorsque la résistance et l'intensité sont connues.U  = I x R.

Si une résistance R = 200 Ω est parcouru par un courant d'intensité I = 0,02 A alors la tension reçue est: U = 200 × 0,02 = 4 V

Exemple 2 :
La loi d'Ohm permet de calculer l'intensité du courant qui parcourt une résistance lorsque sa résistance et la tension reçue sont connues. En effet, la relation entre R, U et I peut également s'écrire : I = U / R.

Si une résistance R = 15 Ω reçoit une tension U = 4,5 V alors l'intensité qui traverse le conducteur ohmique est I = 4,5 / 15 = 0,3 A.

Exemple 3 :
La loi d'Ohm permet de déterminer la résistance lorsque la tension qu'il reçoit et l''intensité du courant qui le parcourt sont connues. En effet la relation entre R, U et I peut également s'écrire R = U / I.

Si une résistance reçoit une tension U = 8V et est parcouru par un courant d'intensité I = 0,2 A alors sa résistance vaut : R = 8 / 0,2 = 40 Ω.




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