Problème 2: Comment transformer l'eau en gaz?
Problème 3: Comment transformer l'eau en glace?
Problème 4: Quelques propriétés des changements d'état de l'eau
Bilan
Formulaire
Cette page reproduit les travaux que j'ai pu réaliser avec mes élèves de 5ème ou de 4ème. Elles sont libres de droit et vous pouvez les utiliser comme bon vous semble. Par contre , je serai heureux, ami visiteur, si vous m'adressez un petit bonjour par mail et si vous me faîtes connaître vos commentaires et vos idées.
Activité n°1: Action de la chaleur sur l'eau.
Activité de groupe: Verser 200 cm3 d'eau dans un ballon à fond plat, chauffer l'eau jusqu'à ébullition, mesurer la température toutes les 30s, noter les températures dans un tableau
Matériel: ballon à fond plat de 500cm3, 200cm3 d'eau, bec bunsen, grille, trépied, support, (ou chauffe-ballon), thermomètre, pince pour tenir le thermomètre
Précautions: bien mettre le réservoir du thermomètre dans l'eau sans qu'il touche le fond.
Commentaire: Le travail se fait par groupes de 3: un qui note les résultats, un deuxième annonce la température, le troisième surveille le chauffage et l'état de l'eau. J'ai moi-même chronométré en faisant un top collectif toutes les trente secondes. En moins de 10 min, la température monte régulièrement jusqu'à 100°C, puis se stabilise. Laisser quelques min à 100°C avnat de stopper l'expérience.
J'avais donné aux élèves des thermomètres allant jusqu'à 110°C: beaucoup en voyant la température monter rapidement étaient persuadés que le thermomètre allait éclater. C'est avec un grand soulagement qu'ils ont constaté que pendant l'ébullition, le thermomètre se stabilisait à 100°C.
Travail demandé: tableau des résultats sur le cahier
Activité n°2: graphique
Travail individuel: sur le cahier sur une page entière
Consignes: axe vertical indique les °C: 1 carreau pour 5°C, axe horizontal indique le temps: 1 carreau pour 30s, relier les points à main levée.
Bilan partiel:
Quand on apporte de la chaleur à l'eau, sa température s'élève.
Pendant l'ébullition de l'eau la température reste stable.
La chaleur fournie pendant l'ébullition sert au changement d'état.
La température d'ébullition de l'eau est de 100°C
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Activité n°1: Congélation de l'eau.
Activité de groupe: Verser 5cm d'eau déminéralisée dans un tube à essais et y plonger un thermomètre. Remplir un grand bécher de glace pilée et de gros sel.: une couche de glace, une couche de sel, une couche de glace etc. . Plonger complètement le tube à essais dans la glace, noter la température et l'état de l'eau toutes les 30s. L'activité se fait par groupes de 2 ou de 3 élèves: l'un annonce la température et l'état de l'eau, l'autre note le résultat dans un tableau préparé à l'avance. Le professeur chronomètre le temps.
Commentaire: Dans un tube à essais de 16cm de haut, une dizaine de minutes suffisent à descendre la température à -10°C. Il faut que la glace couvre bien toute la couche d'eau. Bien avertir les élèves de laisser le thermomètre dans le liquide pendant la mesure: quand la lecture est difficile à cause de la buée ou de la glace, il vaut mieux ne pas faire la mesure que de la faire mal. Je n'ai eu aucune difficulté à obtenir quelques litres de glace pilée auprès des poissonniers locaux. Au frigo, il est possible de la conserver quelques heures au maximum. Attention à choisir des tubes à essais en bon état, quelques-uns ne supportent pas la température très basse.
Travail attendu: tableau de résultats - graphique
Activité n°2: Fusion de la glace.
Activité de groupe: Cette activité peut se faire aussitôt la précédente. Sortir le tube à essais et le réchauffer avec la main. Noter la température de la même façon (toutes les 30s). On garder les tubes à essais au congélateur et faire l'activité plus tard. Il est possible de faire cette activité en démonstration avec l'EXAO. Pendant que l'ordinateur travaille, il est possible de terminer le compte-rendu de l'activité 1. A la fin, chaque élève pourra obtenir une copie du graphique tiré sur imprimante. La courbe obtenue est souvent plus régulière que celle obtenue par les élèves. (J'utilise le matériel JEULIN ESAO3.1 + adaptateur-capteur thermomètre et logiciel Calor-Junior) page 13 catalogue 97-98.
Travail attendu: tableau de résultats et graphique.
Quand on refoidit ou enlève de la chaleur de la chaleur à l'eau, sa température s'abaisse..
Pendant la congélation de l'eau, la température reste stable.
La chaleur fournie pendant la fusion sert à faire fondre la glace mais ne modifie plus la température.
L'eau se congèle à 0°C, la glace fond à 0°C.
la fusion et la congélation sont inversibles.
Préambule: Quatre propriétés sont étudiées dans cette partie: non variation de la masse, variation du volume, le cas des autres corps purs, l'influence de la pression. Le cas de la mass ou du volume peut être l'occasion d'un entraînement à la démarche expérimentale avec le choix d'une hypothèse, la conception d'une activité expérimentale, sé réalisation et son évaluation avec conclusion . Le cas de la variation du volume est intéressant, car les élèves sont hésitants et partagés. Les activités peuvent se mettre en place par groupes. Le manque de temps m'a amené à proposer dans chaque cas une expérience collective.
Activité n°1: Que devient la masse pendant la fusion de la glace?
Activité: On pèse un ballon à fond plat rempli de glaçons et fermé d'un bouchon. A la fin de la séquence ou à la prochaine séance, on repèse le ballon quand les glaçons sont fondus
Sur cahier: Une phrase de présentation de l'expérience. La valeur de la masse des glaçons, la valeur de la masse de l'eau obtenue. Une phrase de constat par les élèves: la masse ne change pas pendant le changement d'état.
Activité n°2: Que devient le volume pendant la fusion de la glace?
Activité: Dans un éprouvette graduée on verse une quinzaine de glaçons. Onn recouvre le tout d'essence (ou d'huile qui est moins volatile). On mesure le volume (ce qui permet d'aborder le problème de la lecture d'une graduation). Avec la caméra vidéo relièe à la télé, tous les élèves peuvent s'initier à la lecture. La mesure est recommencée quand les glaçons sont fondus. On remarque par la m^me occasion que l'eau et l'essence (ou l'huile) ne se mélangent pas. Le niveau a baissé.
Sur cahier: une phrase de présentation , les deux résultats, une phrase de constat.
Activité n°3: Tous les liquides se congèlent-ils à 0°C?
Activité: Par EXAO, on étudie la congélation du cyclohexane. Voir plus haut (problème n°2). La congélation du cyclohexane se déroule plus rapidement que celle de l'eau. Cependant aux environs de 6°C, il y a un net ralentissement et la sonde est prise dans le liquide solidifié.
Sur cahier: une copie de la courbe obtenue sur imprimante, puis une phrase: la température de congélation du cyclohexane dest d'environ 6°C.
Activité n°4: Quel rôle joue la pression atmosphérique?
Activité: Présentation du baromètre métallique et del'unité de mesure. (rappel). Présentation de la cloche à vide. On met le baromètre dans la cloche à vide et on fait le vide. L'aiguille descend très rapidement. Les élèves constatent que lorsqu'on enlève de l'air la pression baisse.
Faire chauffer de l'eau jusqu'à 95°C environ dans un ballon. Placer le ballon sur une petite planchette dans la cloche à vide. Faire le vide. L'eau se met à bouillir.
Sur cahier: schéma de l'expérience et commentaire
Pendant le changement d'état la masse reste inchangée, le volume peut varier.
La température du changement d'état dépend de la nature du liquide. Elle peut légèrement varier en fonction de la pression atmosphérique.
Bilan: Les changements d'état de l'eau: