L’EAU DANS NOTRE ENVIRONNEMENT – MÉLANGES ET CORPS PURS

CHAP 1 : L’EAU DANS NOTRE ENVIRONNEMENT

Cycle de l’eau. Les 3 états physiques et les changements d’états physiques de l’eau et de la matière. L’eau, un constituant des boissons et des aliments. L’eau sur Terre.

TP 1 : Test de reconnaissance de l’eau. Mise en œuvre d’un protocole expérimental permettant de détecter la présence d’eau dans différents liquides et aliments.

CHAP 2 : QUELQUES PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DE L’EAU DANS LES 3 ÉTATS DE LA MATIÈRE

Distinction masse et volume. Propriétés spécifiques de chaque état physique de l’eau.

TP 2 : Mesure de volumes: utilisation de la verrerie et des maths.

TP 3 : Mesure de masses: utilisation de balances .Mesure de la masse d’un litre d’eau; suivre un mode opératoire.

CHAP 3 : L’EAU EST UN SOLVANT; MAIS QUE DISSOUT-ELLE ?

Dissolution, dissoudre, solution, soluble, insoluble, solvant, soluté, solution saturée, limite de solubilité, mélange homogène, mélange hétérogène. Miscibles, miscibilité.

TP 4 : Peut-on dissoudre n’importe quel solide dans l’eau ? La masse se conserve-t-elle lors de la dissolution?

TP 5 : Tests de miscibilité de l’eau avec d’autres liquides. Une jolie expérience un peu magique…

CHAP 4 : L’EAU ET LES MÉLANGES – TECHNIQUE de SEPARATION

Séparation de quelques constituants de mélanges aqueux. Décantation, filtration, distillation, évaporation, chromatographie, récupération d’un gaz par déplacement d’eau.

TP 6 : Comment nettoyer une eau boueuse ? Démarche d’investigation
TP 7 : Distillation d’une eau minérale.

TP 8 : Récupération et étude du gaz dissous dans les boissons gazeuse. Recherche d’un mode opératoire.

TP 9 : Séparation des colorants alimentaires par chromatographie

CHAP 5 : LES CHANGEMENTS d’ ÉTAT DE L’EAU : APPROCHE PHÉNOMÉNOLOGIQUE

Conservation de la masse lors de changement d’état, non conservation du volume. Exploitation des graphiques tracés à partir de mesures expérimentales (temps, température). Palier de température lors du changement d’état d’un corps pur.

TP 10 : Etude de la solidification et de la fusion de l’eau

TP 11 : Etude de la vaporisation de l’eau par ébullition.

LES CIRCUITS ÉLECTRIQUES EN COURANT CONTINU

CHAP 1 : LE CIRCUIT ÉLECTRIQUE

Circuit électrique simples avec générateur, lampes, moteur, résistance, fils de connexion, interrupteur… Rôle de chaque dipôle. Notion de boucle simple. Symboles normalisés. Schématisation normalisée des circuits.

TP 1 : comment allumer et commander une lampe ? Réaliser des circuits en simple boucle à l’aide d’un générateur (la pile) et de récepteurs. Sous-forme de démarche d’investigation : Du matériel est donné aux élèves, puis on pose la question suivante : Comment disposer ces éléments pour que la lampe s’allume quand on le souhaite?

CHAP 2 : CIRCUIT ÉLECTRIQUE EN BOUCLE SIMPLE

Circuit électrique comportant les dipôles découverts au chapitre 1 mais aussi des diodes, des DEL, leur rôle dans un circuit. Schématisation.
Influence de l’ordre et du nombre des dipôles récepteurs dans un circuit en boucle simple. Sens conventionnel du courant. Conducteurs et isolants.
Electrisation et électrocution.
Les courts-circuits et leurs effets sur le circuit électrique : T.P évalué

TP 2 :Réalisation de montages électriques en boucle simple à l’aide de résistances, lampes, moteurs, diodes, DEL … Découvrir le sens du courant.

TP 3 : Les courts-circuits. Isolant ou conducteur? Réaliser un détecteur élémentaire de courant.

CHAP 3 : CIRCUIT ÉLECTRIQUE COMPORTANT DES DÉRIVATIONS

Identifier, schématiser des circuits électriques avec des dérivations. Comparaison de montages en boucle simple avec des montages comportant des dérivations. Leurs propriétés.
Les dangers des courts-circuits ; protection des circuits.
Installation électrique domestique

TP 4 :Réaliser des circuits avec des dérivations et/ou en boucle simple : influence d’une lampe grillée selon les montages. Effets d’un court-circuit sur les différents montages. Les dangers. Quelques expériences pour comprendre l’adaptation (voir aussi en 4°)

LA LUMIÈRE : SOURCES ET PROPAGATION

CHAP 1 : SOURCES DE LUMIÈRE – DIFFUSION

TP1 : Les différentes sources de lumière : sources primaires et objets diffusants. Les  conditions  nécessaires pour voir un objet.

TP 2 : Comment éclairer un objet? Comment voir un objet? D’où vient la lumière?

CHAP 2 : PROPAGATION RECTILIGNE DE LA LUMIÈRE

Le faisceau de lumière. Modèle du rayon lumineux. Sens de propagation de la lumière, schématisation. Ombre propre, ombre portée et cône d’ombre. Schématisation.

TP 3 :Comment se propage la lumière? Visualisation de faisceaux de lumière; visées. Les ombres: forme et position. Couleurs des ombres en lumière blanche. A l’aide d’une source de lumière ponctuelle.

CHAP 3 : SYSTÈME : SOLEIL – TERRE – LUNE

En préparation à cette partie du programme, les élèves se rendent au forum des sciences de Villeneuve d’Ascq ou au planétarium de Capelle La Grande.

Phases de la Lune, éclipses de lune et de Soleil.

Mouvement du système Soleil – Terre – Lune.

Travail sur maquette, documents  et documentaires vidéos.

1.      Vaporisation-liquéfaction.                             Sécurité : attention aux brûlures

l On se propose de réaliser l’étude de la variation de la température lors de la vaporisation de l’eau distillée et de l’eau salée en fonction du temps, et de tracer les courbes de vaporisation.

Expérience avec de l’eau distillée

l Mettre environ 20mL d’eau distillée dans un ballon à fond rond. Le boucher et placer le thermomètre de telle façon à ce qu’il ne touche pas les parois du ballon.

l On met l’appareil de chauffage en fonctionnement et on commence par relever la température  de l’eau distillée dans le ballon. C’est la température à l’instant t = 0 min.

l On relève ensuite la température toutes les minutes en prenant soin d’agiter dans le ballon.

l On notera ces températures dans le tableau ci-dessous.

Observation :

En utilisant la pince à bois, on place le verre à montre au dessus de l’ouverture du ballon et on observe :

De la buée se dépose sur les parois du verre à montre, donc la vapeur d’eau se condense pour redevenir liquide.

Conclusion :

Quand l’eau liquide se transforme en vapeur d’eau, le changement d’état s’appelle une vaporisation

Quand la vapeur d’eau se transforme en eau liquide, le changement d’état s’appelle une liquéfaction

2.      La température d’ébullition de l’eau :

Quand l’eau passe de l’état liquide à l’état gazeux, le changement d’état se nomme une vaporisation

La température d’ébullition de l’eau pure est 100°C à la pression atmosphérique normale qui est égale à 1013 hPa (hectopascals) ou 101300 Pa (pascals)

Expérience avec de l’eau salée

l Reprendre la même expérience que précédemment mais avec de l’eau salée.

Conclusion :

La température d’ébullition de l’eau salée est supérieure à 100°C à la pression atmosphérique normale.

Remarque : Les pommes de terre ou les pâtes cuisent plus facilement et plus rapidement dans  l’eau salée.

« L’eau bout à 100°C. » On vous l’a appris à l’école et vous n’avez aucune raison de mettre vos leçons en doute. Pourtant, savez-vous que cette température n’est vraie que dans certaines conditions ?

Contrairement à une idée reçue, 100°C n’est pas la seule température d’ébullition de l’eau. Certes, dans votre cuisine, si vous ne vivez pas en altitude, l’eau se met à bouillir à 100°C. Mais ce ne sera pas le cas en haut du Mont Blanc ou au fond des océans.

L’ébullition dépend aussi de la pression

Pourquoi ? La température d’ébullition d’un liquide n’est pas intrinsèque au liquide mais dépend de sa pression. Une loi physique, la loi de Clapeyron, permet (moyennant de nombreux calculs) de tracer le diagramme pression-température de l’eau. Grâce à lui, on peut déterminer, notamment, à quelle température l’eau se mettra à bouillir pour une pression donnée.

Ainsi, sous 1 atmosphère, soit la pression atmosphérique normale, l’eau bout effectivement à 100°C. Lorsque la pression augmente, on voit que la température d’ébullition augmente elle aussi : il faudra chauffer plus pour obtenir de la vapeur.

C’est le cas au fond des océans où la pression augmente fortement. Par exemple, à 3000 m sous la mer, elle atteint 300 atmosphères. Voilà pourquoi des sources d’eau très chaude, à plus de 300°C, peuvent exister sans que l’eau ne se transforme en vapeur. De même, l’eau utilisée dans les réacteurs nucléaires est fortement pressurisée à 155 atmosphères pour éviter que l’eau ne s’évapore.

En revanche, lorsque la pression diminue, la température d’ébullition baisse elle aussi. En haut du mont Blanc, la pression est inférieure à 0,5 atmosphère : l’eau bout à 85°C. Plus haut, au sommet de l’Everest, la pression est encore plus faible et l’eau bout à 72°C.

Eau gazeuse à moins de 0°C

Et plus haut ? A 50 km d’altitude, la pression est de 0,0005 atmosphère. D’après le diagramme de Clapeyron, l’eau ne peut alors exister qu’à l’état gazeux ou solide : il n’y a plus d’eau liquide à cette hauteur.

Dans certaines conditions de température inférieures à 0°C, elle passe alors directement de l’état solide à l’état gazeux : c’est la sublimation. De la glace qui devient vapeur, c’est ce qui se produit lorsqu’une comète s’approche du soleil : la glace qui la compose se transforme en gaz. Celui-ci diffuse alors les rayons du soleil : la chevelure de la comète apparaît.

Verdict : L’eau bout à 100°C ? Faux dans la plupart des cas