La conduction thermique des métaux

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1 La conduction thermique des métaux Préambule Certains métaux conduisent plus vite la chaleur que d autres. Nom et qualité des intervenants et auteurs : Cyril Douay Professeur de chimie et sciences physiques et conseiller pedagogique au Lycée français de Toronto Odile Colle -PE et directrice d école du Lycée français de Toronto Jacques Tellier- Professeur de sciences physiques et chimie et Conseiller pedagogique au lycée français de San Francisco Thomas Morey PE au lycée français de Toronto Public concerné : Classe de CM2 18 élèves Durée de l'activité : Deux séquences de 45 minutes Objectifs : S interroger sur la propriété de conductivité thermique des métaux Développer des compétences langagières : argumenter émettre des hypothéses réinvestir un vocabulaire spécifique rendre compte Adopter une demarche scientifique d investigation : argumenter, émettre des hypotheses, réaliser une experience afin de vérifier une hypothèse, valider ou non le résultat, rendre compte Reconnaître et valider l hypothèse la plus plausible à l intérieur d un

2 groupe de pairs. Matériel : Un projecteur Deux potences 3 plaques de métaux : fer, aluminium, cuivre deux briquets deux bougies deux pinces deux chronomètres deux objets ( qui se rapprochent le plus possible d un ingredient alimentaire Lors de l expérience menée en classe nous avons utilisé deux boulons, mais cela a porté à confusion dans l esprit de certains élèves car ils étaient en métal ; des noisettes ou des haricots secs se rapprochent de l élément déclencheur : casserole, cuisinier ) Déroulement de l'activité : SEQUENCE 1 1.L élément déclencheur Des photos de casseroles sont projetées. Certaines sont en métal couleur cuivre, d autres en métal couleur argent. La dernière photo représente un chef cuisinnier qui semble bien

3 perplexe. Les élèves émettent des hypothèses sur cette situation. Le but étant de leur faire exprimer que ce chef se demande quelle est la meilleure casserole, et que c est la difference de métal qui va faire qu une casserole chauffe plus ou moins bien. Vocabulaire : Métal fer acier cuivre or zinc aluminium argent etc 2. Problème ou situation à investiguer Présentation de la potence, de plaques des trois métaux (fer- aluminium- cuivre), de la bougie, de la cire, et du haricot. Les élèves doivent imaginer une experience qui permette de montrer quel est,parmi ces trois métaux celui qui chauffe le plus vite. Ils devront représenter leurs hypothèses par un schéma en s aidant du matériel déjà exposé. La bougie, la potence, les plaques d acier, la cire, l objet (noisette ou haricot) à coller avec la cire à la languette de métal. Suivre l évolution de la réalisation des schémas. Si les élèves n y arrivent pas eux-mêmes, leur presenter la caractérisque de la cire qui colle l objet,et qui fond également.

4 3. Lorsque chacun a representé son schéma, la classe est divisée en deux groupes de neuf élèves. La consigne : Vous avez cinq minutes pour vous mettre d accord sur une hypothèse que vous croyez être la bonne et designer un rapporteur qui viendra expliquer au professeur l expérience à réaliser. On pourra alors réaliser votre experience. Discussion- Argumentation Choisir l hypothèse la meilleure. 4.Vérification et validation de l hypothèse Deux groupes avec chacun à leur tête un adulte ( l un des adultes peut être le professeur titulaire de la classe, l autre le prof de sciences physiques). Il est impossible en effet que les élèves mènent les experiences en autonomie (manipulation du feu et de métaux chauds) même si l idéal aurait été que les élèves soient divisés en 6 groupes autonommes de 3 élèves Les élèves auront sans doute compris que la mesure du temps pour chaque métal allait être un critère important. À cet effet, les chronomètres et le papier sont à disposition. Vocabulaire à faire émerger : Conductivité thermique source de chaleur

5 On doit aboutir à la réalisation de l expérience suivante : Les trois plaques de métal sont tour à tour placées entre les pinces de la potence. A l extrémité de chaque plaque on a fixé un haricot à l aide de cire fondue. Sous l autre extrémité de la plaque on a allumé une bougie. Pour chaque métal on chronomètre le temps qu il faut pour que la cire fonde ; c est la fonte de la cire qui déclenche la chute du haricot. On chronomètre en fait le temps de déplacement de la chaleur à travers le métal. Notion à faire émerger : Conductivité thermique ; déplacement de la chaleur d un point à un autre. La chaleur se déplace plus ou moins vite selon les différents métaux. Certaines observations des élèves peuvent poindre : la bougie diminue, sa taille devient plus petite et elle chauffe moins le métal ; ne pas hésiter à parler des différents paramètres qui peuvent intervenir dans une expérience scientifique. CONCLUSION : Le cuivre est meilleur conducteur thermique que le fer et

6 l aluminium. SEQUENCE 2 Traces écrites : a. Rappel oral de ce qui a été vu et fait la fois précédente. b. On dessine l expérience finale. (La potence et le materiel est sorti) c.a l aide du lexique suivant chaque élève écrit un texte qui résume la démarche et le résultat. conductivité thermique métaux Fer cuivre aluminium- Déplacement de la chaleur