L air, quelle drôle de matière!

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1 L air, quelle drôle de matière! Ateliers expérimentaux autour de la matérialité et des propriétés de l air Séminaire EIST 2015 Mardi 19 mai, 10h30 12h30 1

2 Objectifs de l atelier Travailler en équipe de professeurs EIST à la formulation de notions en lien avec les propriétés et la matérialité de l air. Mettre en œuvre des expérimentations illustrant ces propriétés. Explorer le caractère interdisciplinaire de la thématique. 2

3 Déroulement Individuellement, énoncez par écrit les propriétés de l air que vous connaissez. (10 min) Constituez des groupes mixtes T / SVT / SPC. Mettez en commun vos propositions avec les participants de votre groupe. Choisissez quelques propriétés que vous allez pouvoir mettre en évidence à partir du matériel proposé. (15 min) Testez ensuite vos propositions en utilisant le matériel. (35 min) Chaque groupe devra présenter des expérimentations illustrant des propriétés de l air ou son caractère matériel. Une phrase rédigée rappelant la notion ou la propriété illustrée accompagnera chaque expérimentation.(40 min) Eclairage scientifique sous le signe de l interdisciplinarité (20 min) 3

4 L air, quelle drôle de matière! Un regard interdisciplinaire 4

5 L air exerce des forces sur les objets Utiliser l air pour voler Utiliser la force de l air en mouvement 5

6 L air exerce des forces sur les objets Ralentir sa chute Entrer dans l atmosphère 6

7 L air exerce une pression sur les objets 7

8 L air est mauvais conducteur thermique mais Convection et conduction 8

9 L air peut transporter de l énergie thermique Convection et conduction 9

10 L air peut participer à des échanges de matière Echanges gazeux PS et R Echanges d eau 10

11 Annexes 11

12 Et au collège? L'air est un mélange de dioxygène (environ 20 % en volume) et de diazote (environ 80 % en volume). L état gazeux est un des états de la matière. Un gaz est compressible. Un volume de gaz possède une masse. Un litre d air a une masse d'environ un gramme dans les conditions usuelles de température et de pression. Un gaz est composé de molécules. Les trois états de l eau à travers la description moléculaire : - l état gazeux est dispersé et désordonné ; - l état liquide est compact et désordonné ; - l état solide est compact ; les solides cristallins sont ordonnés. 12

13 Caractéristiques de la matière Niveau macro Caractéristiques de la matière Niveau micro Les trois états de la matière à travers la description moléculaire l exemple de l eau : - l état gazeux est dispersé et désordonné ; - l état liquide est compact et désordonné ; - l état solide est compact ; les solides cristallins sont ordonnés. L air est pesant. L air a une masse. Propriétés des gaz L air est un gaz. Il est compressible et possède une masse. L air est un gaz particulier composé de dioxygène et de diazote 13

14 Extraits de programmes 14

15 Technologie : 5ème 15

16 Physique : 4ème 16

17 17

18 L'air est de la matière. L'air est un gaz. Il possède à ce titre les propriétés générales de la matière Il possède à ce titre toutes les propriétés de l'état gazeux. L'air est un gaz particulier. Il possède des propriétés spécifiques que ne possèdent pas les autres gaz. Il existe d'autres gaz. Ils possèdent eux aussi des propriétés spécifiques, que ne possède pas l'air. Il peut changer d'état (air liquide) Il se déplace. Il se conserve. Il est pesant. Il se dilate. Sa densité dépend de la température. Il interagit avec d'autres matières. Il exerce des forces. Il n'a pas de forme propre. Il occupe tout le volume dont il dispose. Il est compressible, expansible, élastique. Il se caractérise par une pression, un volume, une température. C'est un mélange de gaz. Il entretient les combustions. Il permet la respiration. Il est légèrement soluble dans l'eau. C'est un isolant thermique, phonique et électrique. Il est incolore, inodore. Légende : les différentes propriétés ont été repérées de la façon suivante. Peut faire l'objet d'un travail structuré dans un des cycles de l'école. Peut être évoqué à l'école (notamment au cycle 3) à propos de l'étude d'un autre sujet. Le gaz carbonique n'entretient pas les combustions, ne permet pas la respiration. Il est plus dense que l'air. Le butane est odorant, combustible, explosif s'il est mélangé à de l'air. o Le dioxyde d'azote, la vapeur d'iode sont des gaz colorés. o Ne semble pas pertinent au niveau de l'école. Propriété davantage adaptée au collège. 18

19 Un des moteurs de la circulation d air Autre exemple de convection en milieu fluide : l atmosphère Une masse d air chaud le carillon des anges, les courant d air au dessus des radiateurs, les montgolfières Le même moteur, cette différence de densité et ces effets de convection, explique : les grands courants marins à travers les océans Les mouvements de masse d air dans l atmosphère La tectonique des plaques et la convection mantellique 19

20 Transfert thermique par convection Creative Commons 20

21 L air et les échanges thermiques L air est un bon isolant Convection versus conduction Convection Conduction Rayonnement 21

22 Conductivité thermique de l air comparée à d autres matériaux Matériaux Conductivité thermique (W m -1 K -1 ) Valeurs pour une température de 20 C Air (100 kpa) 0,

23 S isoler : de l air! Perlite Laine de chanvre Ouate de cellulose Laine minérale Vermiculite 23

24 Matériaux et isolation thermique cm Epaisseur pour une même isolation thermique Ministère de l éducation nationale (DGESCO-IGEN) physique-chimie TS 24

25 Pour aller plus loin : L air dans notre environnement (30 min) 25

26 Modèle microscopique Intégrer vidéo Mooc et animation thermomètre 26

27 Composition de l'air : définition Wikipédia L'air sec au voisinage du sol est un mélange gazeux incolore et homogène. Il est approximativement composé en volume de : 78,08 % de diazote ; 20,95 % de dioxygène ; moins de 1 % d'autres gaz dont : les gaz rares principalement de l'argon 0,93 %, mais aussi du néon 0,0018 %, du krypton 0,00012 % (1,, du xénon 0,00009 % ; le dioxyde de carbone 0,0399 % ; le méthane 0, %. Il contient aussi des traces de dihydrogène 0, % (0,72 ppmv), mais aussi d'ozone, ainsi qu'une présence infime de radon 6. L'air typique de l'environnement terrestre est souvent humide car il contient de la vapeur d'eau. Il peut aussi contenir du dioxyde de soufre, des oxydes d'azote, de fines substances en suspension sous forme d'aérosol, des poussières et des micro-organismes. Au voisinage du sol, l'air contient une quantité très variable de vapeur d'eau, qui dépend des conditions climatiques, et en particulier de la température. En effet le phénomène de saturation de vapeur varie fortement avec la température 27

28 L atmosphère Les différentes couches de l atmosphère La majeur partie de la matière composant l atmosphère se trouve proche de la Terre Variation de température et de pression en fonction de l altitude Rôle de l ozone stratosphérique O 3 => O 2 + O O 3 + O => O 2 + O 2 Définition de la couche d ozone, le trou de la couche d ozone 28

29 L atmosphère Troposphère : zone de l atmosphère où les phénomènes météorologiques ont lieu Convection Interactions hydrosphère, atmosphère : présence de l eau dans les trois états de la matière 29

30 Une vision dynamique de l air au cours du temps 30

31 Composition de l atmosphère depuis la naissance de la Terre 31

32 Les atmosphères des planètes du système solaire Vénus Mars 32

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