Activités scientifiques liées à la visite de Metallurgic park

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1 Activités scientifiques liées à la visite de Metallurgic park Changement d'état de la matière: l'eau L'activité métallurgique nécessite la compréhension du changement d'état de la matière. En effet, le métal passe, sous l'effet de la chaleur, d'un état solide à un état liquide. A travers plusieurs expériences les enfants comprendront que la matière peut se trouver sous différents états et que lors de ce changement d'état il y a une conservation de la masse mais une variation du volume (dilatation). De plus lors d'un changement d'état la température doit rester constante. Il faudra donc travailler expérimentalement sur une matière qui existe sous 3 états différents dans la nature : L'EAU Progression des activités : Questionnement et représentations initiales. De l'état solide vers l'état liquide. De l'état liquide vers l'état solide. La découverte du thermomètre. La température de fusion. Le mélange réfrigérant. L'état liquide et l'état gazeux. Température d'ébullition. Évaporation et condensation, cycle de l'eau. La masse et le volume de la glace. Vous trouverez le détail de ces expériences en cliquant sur le lien suivant ( CTRL + clic gauche).

2 Ce travail permettra ensuite d'explorer le changement d'état d'autres matières et la notion de moule. La fusion d'autres matières Il faudra tout d'abord éviter quelques écueils, en effet, nous avons vu plus haut qu'un changement d'état doit se faire à température constante ce qui éliminera le chocolat. La fusion du chocolat n'est donc pas un changement d'état. On expérimentera alors le changement d'état de la paraffine et notamment la fusionsolidification. Cela permettra de voir que le changement d'état ne se fait pas à 0 C pour d'autres matières mais que chaque matière a sa propre température de fusion. On pourra également contrôler la conservation de la masse. Température de fusion de la paraffine Il s'agira de trouver avec les élèves une expérience qui permettra de connaître la température de fusion de la paraffine (Cette température variera selon les paraffines utilisées car il s'agit pour la plupart du temps de mélanges). Il serait intéressant de faire imaginer cette expérience sur le cahier d'expériences afin que les élèves puissent émettre des hypothèses sur la matériel à utiliser mais également sur la température obtenue. Thermomètre Paraffine EAU CHAUDE Plaque chauffante Cette expérience sera assez simple à mettre en place mais restera sous la surveillance du maître du fait de l' utilisation d'une source de chaleur. La température de la paraffine augmente, puis lors du passage de l'état solide à l'état liquide la température reste constante : c'est la température de fusion. Ensuite la température continue d'augmenter. On constatera alors que la température de fusion de la paraffine se situe aux environs de 60 C (entre 50 et 70 C selon les paraffines). On pourra faire l'inverse et constater qu'il y a également une température constante lors de la solidification.

3 Conservation de la masse et augmentation du volume. On peut également vérifier la conservation de la masse et la variation du volume comme pour l'eau. Conservation de la masse : Comme pour l'eau, cette expérience pourra être assez facilement trouvée par les élèves dans leurs cahiers d'expériences. En effet, en pesant une certaine quantité de cire solide et en la pesant de nouveau après fusion, on constate que la masse est identique. Pesée de la paraffine solide Pesée de la paraffine après fusion Variation du volume On pourra mettre en place cette expérience et laisser les élèves faire des constatations afin d'émettre des hypothèses sur le phénomène observé. Expérience : On place de la cire liquide dans un récipient circulaire et on la laisse se solidifier, on constatera alors la formation d'un creux au centre du récipient. On pourra en déduire avec les élèves que la paraffine solide prend moins de place que la paraffine liquide, ce qui revient à dire que le volume a changé. On pourra comparer avec la même expérience sur l'eau (en plaçant le récipient au congélateur) et on constatera que c'est le phénomène inverse qui se produira, en effet l'eau solide formera un petit

4 dôme au centre du récipient ce qui prouve que l'eau solide a un volume supérieur à l'eau liquide. Glace Cire solide Fusion d'un métal Les expériences suivantes devront être réalisés par l'enseignant car elles nécessitent l'utilisation d'une source importante de chaleur. Elles permettront de faire le lien avec la métallurgie et la fonte du minerai que l'on trouve à l'état solide dans la nature. Expérience : On demande aux enfants d'imaginer ce qui va se passer si on chauffe à haute température un morceau de métal (plomb, étain). Ils imagineront que le métal va fondre et que donc la pièce métallique va changer de forme lorsque le métal va se solidifier.

5 L'enseignant pourra également montrer le fonctionnement d'un fer à souder afin d'observer la fusion de l'étain et sa rapide solidification. En partant d'un fil d'étain, on obtiendra des gouttelettes d'étain liquide qui se solidifieront en quelques secondes. Le moulage Au cours de ces différentes expériences les enfants vont pouvoir : Construire des moulages en réalisant des empreintes d'objets. Fabriquer le moule d'un objet choisi. Effectuer un modelage qui permettra de produire un objet en série. Les empreintes d'objets Ces empreintes pourront êtres faites dans l'argile ou la pâte à modeler. Elles permettront ensuite le coulage de plâtre ou de paraffine. L'objet réalisé sera alors en relief mais incomplet. En sortie nature, les enfants pourront utiliser les empreintes d'animaux sauvages (sanglier, chevreuil) en y coulant du plâtre. Ils auront ainsi la forme du sabot à rapporter en classe.