PROJET ECOLE-METEO : La température - Les changements d état de la matière Intervention ASTEP. Récapitulatif des séances

Transcription

1 PROJET ECOLE-METEO : La température - Les changements d état de la matière Intervention ASTEP Récapitulatif des séances 1 ère séance : Quels sont les états de la matière? Classement d images. (Observation par les étudiants ASTEP, Noélie Dumoulin et Clément Montmartin) Préparation de la 2 ème séance. 2 ème séance : Etude de l évaporation è effet de la chaleur et de la surface d exposition. (en partenariat avec les étudiants) 3 ème séance : La fusion è évolution de la température lorsqu on chauffe de la glace. La liquéfaction è Comment peut-on l observer? (en partenariat avec les étudiants) 4 ème séance : Relier des phénomènes climatiques avec les notions apprises. Le cycle de l eau. (en partenariat avec les étudiants) 1 ère séance : Les états de la matière Objectifs : Matériel : Différencier les états solide, liquide et gazeux. Définir quelques propriétés des états solide, liquide et gazeux. Quelques images à photocopier. Déroulement : - L enseignant écrit le titre au tableau : «Les états de la matière» - L enseignant présente des photos aux élèves et propose aux groupes (5 groupes de 5) de les trier en 3 catégories sans leur donner le nom des catégories. mur glaçon yaourt feu eau intérieur des ballons vinaigre métal huile vent intérieur de la bouteille tronc gomme vapeur du fer sable - Mise en commun et débat sur la classification retenue et en expliquant les critères. (affichage au tableau avec la solution définitive). 1

2 - Etablissement des caractéristiques de chaque état. Par exemple : Solide Liquide Gaz C est dur. Ça coule. Ça vole. On peut le prendre en main. On peut le casser ou le déchirer. Si on tape dedans, on ne le traverse pas. C est mouillé. On ne peut pas le garder en main. Il peut se boire même si ce n est pas bon. On ne peut pas l a8raper avec les mains. - Question : Connaissez vous un élément qui peut se trouver sous les 3 formes? è Eau liquide Préciser qu on travaillera les flèches solide gaz en rouge au cours des prochaines séances. - Trace écrite Les états de la matière Chaque élève colle dans 3 colonnes les dessins individuels. On peut classer la matière en 3 catégories : solide, liquide et gaz. Chaque état possède des caractéristiques : Copier tableau ci-dessus - Préparer la 2 ème séance sur l évaporation : disposer des pots et des plateaux d eau sur 1 radiateur, dans 1 placard, dehors (rebord de fenêtre) et sur un bureau de la classe. 2 ème séance : La vitesse d évaporation Objectifs : Comprendre l influence de la chaleur et de la surface d exposition des liquides sur la vitesse d évaporation. Matériel : 5 bouteilles compte-gouttes 5 thermomètres 5 chronomètres du papier journal 10 assiettes en plastiques 2

3 Déroulement : - L enseignant refait le schéma des 3 états au tableau : liquide solide gaz On va étudier aujourd hui la flèche rouge soit le passage de l état liquide à l état gazeux. Qui connaît son nom? Si les élèves ne trouvent pas, montrer les pots et plateaux d eau posés sur le radiateur (par ex) et demander ce qui s est passé. è EVAPORATION - L enseignant fait faire le bilan de ce qui s est passé pour les pots et plateaux d eau qu on avait disposés lors de la séance précédente. - L enseignant demande : Qu est-ce qui semble le plus important pour obtenir une évaporation rapide? è La chaleur. è L étendue de la surface de l eau. - Les étudiants proposent les expériences suivantes qui seront réalisées par 5 groupes de 5 : Expériences sur les effets de la chaleur Les élèves doivent mettre 10 gouttes d alcool dans 2 assiettes et les disposer l une sur une source de chaleur (radiateur) et l autre au froid (dehors ou en classe au sol ). Ils doivent chronométrer le temps d évaporation, mesurer la température du lieu de l expérience et noter leurs résultats sur une fiche prévue à cet effet. (Prévoir une fiche par élève pour qu il puisse la conserver en trace écrite dans son cahier : par exemple fiche 1 ci-dessous) Expériences sur les effets de la surface d exposition Les élèves humidifient 3 morceaux de papier journal (1 laissé à plat, 1 plié, 1 froissé). Ils doivent chronométrer le temps d évaporation pour chaque morceau de journal et notent leurs résultats sur une fiche prévue à cet effet. (Prévoir une fiche par élève pour qu il puisse la conserver en trace écrite dans son cahier : par exemple fiche 2 ci-dessous) Lors des expériences, chaque étudiant gère 2 groupes. L enseignant gère un groupe, prend des photos et supervise l ensemble des groupes. Mise en commun et débat Les étudiants animent la mise en commun de manière à tirer des conclusions : la chaleur et une plus grande surface d exposition provoquent une évaporation plus rapide. Faire trouver des exemples concrets : linge mouillé en tas, étendu, étendu au soleil / parapluie ouvert ou fermé 3

4 - Trace écrite : Celle-ci sera gérée par l enseignant comme cela si le temps manque il pourra le faire ultérieurement sans que les étudiants aient besoin d être présents. Passage de l état liquide à l état gazeux : EVAPORATION Chaque élève colle les résultats d expériences de son groupe. Avec ces expériences nous avons montré que pour qu un liquide s évapore plus vite, il faut lui apporter de a chaleur et faire en sorte que sa surface soit la plus étendue possible. C est pourquoi nous faisons sécher notre linge étendu et non pas en tas. De préférence au soleil plutôt qu à l ombre. Fiche 1 Vous avez 2 assiettes, une bouteille d alcool compte-gouttes, un chronomètre et un thermomètre. - Mettez 10 gouttes dans chaque assiette. - Placez-les à 2 endroits différents (radiateur, au sol, dehors ) - Mesurez la température du lieu choisi. - Chronométrez le temps de l évaporation et indiquez ci-dessous vos résultats. Endroit choisi Température Temps d évaporation Assiette 1 Assiette 2 Quelles conclusions peut-on en tirer?. Fiche 2 Vous avez 3 morceaux de papier journal, une bouteille d alcool compte-gouttes et un chronomètre. - Mettez 10 gouttes sur chaque morceau. - Laisse un morceau à plat, plies-en un en 2 et froisse le 3 ème morceau en boule. - Mets-les à sécher au même endroit. - Chronométrez le temps de l évaporation et indiquez ci-dessous vos résultats. Temps d évaporation Morceau plat Morceau plié Morceau en boule Quelles conclusions peut-on en tirer? 4.

5 3 ème séance : La fusion, évolution de la température et la liquéfaction. Objectifs : Approcher la fusion en mesurant la température de glaçons qui fondent. Observer le phénomène de liquéfaction et appréhender la notion de réversibilité des changements d état de l eau. Matériel : 3 glaçons 5 canettes 1 thermomètre de l eau glacée pour 5 groupes 1 sac de congélation de l eau glacée colorée pour 5 groupes 1 verre en plastique de l eau chaude 5 loupes Déroulement : - L enseignant refait le schéma des 3 états au tableau : liquide solide gaz On va étudier aujourd hui les 2 flèches rouges soit le passage de l état gazeux à l état liquide et le passage de l état solide à l état liquide. Qui connaît leur nom? Si les élèves ne trouvent pas, leur dire : LIQUEFACTION et FUSION. - Les étudiants proposent les expériences suivantes : Expérience collective sur l évolution de la température quand la glace fond. Avant de présenter l expérience aux élèves, leur faire prédire l évolution de la température pendant la fonte de glace pilée mise dans de l eau. Mesurer la température d un gobelet rempli au 1/3 d eau. Mettre 3 glaçons dans un sac de congélation et les piler. Ajouter la glace pilée dans le gobelet. Placer le gobelet sur un radiateur. Relever la température toutes les 10 minutes, la reporter dans un tableau collectif affiché au tableau et qui servira à construire un graphique. (Tableau à 3 colonnes : Temps, Température, Transformation de la glace pilée) Bilan collectif en fin de séance, après la 2 ème expérience sur la liquéfaction et à la fin des relevés de température. Faire émettre des hypothèses. - Que fait la température de l eau avec la glace pilée? Lorsqu il n y a plus de glace pilée? Est-ce ce que vous aviez prévu? Pourquoi la chaleur n augmente pas la température de l eau tant qu il y a de la glace dedans? A quel moment la température commence-t-elle à s élever? - Donner une explication scientifique : Au cours d un changement d état, la température reste la même. Par exemple, la température de la glace reste à 0 C tant que toute la glace n a pas fondu. En effet, tant qu il reste de la glace, l énergie apportée par la chaleur est utilisée pour passer de l état solide à l état liquide. Ce n est qu une fois le changement d état terminé que l énergie de la chaleur permet l augmentation de la température de tout le liquide. 5

6 Expérience par groupe sur l observation du phénomène de liquéfaction. - Remplir la canette d eau glacée non colorée. Que se passe-t-il au bout de 3 ou 4 minutes? - Remplir la canette d eau glacée colorée. Que se passe-t-il au bout de 3 ou 4 minutes? - Remplir la canette d eau à température ambiante. Que se passe-t-il? - Remplir la canette d eau chaude. Que se passe-t-il? Les élèves remplissent une fiche d observation individuelle pour pouvoir la conserver comme trace écrite. (Voir fiche 1) Bilan collectif : Faire formuler des hypothèses : D où sortent les gouttes d eau que l on voit apparaître sur les canettes à certains moments? Donner l explication scientifique : L eau à l extérieur des canettes vient de l air dans lequel il y a de l eau (vapeur d eau = gaz). L eau ne traverse pas la canette. La liquéfaction est le processus inverse de l évaporation c est pourquoi les gouttes d eau n apparaissent que lorsque qu il y a de l eau froide. L évaporation est un processus qui prend de la chaleur. La condensation est un processus qui donne de la chaleur.@ Fiche 1 Dans une canette, tu vas mettre de l eau et observer ce qui se passe au bout de 2 à 3 minutes. 1) Canette + eau froide non colorée è Que se passe-t-il au bout de 3 ou 4 minutes? 2) Canette + eau froide colorée è Que se passe-t-il au bout de 3 ou 4 minutes? 3) Canette + eau à température ambiante è Que se passe-t-il au bout de 3 ou 4 minutes? 4) Canette + eau chaude è Que se passe-t-il au bout de 3 ou 4 minutes? Qu en penses-tu? 6

7 - Trace écrite : Celle-ci sera gérée par l enseignant comme cela si le temps manque il pourra le faire ultérieurement sans que les étudiants aient besoin d être présents. Passage de l état gazeux à l état liquide : LIQUEFACTION ou CONDENSATION Chaque élève colle les résultats d expériences de son groupe. La condensation est la transformation de la vapeur d eau (gaz) en buée (liquide). C est donc le passage de l état gazeux à l état liquide. C est le contraire de l évaporation. D après nos expériences, il faut apporter une source froide. Passage de l état solide à l état liquide : FUSION On réalise un graphique à partir des relevés de température collectifs. La fusion, c est le passage de l état solide à l état liquide. La température de la glace reste à 0 C tant que toute la glace n a pas fondu. Tant qu il reste de la glace, l énergie apportée par la chaleur est utilisée pour passer de l état solide à l état liquide. Ce n est qu une fois le changement d état terminé que l énergie de la chaleur permet l augmentation de la température de tout le liquide. Température (en degrés C) Temps ( en minutes) 7

8 4 ème séance : Les changements d état et la météo Objectifs : Repérer les changements d état qui existent au niveau du climat. Comprendre le cycle de l eau. Matériel : photocopies de bulletins météo de 5 journées pas forcément consécutives (prévoir pluie, soleil, neige et le taux d humidité doit être présent) Déroulement : - L enseignant explique que l on va mettre en relation ce qu on a appris sur les changements d état et le projet sur la météo et l étude de la température. - Les étudiants proposent d analyser 5 bulletins météo par groupe : Préciser ce que signifie «Taux d humidité» : quantité de vapeur d eau présente dans l air. Les groupes remplissent une fiche (cf fiche 1 ci-dessous) : chaque élève en remplit une afin de l avoir comme trace écrite. Faire le bilan collectif. Proposer d élaborer par groupe le cycle de l eau à l aide d un document (cf fiche 2 ci-dessous) Bilan collectif. - Trace écrite : Celle-ci sera gérée par l enseignant comme cela si le temps manque il pourra le faire ultérieurement sans que les étudiants aient besoin d être présents. Relation entre changements d état et la météo Chaque élève colle les résultats d expériences de son groupe. (fiche 1) et son cycle de l eau (fiche 2) et coller fiche 3 (cf ci-dessous) 8

9 Fiche 1 Quel temps fait-il? Localisation : Dans le tableau, note les températures : Jour 1 Température Je décris le temps qu il fait. A quel changement d état cela me fait-il penser? Jour 2 Jour 3 Jour 4 Jour 5 Fiche 2 Consigne : Replace les numéros dans le texte. Colorie en bleu l eau sous toutes ses formes sur le schéma. 9

10 Fiche 3 10