Expérience 1 : Compression d une canette

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1 Expériences visant à montrer les effets de la pression : Expérience 1 : Compression d une canette Objectifs de l expérience: - Présenter le phénomène des pressions. - Ses implications. Matériel Requis : - Canette en aluminium - Plaque électrique chauffante (plus pratique) - Gant ignifugé - Balance précise (ou cuillère à café) - Un gros récipient rempli d eau froide.

2 Mode opératoire : Il faut prendre une cannette vide de boisson en aluminium. On introduit ensuite par le petit orifice 15 ml d'eau (soit une cuillère à café). Il faut ensuite chauffer cette canette pour faire bouillir l'eau (en la posant par exemple sur une plaque chauffante). Dès que l'eau bout, un nuage de vapeur va se dégager de l'orifice de la canette. Laisser alors la vapeur se dégager encore 30 secondes. En utilisant des gants ignifugés pour ne pas se brûler, saisir la canette, la retourner (l'orifice vers le bas) puis la plonger très rapidement dans une grande cuve pleine d'eau froide. La canette va s'écraser alors instantanément. Explication des phénomènes intervenant dans l expérience: 1) Transformation de l eau liquide en vapeur d eau. L eau liquide va entrer en ébullition et se transformer en vapeur d eau. La vapeur d'eau occupera - Plus - Moins d espace que l eau liquide. Notion de masse volumique et volume massique : 1 litre d'eau (soit 1 kg) occupe un volume de 10x10x10cm. 1 kg de vapeur d'eau occupe un volume de 1,19x1,19x1,19m (soit 1673 fois plus). Pour remplir la canette de 33 cl, il faut combien d eau liquide au départ? Vapeur d eau eau liquide 33 cl 0.33 l m x g d eau 0.2 g Kg 0.02 cl Il faudrait donc que 0.2 ml d eau liquide se transforme en vapeur d eau pour remplir toute la canette. Avec 15 ml, nous aurons largement assez d eau pour réussir l expérience. 2

3 Texte à compléter: Nous allons chauffer la canette. Lorsque atteint les 100 C, celle-ci entre en et se transforme en qui va ainsi l'air de la canette. Après avoir attendu suffisamment longtemps, il ne reste plus dans la canette mais uniquement de la vapeur d'eau. De la vapeur d'eau qui pèse donc g d'eau et qui correspond à ml d'eau liquide. 2) Canette plongée dans l eau froide Avec le brutal refroidissement, la vapeur d eau contenue dans la canette va donc se retransformée en. On a donc une canette remplie uniquement avec quelques ml d'eau liquide, le reste étant. Pour occuper cet espace, il n'y a qu'une seule possibilité, c'est l'eau de la cuve qui va être aspirée dans la canette. Mais c'est sans compter sur la pression de l'eau de la cuve. 3) Explication de la pression Pourquoi la canette s est elle écrasée? Regardons ce qu il se passe au niveau des parois de la canette : Cas n 1 avec une canette remplie d'eau. De l'eau 3

4 Cas n 2 avec une canette remplie d'air. De l'air La pression de l'eau ne suffit pas à comprimer l'air et donc à écraser la canette. Cas n 3 avec notre canette: Du vide (et un tout petit peu d'eau) Intérieur Au début de l expérience : Air (et un peu d eau) Pendant l ébullition : Vapeur d eau (et un peu d eau) Dans l eau froide : Vide (et un peu d eau) Extérieur Air Air Eau On constate que la canette n est pas totalement écrasée car les parois supérieures et inférieures sont plus épaisses et parce que de l eau a été aspirée par le vide provoqué lors du refroidissement. 4

5 Conclusion : Qu arriverait-il si l on aspirait l air de la canette sans la plonger dans l eau? Du vide De l air On aurait du vide à l intérieur et de l air à l extérieur. La canette s écraserait aussi car l air exerce également une pression sur toutes les surfaces. Il n y que dans que la canette pourrait avoir du vide à l intérieur. Ou alors il faudrait que les parois soient beaucoup plus. Le phénomène que nous avons observé avec la canette est le principal problème dans l'exploration du fond des mers car il faut savoir que la pression augmente avec la profondeur. Donc un sous marin, rempli d'air, ne pourra pas résister à la pression de l'eau au-delà d'une certaine profondeur. Au fond de la fosse des Mariannes, la pression atteint 1050 fois la pression de l eau à la surface. 5