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
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
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.
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
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
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