Activité 6 − Zéro un jour, zéro toujours ?

Mise en situation

• Quelles questions te poses-tu à propos de la situation ? • Émets une hypothèse. • Y a-t-il des indices susceptibles d’influencer la situation envisagée ? Si oui, lesquels ? Editions VAN IN

ENIGMA 2 © Éditions Van In, 2020

Énigme

• Formule une énigme à résoudre.

Investigation

Grâce aux expériences proposées, déterminons comment a été fi xé l’étalonnage de nos thermomètres.

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Expérience 1 – Les paliers

• Verse de la glace pilée obtenue à partir d’eau déminéralisée dans un tube à essais. • Placer le tube à essais dans un bécher et mesure la masse totale : m1 = ….............. kg. • Mets un thermomètre dans la glace pilée. • Plonge le tout dans un second bécher contenant de l’eau tiède. • Relève la température toutes les minutes et note-la dans le tableau ci-dessous. Temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Température (°C) • À la fi n de l’expérience, mesure à nouveau la masse totale du tube à essais, de son contenant et du premier bécher : m2 = ….............. kg. thermomètre eautiède glacepilée Température (°C) • À la fi n de l’expérience, mesure à nouveau la masse totale du tube à essais, de son contenant Editions VAN IN 1. Que constates-tu ?

2. Construis le diagramme linéaire de l’évolution de la température en fonction du temps.

Température (°C) 0 1 –2 –4 –6 –8 –10 –12 Temps (min) 1 2 3 4 5 6 7 8

3. Analyse le graphique.

La température est constante durant tout le changement d’état ; cela se traduit par un « palier » (segment de droite horizontal) sur le graphique. Le suédois Anders Celsius (1701-1744) est un des premiers inventeurs d’une échelle de température.

4. Comment appelle-t-on ce changement d’état ?

5. Ce changement d’état a-t-il lieu grâce à un apport ou un dégagement de chaleur ?

Celsius a choisi comme « zéro » la température de fusion de l’eau pure.

6. À quoi a servi l’énergie thermique fournie avant le palier ?

7. À quoi a servi l’énergie thermique fournie pendant le changement d’état au moment du palier ?

8. À quoi a servi l’énergie thermique fournie après le palier ?

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Expérience 2 – À toi de jouer !

• Conçois une procédure expérimentale pour repérer un autre palier lié à un autre changement d’état de l’eau. • Rédige un rapport d’expérience comprenant un tableau de résultats et un diagramme linéaire.

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1. Interprète le diagramme afi n de mettre en évidence la relation entre l’apport de chaleur et l’évolution de la température au niveau moléculaire.

étatliquide étatgazeux

2. Quelle valeur a choisi Celsius comme température de référence pour l’ébullition de l’eau ? L’ébullition est une vaporisation qui se produit au sein d’un liquide à une température précise. 3. Quel est le nom de ce changement d’état ? 4. Ce changement d’état se produit-il avec apport ou dégagement de chaleur ? Celsius a choisi comme référence thermométrique deux points facilement retrouvables comme la fusion de la glace et l’ébullition de l’eau. Le « 0 » a été choisi comme premier point fi xe lors de la fusion de la glace et le « 100 » comme second point fi xe pour l’ébullition de l’eau. Par la suite, l’intervalle 0 – 100 a été divisé en parties égales, c’est pourquoi on parle de degrés centigrades.Editions VAN IN

R OGR A MM E S P Et aux États-Unis ?

HOR

DOC +

Le polonais Daniel Fahrenheit (1686-1736) utilise d’abord, pour son thermomètre, un mélange de chlorure d’ammonium et d’eau. Le zéro correspondait à la température de fusion du mélange et le point 100 à la température du corps d’un cheval. Il remplacera ce mélange par de l’alcool et, à partir de 1715, par du mercure. À pression atmosphérique normale, il observe que la glace fond à 32 ° de son échelle, et que l’eau bout à 212 ° de son échelle. Cette échelle est utilisée aux États-Unis.

• Confronte ton hypothèse aux résultats de ton investigation.

Résolution de l’énigme

• Recopie l’énigme et réponds-y à partir de l’investigation.

Va à l’essentiel L’ a comme « 0 » la température de fusion de la glace et comme « 100 » la température d’ébullition de l’eau, au niveau de la mer, à la pression atmosphérique normale. Un changement d’état est le passage d’un état physique à un autre à la suite d’une ou une de l’énergie thermique. Applications Editions VAN IN 1. Quelle est la température donnée par chacun des thermomètres ?

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5°C -13°C 14°C 1°C -4°C 22°C

2. Réponds à la question après avoir lu le texte suivant.

Les thermomètres à liquide ont des domaines d’utilisation qui dépendent de la température de fusion et d’ébullition du liquide contenu dans le tube. Les liquides habituellement utilisés dans la construction des thermomètres étaient :

mercure

alcool alcool Liquide Domaine d’utilisation (°C)

–38 à 350

–80 à 100 –80 à 100

Les thermomètres à thermocouples sont des circuits composés de fi ls de deux métaux diff érents soudés l’un à l’autre. Lorsque l’on met les deux bouts de fi l à des températures diff érentes, on obtient une diff érence de tension électrique en volts entre les extrémités des fi ls, qui détermine la température. Ils peuvent mesurer des températures entre –269 °C et 2 300 °C. Sachant que les écarts de température sur Mars sont, aux Pôles, de –133 °C à 15 °C, et ailleurs sur la planète de –70 °C à 20 °C, quel type de thermomètre les astronautes devront-ils utiliser ? Justifi e.Editions VAN IN