Etapes   1 2 3 Pratiquer des démarches scientifiques Domaine du socle : 4  * *  * Concevoir, créer, réaliser S’approprier des outils et des méthodes Domaine du socle : 2 Pratiquer des langages Domaine du socle : 1 Mobiliser des outils numériques Adopter un comportement éthique et responsable Domaine du socle : 3 Se situer dans l’espace et dans le temps Domaine du socle : 5

Sixième parcours : De grands savants pour des unités Etape 1 : Une boussole qui perd le nord ? Exploiter les lois de l’électricité. Etape 2 : Pour construire un thermomètre, il faut un 0 degré, … Proposer et mettre en œuvre un protocole expérimental pour étudier un changement d’état. Etape 3 : …, et un 100 degré.

Etape 1 : Une boussole qui perd le nord ? Grâce à l’invention de la pile par Alessandro Volta en 1800, les chercheurs disposent désormais d’un générateur permettant d’obtenir un courant électrique de façon durable. En 1819, le physicien et chimiste Danois Hans Christian Oersted prépare une expérience lui permettant de montrer qu’un fil conducteur relié aux bornes d’une pile s’échauffe. Destinée à d’autres recherches, l’aiguille d’une boussole avait été déposée à proximité du fil, parallèlement à celui-ci. Etape 1 : Une boussole qui perd le nord ? Volta Ørsted

A sa grande surprise, Oersted observe que lorsque le fil conducteur est branché aux bornes de la pile, l’aiguille de la boussole est déviée. Il remarque également que l’aiguille pivote dans le sens inverse si on intervertit les bornes de la pile. En 1820, le physicien français André-Marie Ampère recommence et interprète l’expérience d’Oersted. Selon lui, c’est le déplacement d’un « courant électrique » d’une borne à l’autre de la pile qui est la cause de la déviation de l’aiguille. Ampère

Suivant le sens de branchement de la pile, le courant dévie l’aiguille dans un sens ou dans l’autre. Ampère en déduit alors que le courant électrique a un sens. Il choisit arbitrairement un sens à ce courant électrique : « A l’extérieur du générateur, le courant circule, par convention, de la borne positive vers la borne négative du générateur. »

Questions 1. Quelle invention a permis à Oersted de réaliser son expérience ? 2. Quelle observation a surpris Oersted ? 3. Lorsqu’on intervertit les bornes de la pile, que fait l’aiguille aimantée ? 4. Qui a fixé arbitrairement le sens conventionnel du courant ?

5. Selon cette convention, dans quel sens le courant électrique circule-t-il dans un circuit électrique ? 6. Vérifiez à partir du matériel qu’il y a dans votre boîte d’électricité s’il existe des dipôles qui lorsqu’on intervertit les bornes de la pile, ont un comportement différent. Pour cela : - proposer le schéma du montage électrique à votre professeur.

- après son accord réalisez ce montage. - intervertissez les bornes de la pile. - rédigez sous votre schéma vos observations, (avant, puis après avoir interverti la pile). - rajouter sur votre schéma le sens conventionnel du courant électrique.

Suivre ce lien et faire les exercices des pages 6, 7 et 8. Exercice n°1 Suivre ce lien et faire les exercices des pages 6, 7 et 8.

Exercice n°2 Léa a schématisé ci-contre le circuit électrique d’un jouet à pile comportant un moteur et une diode : elle s’interroge sur l’utilité de la diode.

Fléchez le sens du courant dans le circuit (b) Le moteur peut-il fonctionner ? Expliquer. (c) Si on place le moteur avant la diode, va-t-il tourner plus vite ? Expliquer. (d) Que constaterait Léa si on inversait les branchements de la pile ? Expliquer. (e) Quelle est l’utilité de la diode dans le circuit de ce jouet ? Expliquer.

Etape 2 : Pour construire un thermomètre, il faut un 0 degré, … L'invention du thermoscope est habituellement attribuée à Galileo Galilei (1564-1642). Cet instrument rend compte des variations de la densité de l'air en fonction des changements de température. Au milieu du XVIIème siècle, l'Académie du Ciment développa le thermomètre à alcool. Mais ceux-ci n'étant pas gradués de façon uniforme, il était impossible de rendre compte précisément des températures. Galilée

Au cours du XVIIIème siècle, le mercure entra dans la fabrication des thermomètres, et de nombreuses autres échelles furent proposées. La division centésimale apparaît en 1741, avec le physicien Anders Celsius, qui construit un thermomètre à mercure marquant à 0 °C le point d'ébullition de l'eau, et à 100 °C son point de congélation. Celsius

Les températures de la glace fondue (point « grand gelée ») et de l'eau bouillante (point « grand chaud ») furent choisies comme les températures de référence sur les échelles de graduation. C'est Carl von Linné qui inverse la graduation en 1745, le degré 0 marquant dès lors le point de congélation. Linné

Le degré Fahrenheit, qu'utilisent notamment les États-Unis, est une autre unité de mesure, héritée du physicien allemand Daniel Gabriel Fahrenheit, chez qui le 0 correspond à la température la plus basse qu'il ait relevée chez lui, à Dantzig, durant l'hiver 1709 (- 32 °C). Fahrenheit

Questions 1. Construisez une frise chronologique présentant les différents fluides (liquide ou gaz) utilisés dans la fabrication du thermomètre. 2. Coloriez en vert la partie de votre frise correspondant à l’époque où la division centésimale n’était pas encore utilisée. En bleu, celle où elle est utilisée, mais inversée par rapport à l’échelle moderne. Puis enfin en jaune l’époque correspondante à l’échelle centésimale moderne.

3. Complétez avec les noms des savants. 4. Agrémentez votre frise de dessins ou d’images. Barème de l’évaluation de la frise Organisation de l’espace, aéré et agréable à regarder 1 Respect des consignes des questions 1, 2, 3 et 4 4 Présence d’un titre Images référencées au dos

5. Pourquoi est-il plus intéressant de choisir comme points de repère ceux de Celsius plutôt que ceux de Fahrenheit ? Les points de repère choisis par Celsius sont reproductibles, alors que la température la plus basse relevée à Dantzig durant l'hiver 1709 ne l’est pas.

6. Sur la paillasse du professeur, vous trouverez un thermomètre dont les graduations ont été effacées. Proposez un protocole expérimental pour reconstruire l’échelle des températures d’Anders Celsius. Il faut pour reconstruire l’échelle effacée, positionner les points 0°C et 100°C. Pour cela, placer le thermomètre dans de la glace fondante, puis dans de l’eau bouillante. Enfin graduer régulièrement de 0 à 100°C.

Exercice n°3 Suivez ce lien. Grandeurs, unités, instruments de mesure.

Exercice n°2 1. A combien de degrés Celsius correspond une graduation ? 2. Quelle est alors la température indiquée par le thermomètre ?

Exercice n°4 1. A combien de degrés Celsius correspond une graduation ? 2. Quelle est alors la température indiquée par le thermomètre ?

Exercice n°4 1. A combien de degrés Celsius correspond une graduation ? 2. Quelle est alors la température indiquée par le thermomètre ?

Exercice n°4 1. A combien de degrés Celsius correspond une graduation ? 2. Quelle est alors la température indiquée par le thermomètre ?

Exercice n°4 1. A combien de degrés Celsius correspond une graduation ? 2. Quelle est alors la température indiquée par le thermomètre ?

Réalisation de la fusion de la glace. Problématique Comment évolue la température de l’eau pure au cours de sa fusion? Hypothèse Je pense que la température de l’eau pure au cours de sa fusion reste constante car ce phénomène est utilisé pour fixer le zéro degré Celsius.

Matériel

Protocole Plonger le tube contenant la glace pilée dans l'eau tiède. Plonger la sonde thermométrique dans le tube contenant la glace d'eau pure. Activer le chronomètre et le thermomètre. Relever la température toutes les minutes.

Expérimentation Observation

Conclusion 1 A 0°C, la glace fond et la température, mesurée avec un thermomètre, reste constante pendant toute la durée du changement d’état. La courbe d’évolution de la température au cours du temps présente un palier. Quand la glace a totalement fondue, la température augmente à nouveau.

Conclusion 2 Lors du changement d’état d’un corps pur, sa température reste constante. La température de fusion ou de solidification de l’eau pure est de 0°C.

Confrontation avec les hypothèses de départ La réalisation d’une échelle pour le thermomètre exige deux références universelles, et facilement réalisables. La température de fusion de l’eau pure a été choisie comme étant le zéro degré Celsius.

Etape 3 : …, et un 100 degré. Réalisation de la vaporisation de l’eau pure Problématique Comment évolue la température de l’eau pure au cours de sa vaporisation?

Hypothèse Je pense que la température de l’eau pure au cours de sa vaporisation reste constante car ce phénomène est utilisé pour fixer le cent degré Celsius, et ainsi construire l’échelle.

Matériel

Protocole Placer le ballon d'eau pure sur le chauffe-ballon. Plonger la sonde thermométrique dans l'eau du ballon. Activer le chronomètre et le thermomètre. Relever la température toutes les minutes.

Expérimentation Observation

Confrontation avec les hypothèses de départ La réalisation d’une échelle pour le thermomètre exige deux références universelles, et facilement réalisables. La température d’ébullition de l’eau pure a été choisie comme étant le 100 degré Celsius.

Conclusion 1 A 100 °C, l’eau bout et la température, mesurée avec un thermomètre, reste constante pendant toute la durée du changement d’état. La courbe d’évolution de la température au cours du temps présente un palier.

Conclusion 2 Lors du changement d’état d’un corps pur, sa température reste constante. La température de vaporisation ou de liquéfaction de l’eau pure est de 100°C.

Exercice n°5 Parmi ces graphiques, quel est celui qui correspond à : a) la vaporisation de l’eau salée ? b) la condensation de l’eau pure ? c) la vaporisation de l’éthanol pur (alcool) ? d) la vaporisation de l’eau pure ?

Exercice n°6 a- Pendant combien de temps l’eau est entièrement à l’état solide? b- Combien de temps dure le changement d’état? c- Au bout de combien de temps n’y a-t-il plus du tout d’eau à l’état solide?