cahier TE ENRICHISSEMENT avril 2013 CORRIGÉ
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Nom : ___________________________________________ groupe : ________ Science et technologie sec.2 Univers Terre et Espace - Les phénomènes terrestres ENRICHISSEMENT Notes de cours et activités préparatoires aux évaluations © avril 2013, Guillaume Alain, École secondaire de la Rive Note aux parents et aux élèves : Pour réussir ses différentes épreuves en sciences, l’élève devra au fil de la troisième étape, remplir minutieusement toutes les pages de ce cahier, en plus d’avoir réalisé en classe toutes les activités qui y sont proposées. De plus, l’élève est responsable de son cahier et doit le conserver en bon état toute l’année. S’il advenait que ce cahier soit perdu, déchiré ou inutilisable, l’élève devra s’en procurer un nouveau auprès de son enseignant au coût de 2 $. Table des matières Sujet 1 : Le vent et les courants de convection…………………….p.2 Sujet 2 : La pression atmosphérique………………………………...p.8 Sujet 3 : La transmission de la chaleur……………………………. p.15 Sujet 4 : La dilatation thermique……………………………………..p.25 Sujet 5 : L’énergie solaire, l’effet de corps noir, l’effet de serre….p.36 1 Sujet 1 : Le vent et Les courants de convection A) Lecture Lis attentivement les pages 47 à 55 dans le volume Éléments de sciences physiques (Ces volumes sont rangés près du poste 13 dans la classe). B) Démonstration sur la convection. Exécute la démonstration ci-dessous (p.50 Éléments de sciences physiques) (répondre à la page suivante) 2 Analyse : a) Décris les mouvements de la fumée pendant le chauffage. _____________________________________________________________ La fumée descend dans la cheminée de gauche pour ensuite remonter dans la _____________________________________________________________ cheminée de droite. Elle suit l’air chaud qui monte dans la cheminée de droite _____________________________________________________________ au dessus de la chandelle, et qui est remplacé par de l’air plus froid qui _____________________________________________________________ descend par la cheminée de gauche. b) Sur le schéma ci-dessous, illustre à l’aide de flèches les mouvements de l’air froid et de l’air chaud que suit la fumée. Inscris également au bon endroit les expressions suivantes : air chaud qui monte, air froid qui descend, zone de haute pression, zone de basse pression, vent. Air froid qui descend Air chaud qui monte VENT Basse pression Haute pression c) Que se passe-t-il si on éteint la chandelle? Observe-tu toujours les mouvements de l’air? Explique. _____________________________________________________________ La fumée ne bouge plus, car le mouvement de convection est stoppé. Un _____________________________________________________________ courant de convection n’existe que s’il y a un réchauffement inégal dans un _____________________________________________________________ endroit donné. _____________________________________________________________ 3 C) Étude du vent et des courants de convection (p. 47 à 55 : Éléments de sciences physiques) Complète les énoncés 1 à 9 ci-dessous en utilisant les mots ou expressions de la liste suivante. Certains mots ou expressions peuvent revenir plus d’une fois. convection, réchauffer, réchauffement, brise de mer, froid, chaud, mer, remplacé, augmenter, monte, monter, rivage, vent, inégal, s’élève, jour, masse volumique, haute, haute pression, zone de haute pression, basse, basse pression, zone de basse pression, faible, descend, élevée, chaud, nuit. monte 1. L’air chaud a)______________ en altitude, car sa faible masse volumique b)_________________________ est plus c)______________ que celle de froid l’air d)__________. descend 2. L’air froid a)___________________ au sol, car sa masse volumique est plus élevée b)________________ que celle de l’air chaud. zone de basse pression 3. Une a)________ __ __________ ________________, ou dépression, se chaud s’élève forme au sol lorsque l’air b)_____________ c)_____________________ au dessus d’une région. augmenter froid 4. Une poussée d’air a)___________ sur une région fait b)_______________ la zone de pression atmosphérique. Il se crée alors une c)__________ ___ basse pression basse _____________ ________________, ou anticyclone. monte 5. Le déplacement d’air généré par de l’air chaud qui a)_____________ et qui remplacé descend est b)_____________________ par de l’air froid qui c)________________, convection est appelé un courant de d)___________________________. Illustre ce phénomène dans l’encadré ci-dessous en ajoutant sur ton dessin les mots : air chaud, air froid, haute pression, basse pression, vent. Indique par des flèches le sens de l’écoulement de l’air près du sol. Air froid qui descend Air chaud qui monte Haute pression Vent 4 Basse pression vent 6. Le a)_________ est le déplacement horizontal de l’air qui souffle d’une zone basse haute pression de b)_____________ _____________ vers une zone de c)_____________ pression pression ________________. réchauffement inégal 7. Le vent est causé par le a)____________________ b)________________ de la surface de la Terre. D) Exemples de vents locaux : 8. La brise de mer chaud que jour Durant le a)__________ au bord de la mer, le sol est plus b)________ réchauffer l’océan. L’air au dessus du sol va donc se c)_________________ et il va basse s’élever d)________________ en altitude, créant au sol une zone de e)___________ monte pression f)___________. Cet air chaud qui g)_______________ est remplacépression par de l’air haute froid plus h)___________ qui descend sur l’océan (zone de i)____________ pression ______________). Comme l’air se déplace toujours d’une zone de haute basse j)______________ pression vers une zone de k)____________ pression, le mer pression pression rivage vent soufflera donc de la l)________ vers le m)__________ durant la journée. pression pression C’est ce qu’on appelle une n)____________ ___ brise de _________. mer Illustre ce phénomène dans l’encadré ci-dessous en ajoutant sur ton dessin les mots : air chaud, air froid, haute pression, basse pression. Indique par des flèches le sens de l’écoulement de l’air. Air froid qui descend Air chaud qui monte VENT mer Basse pression terre 5 9. La brise de terre. nuit À l’inverse durant la a)_________, l’eau de l’océan conserve beaucoup plus de réchauffer chaleur que le sol. L’air au dessus de la mer va donc se b)_________________ basse s’élever et il va c)________________ en altitude, créant une zone de d)___________ pression pression monte e)____________. Cet air chaud qui f)_______________ est remplacé par de pression pression froid l’air plus g)___________ qui descend sur le sol du rivage. Cet air plus frais qui pression pousse sur le sol en descendant, pression i)_____________. Comme l’air haute formera une zone de h)____________ se déplace toujours d’une zone de pression haute basse j)______________ pression vers une zone de k)____________ pression, le pression mer terre vers la m)__________ vent soufflera donc de la l)________ durant la nuit. C’est pression pression ce qu’on appelle une n)____________ ___ brise de _________. terre Illustre ce phénomène dans l’encadré ci-dessous en ajoutant sur ton dessin les mots : air chaud, air froid, haute pression, basse pression. Indique par des flèches le sens de l’écoulement de l’air. Air froid qui descend Air chaud qui monte Basse pression mer VENT Haute pression terre 6 E) La force et la direction du vent. 1. À quoi sert une girouette? À indiquer d’où vient le vent. _____________________________________________________________ 2. Construisez une girouette avec une paille(ce sera l’axe qui supportera votre girouette), du carton, des bâtons d’artisanat et du ruban adhésif. Faites-en l’essai à l’aide d’un ventilateur et d’une plaque cloutée. Expliquez son fonctionnement. 3. Avec quoi mesure-t-on la vitesse du vent Avec un anémomètre _____________________________________________________________ 4. Qu’est ce que l’échelle de Beaufort? Quel type d’information peut-elle nous fournir? C’est un tableau qui classe les types de vents selon leur vitesse en leur _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ associant un descriptif visuel. 7 Sujet 2 : La pression atmosphérique A) Lecture Lis attentivement les pages 8 à 12 dans le volume Éléments de sciences physiques (Ces volumes sont rangés près du poste 13 dans la classe). B) Démonstration. Exécute la démonstration ci-dessous et réponds ensuite à l’analyse au bas de la page. Analyse : a) Est-ce uniquement le petit bout de papier brun qui empêchait l’eau de sortir de l’éprouvette? Explique : Non, c’est la pression atmosphérique qui poussait sur le papier. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ b) La pression atmosphérique agit-elle uniquement vers le bas? Explique. Non elle agit dans toutes les directions. Pour pousser sur le papier brun, _____________________________________________________________ la pression doit agir vers le haut. _____________________________________________________________ 8 C) Étude de la pression atmosphérique. Complète les énoncés ci-dessous en utilisant les mots ou expressions de la liste suivante. adaptées, 101,3 kPa, baromètre, directions, dictionnaires, pression atmosphérique, normale, êtres vivants, kilopascal, l’air, agit, pression L’air 1. La a)___________ b)_____________________ atmosphérique est la force qu’exerce c)_______ agit sur les surfaces qui l’entourent. La pression atmosphérique d)______dans toutes les directions e)________________________. baromètre 2. Le a)________________________ est l’appareil qui sert à mesurer la pression atmosphérique. kilopascal 3. La pression atmosphérique se mesure en a)_______________ (kPa) . 4. Une pression de 1 kPa correspond environ à la pression exercée par un dictionnaire déposé sur votre main. 5. Sur Terre, la pression a)_________________ normale au niveau de la mer est de 101,3 kPa C’est équivalent à une pile de 50 c)________________déposés b)________. sur dictionnaires votre main! C’est une pression énorme, mais comme tous les d)______ êtres vivants ____________ qui ont évolués sur la Terre, nos structures corporelles se sont e)_____________________ adaptées à la pression atmosphérique terrestre. 6. voici un tableau représentant différentes valeurs de pression ainsi qu’un exemple de leur ordre de grandeur. pression exemples 1 Pa ou 0,001 kPa la pression exercée par une mouche se tenant sur un timbre postal 1 kPa la pression exercée par un roman de poche déposé sur votre main. C’est aussi la pression atmosphérique sur Mars, 101 kPa La pression normale terrestre au niveau de la mer 500 kPa la pression dans une bouteille de Champagne. 900 kPa la pression atmosphérique sur Vénus 2000 kPa la pression exercée par une femme de 60 kg portant des talons aiguille. 100 000 kPa la pression au fond de la fosse des Mariannes, environ 10 km sous la surface de l'océan. 10 000 000 kPa la pression à laquelle le diamant se forme. 380 000 000 kPa la pression au centre de la terre. 530 000 000 000 kPa la pression à l'intérieur d'une bombe nucléaire. 9 D) Démonstration : «les hémisphères de Magdebourg» La démonstration qui suit, démontre bien l’intensité de la pression atmosphérique terrestre. 7. Lis le texte suivant (voir page 12 dans le volume Éléments de sciences physiques.) 8. À l’aide de la pompe à vide, fait le vide dans les petits hémisphères de plastique noir que ton enseignant te remet, afin de recréer la démonstration de Magdebourg. 9. Demande à deux personnes de séparer les deux hémisphères et réponds ensuite aux questions 10 à 12 à la page suivante. 10 10. Une fois qu’on a fait le vide d’air à l’intérieur des hémisphères, pourquoi est-il si difficile de les séparer? Complète la réponse. poussées Les deux hémisphères sont ___________________ l’une contre l’autre par la pression atmosphérique ______________ _______________________ (flèches bleues). Comme enlevé on a _______________ l’air dans les hémisphères, la pression qui s’exerçait intérieur de l’________________ est presque nulle(flèches rouges). Pour séparer les hémisphères, on doit donc combattre seul(flèches jaunes) l’énorme pression atmosphérique terrestre. 11. La figure ci-desous représente les hémisphères de Magdebourg . À l’aide de flèches, indique comment s’exerce la pression atmosphérique sur les hémisphères. Précise également la grandeur de la pression à l’intérieur des hémisphères. Pression atmosphérique 101,3 kPa Pression interne presque nulle ≈ 0 kPa 12. Comment peut-on arriver à séparer les deux hémisphères? réponse. Complète la entrer air En laissant _______________à nouveau l’_______ à l’intérieur des hémisphères. Une fois à l’intérieur, l’air pourra à nouveau grande exercer pression __________________ une ________________ aussi ____________ que la pression atmosphérique à l’extérieur. Observe attentivement les démonstrations sur la pression atmosphérique que ton enseignant va te présenter. Dans chaque cas, essaie d’expliquer ce qui se produit en te servant des concepts vus aux pages 8 à 11. 11 E) Démonstration : Le ballon dans la cloche. Problème : Qu’arrivera-t-il à un ballon de caoutchouc légèrement gonflé, si on le place sous une cloche de verre dans laquelle on fait le vide? Hypothèse (prévisions) : _________________________________________________________ Observations : (Réponds aux questions de la pages suivantes) figure 1. État initial (avant qu’on retire l’air de la cloche) figure 2. État final (on a retiré tout l’air de la cloche) 12 Analyse : a) Qu’y a-t-il dans la cloche au départ? Un ballon légèrement gonflé et de l’air autour. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ b) Que reste-t-il dans la cloche après avoir fait le vide? Un ballon gonflé d’air. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ c) Qu’arrive-t-il au ballon à mesure qu’on aspire l’air de la cloche? Le ballon grossit, car la pression autour de lui diminue. La pression de l’air dans le ballon ________________________________________________________________________ devient plus forte que la pression autour de lui, c’est pourquoi il grossit. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ d) Sur les figures 1 et 2 à la page précédente, représente à l’aide de flèches, la pression à l’intérieur et autour du ballon. e) Explique ce qui se produit lorsqu’on laisse pénétrer à nouveau de l’air dans la cloche. Il rapetisse, car à mesure que l’air reprend sa place autour du ballon, la pression autour ________________________________________________________________________ de lui redevient très forte. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 13 F) Le ballon-sonde Pour les questions 13 à 18, relis attentivement les pages 9 à 12 dans le volume Éléments de sciences physisques 13. Explique ce qu’est un ballon sonde. C’est un ballon gonflé d’hélium et muni d’une sonde qui recueille des _____________________________________________________________ données météorologiques à différentes altitudes. _____________________________________________________________ 14. Pourquoi un ballon sonde grossit-il lorsqu’il s’élève en altitude? Parce qu’en altitude, il y a moins d’air donc moins de pression. La _____________________________________________________________ pression autour du ballon(flèches bleues) devient beaucoup plus petite _____________________________________________________________ que la pression dans le ballon(flèches rouges), donc il grossit. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 15. Dans le tableau ci-contre, Illustre le ballon-sonde au sol et lorsqu’il est en haute altitude en indiquant par des flèches la pression qui s’exerce à l’intérieur et à l’extérieur du ballon. Dans chaque cas, précise par la grandeur des flèches, l’intensité de la pression agissant à l’intérieur et à l’extérieur du ballon. Ballon-sonde en altitude Ballon-sonde au sol 16. Pourquoi le ballon sonde éclate-t-il à la longue? À force de grossir à mesure qu’il monte, la membrane du ballon finit par _____________________________________________________________ éclater. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 14 Sujet 3 : La transmission de la chaleur A) Lecture Lire attentivement les pages 284 à 290 dans le volume Éléments de sciences physiques (Ces volumes sont rangés près du poste 13 dans la classe). B) Étude de la transmission de la chaleur . Complète les énoncés 1 à 8 ci-dessous en utilisant les mots ou expressions de la liste suivante. Directions, isolant, conduction, courants, montent, solides, chaleur, émet, bon conducteur, liquides, convection, ligne droite, descendent, gaz, rayonnement, matière, conducteurs, mal, transmet. conduction transmet 1. La chaleur se a)______________dans les solides par b)___________________. conducteurs de chaleur puisque tous les 2. Il y a de bons et de mauvais a)_________________ b)______________ ne conduisent pas la c)_______________ avec la même solides chaleur efficacité. 3. Un _______ bon __________________ conducteur conduit facilement la chaleur. isolant mal la 4. Un mauvais conducteur, aussi appelé a)______________, conduit b)_______ chaleur. 5. Les mouvements décrits par les particules dans les a)____________ et les liquides gaz b)________ chauffés s’appellent c)____________ courants de _____________________. convection 6. Dans les mouvements de convection, les particules chaudes montent a)______________alors que les particules froides b)____________________. descendent rayonnement 7. On donne le nom de a)_______________________au mode de propagation de la matière chaleur dans l’espace sans l’intermédiaire de la b)_______________. transmet 8. Tout corps chaud a)____________de la chaleur sous forme de rayonnement en directions b)_________ et dans toutes les c)___________________. ligne ______________ droite 15 C) Démonstration sur la conduction Problème : Les matériaux comme le cuivre, l’aluminium, le verre et le bois conduisent-ils tous la chaleur de la même façon? Hypothèses (prévisions) : ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ Matériel : 1 tige de cuivre 1 tige d’aluminium 1 tige de verre 1 tige de bois 1 plaque chauffante De la paraffine(cire à chandelle) Démarche à suivre : 1. Appliquer un peu de paraffine au bout de chaque tige. 2. Fixer de façon sécuritaire les quatre tiges sur une plaque chauffante tel qu’illustré ci-dessous. tiges Plaque chauffante Particules de paraffine incrustées sur l’extrémité des tiges 3. Allumer la plaque à intensité 4 et activer un chronomètre. 4. Noter le temps pris pour que les boules de paraffine fondent au bout de chaque tige. 16 Analyse des résultats : a) Dans cette expérience, qu’est-ce qui montre que la chaleur s’est déplacée? La paraffine au bout des tiges se met à fondre après quelques ___________________________________________________________ minutes. ___________________________________________________________ b) Quelle était la source de chaleur? La plaque chauffante ___________________________________________________________ c) Dans quelle direction la chaleur s’est-elle déplacée? De la plaque vers l’extrémité des tiges. ___________________________________________________________ d) Au bout de quelle tige, la paraffine a-t-elle fondu le plus rapidement? La tige de cuivre. ___________________________________________________________ e) Au bout de quelle tige, la paraffine a-t-elle fondu le plus lentement? La tige de verre. ___________________________________________________________ f) Que peut-on conclure en réponse à la question posée dans le problème? Non, certains matériaux conduisent mieux la chaleur que ___________________________________________________________ d’autres. Par exemple : l’aluminium conduit mieux que le ___________________________________________________________ verre, mais moins bien que le cuivre. 17 D) Démonstration sur la convection Exécute cette expérience et complète l’analyse à la page suivante. Répondre à la page suivante ! 18 Analyse : a) Dans cette expérience, qu’est-ce qui montre que la chaleur s’est déplacée? Le colorant qui parcourt le bécher de haut en bas et vice-versa. ___________________________________________________________ b) Quelle était la source de chaleur? La plaque chauffante. ___________________________________________________________ c) Dans quelle direction la chaleur s’est-elle déplacée? Vers le haut du bécher. ___________________________________________________________ d) Sur le schéma ci-dessous, représente ce qui s’est produit dans le bécher pendant l’expérience. glaçons Bécher Plaque chauffante e) Que peux-tu conclure en réponse à la question du problème? ___________________________________________________________ La chaleur peut utiliser les liquides ou les gaz pour se propager dans un endroit donné. C’est la convection! ___________________________________________________________ f) Nomme deux situations où un corps ou un objet est réchauffé par convection(forcée ou naturelle). Sécher des cheveux avec un séchoir. Se réchauffer les mains sous ___________________________________________________________ un jet d’eau chaude. L’air d’une pièce qui est chauffé par un poêle ___________________________________________________________ à bois. g) Nomme une situation où un corps ou un objet est refroidi par convection(forcée ou naturelle). ___________________________________________________________ En hiver, le refroidissement est accentué par le vent. Lorsqu’on plonge dans une piscine, on sent un refroidissement immédiat. En été, l’air poussé par un ventilateur peut nous rafraichir. 19 D) Démonstration sur le rayonnement Complète la démonstration suivante à l’aide du matériel fourni. Analyse : a) Qu’arrive-t-il au radiomètre lorsque tu l’exposes aux rayons solaires ou lorsque tu approches l’ampoule électrique allumée à proximité? Les pâles se mettent à tourner. ___________________________________________________________ b) Qu’as-tu senti lorsque tu as approché ta main de l’ampoule électrique? De la chaleur. ___________________________________________________________ c) La chaleur a-t-elle pu se transmettre par conduction dans ces deux cas? Explique. Non, il n’y avait aucun contact entre la lampe et ma main. La ___________________________________________________________ conduction se produit dans la matière solide. ___________________________________________________________ d) La chaleur a-t-elle pu se propagée par convection? Explique. Non, la chaleur n’a pas utilisé un courant d’air ou d’eau pour ___________________________________________________________ voyager entre la lampe et main. ___________________________________________________________ e) La chaleur a-t-elle besoin de matière pour voyager? Explique. La chaleur peut voyager dans le vide par rayonnement sans ___________________________________________________________ l’aide de la matière. ___________________________________________________________ 20 E) Lis et complète la capsule suivante Suite page suivante ⇒ 21 solides conducteurs isolants Liquides et gaz Vers le haut Par rayonnement transparents INFRAROUGES convection convection rayonnement conduction Rayonnement ou par radiation convection 22 F) Complète cette auto-évaluation à l’aide de tout ce que tu viens de voir à propos de la conduction, la convection et le rayonnement. conduction rayonnement convection conduction convection conduction rayonnement convection rayonnement Suite page suivante ⇒ 23 conducteur conducteur isolant isolant isolant isolant isolant isolant isolant conducteur isolant trois conduction convection rayonnement solides chaleur conducteurs isolants liquides convection monter descendre rayonnement transparents infrarouges 24 Sujet 4 : La dilatation thermique A) Lecture Lire attentivement les pages 315 à 326 dans le volume Éléments de sciences physiques (Ces volumes sont rangés près du poste 13 dans la classe). B) Étude de la dilatation. Complète les énoncés 1 à 7 ci-dessous en utilisant les mots ou expressions de la liste suivante. dilatation, dilatation thermique, élévation, contraction, longueur, non caractéristique, l’augmentation, élévation, diminution, varie, abaissement, caractéristique, nature, chauffe, même. 1. La dilatation a)_______________ est un des effets observables lorsqu’on thermique b)_____________une substance solide, liquide ou gazeuse. chauffe longueur 2. La dilatation linéaire est l’augmentation de la a)_________________ d’un élévation corps causée par une b)___________________ de température. contraction diminution 3. On appelle a)________________volumique la b)_______________ du volume d’un corps causée par un abaissement c)___________________de sa température. l’augmentation 4. La dilatation volumique est a)___________________ du volume d’un corps élévation causée par une b)___________________de sa température. dilatation thermique 5. La a)______________ _______________________ des solides et des varie liquides b)______________selon leur nature. Comme c’est une propriété unique à chaque substance(solide ou liquide), la dilatation thermique est caractéristique donc une propriété c)______________________________. même 6. La dilatation thermique des gaz est la a)_______________ quelle que soit nature leur b)________________. 7. La dilatation thermique chez les gaz est non caractéristique _______________________________________. 25 donc une propriété C) Démonstration sur la dilatation volumique des solides La figure ci-dessous montre une sphère et un anneau métallique fixés sur des tiges munies de poignées isolantes. Suis les étapes ci-dessous et démontre l’effet de la chaleur sur le volume d’un solide. Anneau métallique Sphère métallique a) Au départ, fais remarquer aux élèves que la sphère passe très bien à l’intérieur de l’anneau. b) Après avoir chauffé la sphère métallique durant une minute sur la flamme d’un brûleur à alcool, essaie de la faire passer dans l’anneau à nouveau! Explique ce qui se produit. La sphère ne passe plus dans l’anneau, car elle s’est dilatée _____________________________________________________________ sous l’effet de la chaleur (son volume a augmenté). _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ c) Comment pourrait-on faire en sorte que la sphère puisse passer à nouveau à l’intérieur de l’anneau? En la refroidissant elle va se contracter (son volume va _____________________________________________________________ diminuer). _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ Observe attentivement les démonstrations sur la dilatation thermique que ton enseignant va te présenter. Essaie d’expliquer ce qui se produit en te servant des concepts vus aux pages 25-26. 26 ENRICHISSEMENT D) Démonstration sur la dilatation linéaire des solides Montage de l’Expérience 4.15 Analyse : a) Que remarques-tu après un certain temps de chauffage? Le cadran se met à tourner dans le sens horaire. ________________________________________________________________ b) Qu’est ce qui a provoqué le phénomène que tu as observé? Sous l’effet de la chaleur, la tige s’allonge et fait rouler l’aiguille ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ sur laquelle est fixé le cadran. ________________________________________________________________ c) Si on avait utilisé un tube de même longueur mais fait d’un métal différent, auraiton remarqué exactement le même phénomène ? Explique. Nous aurions constaté le même phénomène, excepté que le ________________________________________________________________ cadran aurait tourné d’un angle différent dépendamment du ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ matériau et de son coefficient de dilatation thermique. d) Selon toi, que se serait-il produit si les deux extrémités du tube avaient été fixées solidement? La tige se serait mise à fléchir, car on ne peut empêcher la ________________________________________________________________ matière de se dilater sous l’effet de la chaleur. 27 E) Démonstration sur la dilatation des liquides. 28 Analyse : a) qu’observes-tu à mesure que les liquides se réchauffent? Ceux-ci montent dans leur tube respectif, mais l’alcool monte davantage. _____________________________________________________________ b) À quoi cette variation du niveau des liquides est-elle due? _____________________________________________________________ À une augmentation de leur volume dû à la chaleur. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ c) L’eau et l’alcool ont-ils subi un même accroissement de température durant le chauffage? Explique. Oui parce que les deux éprouvettes étaient plongées dans le même bécher _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ d) Que peut-on conclure en ce qui concerne le comportement de deux liquides différents lorsqu’ils sont chauffés? Une augmentation de la température d’un liquide amène une augmentation _____________________________________________________________ de son volume. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ e) Selon toi, sous quel principe fonctionne un thermomètre à alcool? Sous le principe de la dilatation volumique des liquides. _____________________________________________________________ f) Pourrais-tu en construire un? Explique. 1) On remplit d’alcool teinté de rouge une éprouvette munie d’un tube. _____________________________________________________________ 2) On plonge l’éprouvette dans la glace et on note d’un trait la hauteur _____________________________________________________________ atteinte par l’alcool dans le tube. _____________________________________________________________ 3) On plonge ensuite l’éprouvette dans l’eau bouillante et on marque d’un _____________________________________________________________ trait la hauteur atteinte par l’alcool dans le tube. 4) Il suffit de graduer en dix(ou cent) parties égales la section du tube comprise entre les deux traits tracés aux étapes 2 et 3. 29 F) Démonstration sur la dilatation des gaz. Analyse : a) Qu’y a-t-il dans la bouteille au début de l’expérience? De l’air à température de la pièce _____________________________________________________________ b) Décris l’aspect du ballon lorsque la bouteille est dans la glace et lorsqu’elle est dans l’eau chaude. Dans l’eau froide, le ballon est dégonflé et flasque. Dans l’eau chaude, le _____________________________________________________________ ballon se tend en se gonflant légèrement. c) Explique le changement que tu as observé. Lorsque l’air dans la bouteille est chauffé, son volume augmente(il se dilate) _____________________________________________________________ ce qui fait gonfler le ballon. Lorsqu’il est refroidi, son volume diminue(il se _____________________________________________________________ contracte) ce qui fait dégonfler le ballon. 30 ENRICHISSEMENT _____________________________________________________________ G) Lis et complète cette section supplémentaire sur la dilatation. Suite page suivante ⇒ 31 Suite page suivante ⇒ 32 33 ENRICHISSEMENT H) Démonstration : Comment construire un thermomètre! Suite page suivante ⇒ 34 Analyse a) à quoi correspondent les deux points de repère sur le tube? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ b) Combien de degrés chaque division du tube représente-t-elle? _____________________________________________________________ c) Sur quel phénomène physique le fonctionnement du thermomètre s’appuie-til? _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ d) Un thermomètre au mercure fonctionne-t-il suivant le même principe? Explique. _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 35 Sujet 5 : L’Énergie solaire, l’Effet de corps noir, et l’Effet de serre L’Énergie solaire A) Lecture Lis attentivement les pages 13 à 20 dans le volume Éléments de sciences physiques (Ces volumes sont rangés près du poste 13 dans la classe). B) Étude de l’énergie solaire Complète les énoncés 1 à 7 ci-dessous en utilisant les mots ou expressions de la liste suivante. Certains mots peuvent se répéter. Méthane, Effet de corps noir, carbonique, chaleur, un demi-milliardième, solaire, accentué, poussière, 20 %, nuages, réfléchissent, 47 %, gaz carbonique, sol, absorbent, rayonnement, effet de serre. 1. Seulement a)___ de l’énergie un __________-________________________ demi milliardième solaire atteint l’atmosphère terrestre. solaire 2. L’Atmosphère absorbe a)____ qu’elle reçoit. 20 % de l’énergie b)____________ poussière Les nuages, la c)___________ et la vapeur d’eau en d)________________________environ 33 %. réfléchissent 47 % de l’énergie solaire qui parvient jusqu’à l’atmosphère 3. Seulement a)_____ atteint vraiment le b)_______. sol effet de ________ corps noir 4. On nomme a)____________ ____ ________, le phénomène par lequel les corps de couleur foncées b)________________ plus de absorbent c)_________________ que les corps de couleur pâles. chaleur 5. Sur la Terre, on appelle a)__________ effet ____ de ______________, serre l’emprisonnement de la b)____________ entre le sol et un écran de chaleur c)_____________ ou de gaz polluants en altitude. nuages 6. L’effet de serre est responsable du réchauffement de l’atmosphère, donc de la planète. accentué 7. L’effet de serre est a)________________par la présence de certains gaz dans l’atmosphère, comme le b)_________________ (CH4) et le gaz méthane c)________________ (CO2 ). carbonique 36 L’effet L’e ffet de corps noir C) Démonstration de L’effet de corps noir Exécutez la démonstration ci-dessous (voir p.17 Éléments de sciences physiques) à l’aide du matériel que votre enseignant vous remettra. Suite page suivante → 37 Compile tes résultats dans le tableau ci-dessous. Résultats : Carton blanc Carton rose Carton noir Température initiale (°C) 22 22 22 Température finale (°C) 28 30 34 Écart de Température (°C) 6 8 12 Analyse : a) Par quel moyen la chaleur a été transmise de la lampe aux cartons de couleur? Par rayonnement. _____________________________________________________________ b) Dans la lumière que la lampe émet, quel type de rayons sont porteurs de chaleur? Les rayons infrarouges _____________________________________________________________ c) Les trois feuilles ont-elles reçu la même quantité de rayonnement infrarouge(chaleur)? Explique. Oui, elles étaient placées à égale distance d’une même lampe électrique. ____________________________________________________________ _____________________________________________________________ d) Quelle couleur absorbe davantage les radiations infrarouges(chaleur) qu’elle reçoit? Le noir _____________________________________________________________ e) Quelle couleur absorbe le moins le rayonnement infrarouge(chaleur) qu’elle reçoit? Le blanc _____________________________________________________________ f) Que peut-on conclure quant à la relation entre la couleur d’un objet et sa capacité à absorber la chaleur qu’il reçoit par rayonnement? Plus la couleur d’un objet est foncée, plus il absorbera les infrarouges ____________________________________________________________ présents dans la lumière qu’il reçoit. C’est l’effet de corps noir! _____________________________________________________________ _____________________________________________________________ 38 L’effet L’e ffet de serre D) Démonstration de L’effet de serre. Exécute la démonstration ci-dessous à l’aide du matériel fourni en classe. Analyse : a) L’air contenu dans les deux boîtes a-t-il reçu la même quantité de chaleur au cours de l’expérience? Explique. ________________________________________________________________________ Oui, elles étaient placées à égale distance d’une même lampe électrique. ________________________________________________________________________ b) Dans quelle boîte, l’air a-t-il subit la plus grande variation de température? La boîte vitrée. ________________________________________________________________________ c) Explique cette différence de température entre les deux boîtes. ________________________________________________________________________ La température a monté davantage dans la boîte vitrée, car les infrarouges ________________________________________________________________________ traversent facilement la vitre, mais la chaleur qu’ils amènent reste piégée dans la boîte. C’est l’effet de serre! 39 E) Questions supplémentaires. Infrarouges sont Les nuages et la poussière dans l’atmosphère ainsi que les objets pâles. L’effet de corps noir Le noir Suite page suivante → 40 Le blanc Les infrarouges La vapeur d’eau, le CO2 , le méthane (CH4) Elle est absorbée et transformée en chaleur Le sable serait trop chaud pour y marcher En blanc ou en couleur pâle Les ultraviolets La vapeur d’eau, le CO2 , le méthane (CH4) Une augmentation du phénomène d’effet de serre Pour minimiser l’effet de corps noir sur leur voiture pour avoir moins chaud. Les nuits étoilées, car sans nuage la chaleur s’échappe plus facilement vers l’espace. L’humidité est une des substances qui retient bien la chaleur dans l’atmosphère. 41
