Niveau : 4

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Séquence sur la compressibilité des gaz et des liquides

Activité 1 : L’air a-t-il un volume propre ?

Fabrice MASSA G.R.D. Collège Lyon

Niveau : 4

^ème

Partie : Chimie Thème : L’air

Type d’activité utilisation d’un simulateur Mots-clés : pression – compressibilité – gaz - air Durée conseillée : 30 - 40 min

Déroulement de la séance :

L’activité 1 est distribuée aux élèves en salle informatique. Les élèves travaillent individuellement sur l’ensemble de l’activité. Lorsqu’ils ont tous terminé l’activité, il leur est demandé oralement de réaliser l’expérience permettant de vérifier si l’air est compressible et/ou expansible à l’aide d’une seringue mise à leur disposition. Cette expérience a déjà été réalisée en 5

^ème

mais elle permet ici de montrer la différence entre la réalité de l’expérience et la simulation.

Après correction de l’activité 1, un bilan est établi en commun : L’air, comme tous les gaz est compressible et expansible car on peut réduire ou augmenter l’espace entre ses molécules.

Quelques exemples d’application sont évoqués oralement (remplissage des bouteilles de plongée, etc…).

L’activité 2 est ensuite distribuée aux élèves. La partie expérimentale est réalisée en binôme.

Matériel à disposition : une seringue, un bécher contenant de l’eau.

Postes informatiques ( 1 par binôme) Prérequis :  Connaitre la composition de l’air.

 Donner une représentation moléculaire de l’air.

 Connaître l’appareil de mesure de pression (le manomètre).

 Connaitre les unités de volume et de pression.

Connaissance visée :

^

Un gaz est compressible

Capacités visées :



Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter la compressibilité d’un gaz.

 Argumenter en utilisant la notion de molécules pour interpréter la non compressibilité de l’eau liquide.

 Percevoir la différence entre réalité et simulation

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Voici ce que l’on peut trouver sur un prospectus publicitaire :

Le coussin d'air de cette chaussure a été spécialement élaboré pour amortir les chocs et offrir une protection optimale. Véritable concentré d'air, il permet aux athlètes d'encaisser les coups sans sourciller.

I - Question préliminaire :

D’après ce prospectus, quel rôle joue le coussin d’air dans cette chaussure ?

II - Simulateur de mesure de pression :

Pour comprendre ce phénomène, vous allez utiliser un simulateur permettant de mesurer la pression et le volume à l’intérieur d’une seringue contenant de l’air.

 Accès au simulateur :

 Lancer le navigateur internet

 Dans la barre d’adresse, noter l’adresse suivante : http://physiquecollege.free.fr/quatrieme.htm

 A gauche, dans la partie « matière », cliquer sur « 7. Pression d’un gaz »

 Le titre « pression et volume » apparaît. Cliquer sur « entrer ».

 Mode d’emploi du simulateur :

- Vous pouvez déplacez le piston de la seringue en déplaçant la souris clic gauche enfoncé.

- Vous pouvez faire apparaître les molécules à l’intérieur de la seringue en cochant « montrer l’air à l’intérieur de la seringue ».

- Vous pouvez faire apparaître les molécules à l’extérieur de la seringue en cochant « montrer l’air ambiant ».

 Utilisation du simulateur :

1. a. Quel est le volume d’air présent dans la seringue lorsque le piston est libre ? b. Quelle est sa pression ?

2. Sur le simulateur, pousser le piston au maximum.

a. Quel est alors le volume d’air présent dans la seringue?

b. Quelle est sa pression ?

3. Sur le simulateur, tirer le piston au maximum.

a. Quel est alors le volume d’air présent dans la seringue?

b. Quelle est sa pression ?

4. Que se passe-t-il lorsqu’on relâche le piston après l’avoir tiré ou poussé ?

III - Interprétation :

1. Comment varie le volume et la pression de l’air enfermé dans la seringue lorsqu’on pousse le piston ? 2. Comment varie le volume et la pression de l’air enfermé dans la seringue lorsqu’on tire le piston ?

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Piston libre

On pousse le piston

On tire le piston

3. Le nombre de molécules contenues dans la seringue varie-t-il au cours de l’expérience ?

4. Représenter l’air dans les 3 seringues bouchées ci-contre. On placera 10 molécules dans la 1ère seringue en utilisant la légende suivante :

molécule de dioxygène : molécule de diazote :

6. Quelle différence observe-t-on entre les 3 situations ?

IV - Conclusion :

1. L’air est-il compressible ? expansible ?

2. Expliquer à l’échelle microscopique, pourquoi les gaz comme l’air sont compressibles et expansibles.

3. Rayer les mentions inutiles :

Lorsqu’on diminue le volume de l’air présent dans la seringue, les molécules s’éloignent/se rapprochent ; les chocs entre les molécules et les parois sont alors plus/aussi/moins fréquents.

Les molécules appuient donc plus/aussi/moins souvent sur les parois de la seringue : la pression du gaz augmente/reste la même/ diminue.

Lorsqu’on relâche le piston, il reprend sa position initiale : la pression dans la seringue est alors inférieure/égale/supérieure à la pression atmosphérique.

4. Que se passe-t-il dans le coussin d’air de la chaussure, à l’échelle microscopique, lorsqu’un athlète exerce une forte pression dessus (lors d’une prise d’appui par exemple) ?

Activité 2 : Verra-t-on un jour des chaussures à coussin d’eau ? On souhaite vérifier ici si l’eau liquide est compressible.

Pour cela, vous allez remplir une seringue à moitié d’eau liquide puis boucher l’orifice avec votre doigt et appuyer sur le piston.

1. L’eau liquide est-elle compressible ?

Définitions

Compressible : dont on peut diminuer le volume et augmenter la pression.

Expansible : dont on peut augmenter le volume et réduire la pression

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2. Représenter l’eau liquide dans la seringue ci-dessous. Vous représenterez chaque molécule d’eau par un triangle plein :

3. Expliquer à l’échelle microscopique, pourquoi les liquides comme l’eau ne sont pas compressibles.

4. Finalement, pensez-vous que l’on verra un jour des chaussures à coussin d’eau ? Justifier.