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Leçon 11 : DILATATION DES SOLIDES
I. DILATATION LINEAIRE ET DILATATION VOLUMIQUE 1. Dilatation linéaire
a. Expérience et observations
Le dilatomètre est un appareil d’analyse thermique servant à mesurer la dilatation linéaire d’un objet en fonction de la température.
Lorsqu’on chauffe la tige métallique à l’aide du dilatomètre, sa longueur augmente et l’aiguille tourne de la graduation 0 vers les graduations supérieures. On dit que la tige métallique se dilate.
b. Conclusion
Une tige métallique chauffée subit une dilatation linéaire.
REMARQUE
Quand la tige se refroidit, sa longueur diminue. On dit qu’elle se contracte ou subit une contraction : c’est le phénomène inverse de la dilatation.
2. Dilatation volumique
a. Expérience et observations
La boule métallique froide passe facilement à travers l’anneau (c). Quand on la chauffe suffisamment (d), elle ne peut plus passer à travers l’anneau (e). Son volume a augmenté. Toutes ses dimensions ont augmenté dans les mêmes proportions : c’est la dilatation volumique.
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Physique-Chimie 5ème b. Conclusion
Une boule métallique chauffée subit une dilatation volumique.
REMARQUE :
Quand la boule se refroidit, son volume diminue. On dit qu’elle subit une contraction.
Activité d’application n°1
a. Trouve la cause de la dilatation d’un solide : L’élévation de la température b. Dis comment on appelle le phénomène inverse de la dilatation : La contraction
c. Explique ce phénomène et dis ce qui le provoque : La contraction d’un corps est la diminution de ses dimensions. Elle est provoquée par la baisse de sa température.
II. FACTEURS LIES A LA DILATATION D’UN SOLIDE 1. La nature du solide
a. Expérience
On chauffe de 0°C à100°C, des tiges de longueur 1m chacune et faites de matériaux différents et on observe leurs dilatations. Les valeurs (en mm) des allongements obtenus sont relevées dans un tableau.
b. Résultats
Allongement en mm d’une barre de longueur 1 m dont la température s’élève de 100°C
Invar 0,12 verre 0,85 cuivre 1,70 zinc 3,0
Pyrex 0,35 platine 0,87 laiton 1,90 P.V.C 7,0
Tungstène 0,40 Fer, acier 1,20 aluminium 2,30 Polyéthylène 15
c. Conclusion
Les solides ne se dilatent pas de la même façon. La dilation des solides dépend donc de leur nature.
2. Les dimensions initiales du solide
Des tiges métalliques de même nature, de longueurs différentes, chauffées ne s’allongent pas pareillement.
La dilatationd’unsolide dépend donc des dimensionsinitiales du solide.
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3. La variation de température a. Expérience et observations
Une tige métallique en Zinc de longueur 1 mètre est chauffée. On fait les observations suivantes : - de 0 à 70°Celsius de chauffage, la tige s’allonge de 2,3mm
- de 0 à 100° Celsius de chauffage, la tige s’allonge de 3mm b. Conclusion
La dilatation d’un solide dépend donc de la variation de la température de chauffage.
Activité d’application n°2
Réponds par vrai ou faux aux affirmations ci-dessous a- Lorsqu’une tige est chauffée,
sa longueur augmente : Vrai
d- Lorsqu’une tige est chauffée, son
allongement dépend de sa longueur initiale : Vrai b- Lorsqu’une tige est chauffée,
sa section ne varie pas : Faux
e- Chauffés de la même façon, tous les matériauxse dilatent dans les mêmes proportions : Faux
c- Quand une sphère métallique se dilate, sa forme change : Faux
f- Quand la température d’un solide diminue, ses dimensions ne changent pas : Faux
III. QUELQUES APPLICATIONS 1. Le bilame
Exemple de bilame
Lebilame est un objet formé de deux lames denatures différentes, qui se dilatent différemment.Pour le matériau qui se dilate peu, on utilise souvent l’invar(alliage de 64% de fer et 36% de nickel).
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Physique-Chimie 5ème
Principe de fonctionnement du bilame
Le bilame chauffé se courbe du coté de la lame la moins dilatable.
2. Thermostat d’un fer à repasser
Le thermostat du fer à repasser comporte un bilame qui permet de réguler la température du fer.
3. Les joints de dilatation
Les joints de dilatation sont des espaces vides laissés entre les rails ou les dalles des ponts pour
permettre la dilatation de leur matériau sans déformation de toute la structure des rails ou des ponts.
4. L’emmanchement forcé
Le solide extérieur comportant un creux, est chauffé puis placé autour du solide intérieur froid (manche de daba, marteau, hache, etc.). Après refroidissement, le solide extérieur se contracte et enserre fortement le manche : c’est l’emmanchement forcé.
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SITUATION D’ÉVALUATION
Au cours de la leçon sur la dilatation des solides, votre professeur élève la température de trois (03) bilames de mêmes dimensions en vue de classer le papier, l’aluminium et le cuivre par ordre de dilatation croissante. Les bilames sont constitués des matériaux comme indiqué sur les figures
ci-dessous :
Après élévation de la température, les trois (03) bilames se présentent comme suit :
A la fin du cours, il demande à chaque élève de répondre aux questions suivantes et d’établir le classement de dilatation croissante. En tant qu’élève de cette classe, il t’est demandé de satisfaire aux exigences du professeur.
1. Dans cette expérience :
a. Donne le nom du phénomène que subit chaque bilame : La dilatation
b. Indique le facteur lié à ce phénomène qui est ainsi utilisé : La nature du solide
c. Cite les deux autres facteurs dont dépend ce phénomène : Les dimensions initiales du solide et la variation de température.
2. Classe le papier, l’aluminium et le cuivre par ordre de dilatation croissante.
Papier Cuivre Aluminium
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Physique-Chimie 5ème
Leçon 12 : DILATATION DES LIQUIDES
I. DILATATION DES LIQUIDES 1. Expérience et observations
Le liquide à étudier est mis dans un ballon à fond plat surmonté d’un tube fin. Son niveau à 25°C est indiqué en (
a
) et (c
). Chauffé à 40°C le liquide augmente de volume et son niveau dans le tube fin monte (b
). Refroidi à 0°C le liquide diminue de volume et son niveau dans le tube fin descend (c
).2. Conclusion
Lorsqu’on chauffe un liquide, son volume augmente ; on dit que le liquide se dilate. Quand le liquide se refroidit, son volume diminue ; on dit que le liquide se contracte.
Activité d’application n°1
On te donne les propositions suivantes :
a. Les liquides subissent les effets de la chaleur : Vrai b. Lorsqu’un liquide est chauffé, il se contracte : Faux
c. Quand la température d’un liquide baisse, il augmente de volume : Faux d. Un liquide chauffé se dilate : Vrai
Ecris devant chaque proposition Vrai si elle est correcte et faux si elle est incorrecte.
II. FACTEURS AGISSANT SUR LA DILATATION DES LIQUIDES 1. La nature du liquide
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a. Expérience et observation
On chauffe des liquides de même volume initial, de natures différentes, avec la même variation de température.
On observe que : Ces liquides chauffés à la même température, augmentent de volume différemment.
b. Conclusion
La dilatation d’un liquide dépend de sa nature.
2. Le volume initial
a. Expérience et observation
On chauffe à la même température deux liquides de même nature (eau colorée), de volumes différents.
On observe que l’eau colorée qui a un volume plus important, augmente plus.
b. Conclusion
La dilatation d’un liquide dépend de son volume initial 3. La variation de la température
Même niveau initial
Eau Alcool Éther Mercure
Chauffage à 100°C Mercure
Eau Alcool Éther
Chauffage à 100°C Chauffage
à 100°C Niveau initial
Niveau initial Niveau
Niveau
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Physique-Chimie 5ème
a. Expérience et observation
On chauffe des liquides de même nature, de même volume initial, avec des variations de température différentes.
On observe que : plus le liquide est chauffé, plus il augmente de volume.
b. Conclusion
La dilatation d’un liquide dépend de la variation de température.
III. QUELQUES APPLICATIONS DE LA DILATATION DES LIQUIDES 1. Le thermomètre à liquide
Lorsque le réservoir du thermomètre est en contact avec un corps, le liquidethermométrique se dilate ou se contracte selon que le corps est chaud ou froid. La graduation devant laquelle se trouve le niveau du liquide est la température du corps.
2. Les vases d’expansion
Un vase d’expansion est un réservoir ou un espace vide prévu dans un récipient pour éviter les risques liés à la dilatation du liquide qu’il contient (explosion du récipient).
On peut trouver des vases d'expansion en plusieurs endroits :
Dans un thermomètre à liquide, le vase d'expansion est une ampoule de sécurité placée à l'extrémité du tube fin contenant le liquide thermométrique.
Dans une bouteille remplie d'un liquide (boisson, huile,...) le vase d'expansion est l'espace vide laissé au dessus du liquide.
Dans le moteur d'une automobile, le vase d'expansion est un espace vide ou un réservoir relié au radiateur et placé au-dessus de lui, c'est aussi sur ce vase que se trouve le bouchon sécurité du radiateur.
Eau chaude Eau tiède
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REMARQUE :
Lors de la dilatation d'un corps (liquide, solide,...), son volume augmente mais sa masse reste constante;
c'est pourquoi sa masse volumique (quotient de la masse par le volume) diminue.
Activité d’application n°2
a. Cite trois (02) facteurs qui influencent la dilatation d’un liquide : Le volume initial ; la variation de température.
b. Donne deux (02) applications de la dilatation des liquides : Le thermomètre à liquide ; les vasesd’expansion.
c. Dis ce que c’est qu’un vase d’expansion et explique son utilité : Espace vide laissé dans un récipient pour éviter les risques liés à sa dilatation.
d. Donne deux (02) exemples de vases d’expansion : Bouteille de boisson ; le thermomètre à liquide.
IV. COMPARAISON DES DILATATIONS DES SOLIDES ET DES LIQUIDES 1. Expérience et observation
On chauffe avec une même élévation de température de 50°C
(75°C – 25°C = 50°C), 1000 cm3 d’alcool et 1000 cm3 d’aluminium
On observe que le liquide se dilate plus que le solide car 1058 cm31007 cm3.
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Physique-Chimie 5ème
2. Conclusion
Chauffés avec une mêmeélévation de température, les liquides se dilatent plus que les solides.
Activité d’application n°3
Un liquide et un solide de même volume initial égal à 2 dm3 et chauffés à 230 °C, se dilatent.
1. Le volume du liquide chauffé est égal à : a. 1,975 dm3
b. 2,020 dm3 c. 2 dm 3
2. Le volume du solide chauffé est égal à : a. 2,012 dm3
b. 1,970 dm3 c. 2,023 dm3
Pour chaque proposition, entoure la lettre qui correspond à la bonne réponse.
SITUATION D’ÉVALUATION
En l'absence de sa mère partie chez le tailleur, AYA élève en 5e5 au CNDA Biétry, met la sauce au feu et s’en va faire la lessive. Quelques temps après, elle vient constater que le feu est éteint par la sauce alors que la marmite n’est pas renversée. Elle s’en prend à sa sœur qui jouait à côté du feu en l’accusant d’avoir versé sa sauce dans le feu. Celle-ci nie être l’auteur de l’extinction du feu, ce qui crée une dispute entre elles.
Ainsi donc, en tant qu'élève de 5e ayant bien compris le cours sur la dilatation des liquides, tu es sollicité(e) pour régler cette dispute afin de ramener la paix à la maison.
1. Dis :
a. ce qu'est la dilatation d'un liquide : L’élévation de la température d’un liquide entraîne l’augmentation de son volume.
b. Entre la dilatation d'un liquide et celle d'un solide, laquelle est plus importante pour le même chauffage : Le liquide
2. Indique les facteurs qui influencent la dilatation d'un liquide : La nature du liquide ; le volume initial ; la variation de la température.
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3. Explique ce qui s'est passé pour que la sauce se renverse dans le feu et l'éteigne :
L’augmentation de la température de la marmite et de son contenu a entraîné une dilatation de ceux- ci. Or comme le liquide se dilate plus que le liquide, ce qui a conduit à un surplus qui ne pouvait pas contenir dans la marmite et s’est déversée dans le feu.
4. Propose une solution qu'aurait pu adopter AYA pour éviter que la sauce chauffée n'éteigne le feu : Prévoir un espace pour la dilatation du liquide, éviter de remplir entièrement la marmite de la sauce.
