À propos de cette expérience
L’eau est la substance dont on peut le plus facilement observer les trois états : la glace à l’état solide, l’eau à l’état liquide et le gaz appelé vapeur d’eau. Place un ballon contenant de la glace à −20 °C sur une plaque chauffante et chauffe-le. Observe le thermomètre, les glaçons, les bulles et le ballon qui recueille la vapeur, puis zoome pour voir ce que font les particules. La courbe de chauffage révèle quelque chose de surprenant : pendant la fusion de la glace et pendant l’ébullition de l’eau, la température ne change pas du tout.
Objectifs pédagogiques
- Nomme les trois états de la matière et donne un exemple de chacun.
- Décris la disposition et le mouvement des particules dans un solide, un liquide et un gaz.
- Utilise correctement les mots fondre, geler, bouillir, s’évaporer et se condenser.
- Rappelle-toi que l’eau pure fond à 0 °C et bout à 100 °C à la pression atmosphérique normale.
- Explique que la température reste la même pendant le changement d’état.
Comment l’utiliser
- 1Appuie sur « Démarrer le chauffage ». Observe le thermomètre monter jusqu’à 0 °C. Que se passe-t-il avec les glaçons et les particules ?
- 2Continue de chauffer pendant que la glace fond. Observe la température. Augmente-t-elle alors qu’il reste encore de la glace dans le flacon ?
- 3Chauffe l’eau jusqu’à 100 °C. Décris les bulles. Que contiennent-elles ?
- 4Observe le ballon pendant que l’eau bout. Pourquoi se gonfle-t-il alors qu’on n’ajoute rien dans le flacon ?
- 5Mets la plaque chauffante en mode « Refroidir ». Fais défiler le film à l’envers : où va la vapeur d’eau et quand la glace réapparaît-elle ?
- 6Observe la courbe de chauffage. Qu’est-ce qui nécessite le plus de chaleur : faire fondre la glace ou vaporiser toute l’eau ?
Le modèle
Hypothèses
- Le flacon est fermé par un ballon : l’eau ne s’échappe pas et la vapeur reste à la pression atmosphérique normale.
- Toute la chaleur de la plaque chauffante passe dans l’eau. Dans un vrai laboratoire, une partie de la chaleur se perd dans l’air et le verre.
- Valeurs utilisées : capacité thermique massique de la glace, 2,1 J/(g·°C) ; de l’eau, 4,18 ; et de la vapeur, 2,0 ; 334 J/g pour faire fondre la glace et 2257 J/g pour faire bouillir l’eau.
- Le schéma particulaire représente chaque particule par une petite boule. C’est un modèle : les molécules d’eau réelles sont beaucoup trop petites pour être visibles, et elles sont infiniment plus nombreuses.
À essayer en classe
- Q1La glace à la crème fond dans ta main, mais pas dans le congélateur. Qu’est-ce qui est différent ?
- Q2Une flaque disparaît par une journée ensoleillée sans jamais atteindre 100 °C. Où est passée l’eau ?
- Q3Pourquoi des gouttes d’eau apparaissent-elles à l’extérieur d’un verre froid de jus ?
- Q4La vapeur est-elle le nuage blanc que l’on voit au-dessus d’une bouilloire ? Explique ce qu’est réellement ce nuage.
- Q5Pourquoi faut-il beaucoup plus de temps pour faire bouillir une casserole jusqu’à ce qu’elle soit sèche que pour porter l’eau à ébullition ?
Foire aux questions
Pourquoi la température cesse-t-elle d’augmenter pendant que la glace fond ?
Dans la glace, les particules sont maintenues ensemble selon une structure. La fonte consiste à briser cette structure, et toute la chaleur de la plaque chauffante sert à cela au lieu de faire bouger les particules plus vite. La température ne recommence à augmenter que lorsque toute la glace a fondu.
Quelle est la différence entre l’ébullition et l’évaporation ?
Les deux transforment l’eau liquide en gaz. L’évaporation se produit lentement à la surface, quelle que soit la température. L’ébullition se produit dans tout le liquide à 100 °C, ce qui explique la formation de bulles de vapeur au fond.
La vapeur est-elle visible ?
Non. La vraie vapeur, c’est-à-dire l’eau à l’état gazeux, est invisible. Le nuage blanc au-dessus d’une bouilloire est constitué de minuscules gouttelettes d’eau liquide qui se forment lorsque la vapeur refroidit dans l’air.
L’eau bout-elle toujours à 100 °C ?
Seulement à la pression atmosphérique normale, au niveau de la mer. En haute montagne, la pression de l’air est plus faible et l’eau bout à une température plus basse : environ 70 °C au sommet du mont Everest.