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chapitre 1 CIRCUITS ELECTRIQUES cours de M. Fillodeau

Attention, les expériences montrées ici ne doivent pas être réalisées avec les prises de la maison : danger de mort.

I CONSTITUTION D'UN CIRCUIT

Un objet (ou une matière) qui ne laisse pas passer le courant électrique est dit isolant(e) ,

s'il le laisse passer, c'est un conducteur (plus ou moins bon en fonction du type de matière qui le constitue).

exemples d'isolants électriques : le bois et les plastiques ; exemples de bons conducteurs électriques : les métaux.

Générateurs et récepteurs sont généralement des dipôles :

ils sont reliés au circuit par deux pôles, deux emplacements spécifiques aussi appelés "bornes".

Les deux pôles d'un générateur sont sa borne positive et sa borne négative

(les "languettes" pour une pile plate).

Les deux pôles d'une lampe sont sa douille et son culot

(à l'intérieur de la lampe, le filament est soudé à ces deux bornes).

II SCHEMATISATION D'UN CIRCUIT

Un schéma est un dessin simplifié dans lequel on n'est pas obligé de tout représenter (juste l'essentiel),

et on peut utiliser des symboles dits "conventionnels" (choisis par des scientifiques) pour remplacer certains objets.

En électricité ,

les symboles conventionnels sont :

les schémas équivalents au montage précédent sont donc :

on voit qu'il y a certaines règles :

-- les fils sont tracés à la règle et "tournent" à angle droit.

-- les appareils électriques sont éloignés des "coins" : ne pas faire ceci par exemple

Dans un circuit électrique, il y a toujours :

-- un générateur qui génère (provoque) le passage du courant. Une pile est un générateur.

-- des récepteurs : appareils qui "fonctionnent" quand ils sont traversés par un courant électrique.

lampes, moteurs électriques, résistances et diodes seront ceux utilisés au collège.

-- des fils électriques qui conduisent le courant du générateur aux différents récepteurs.

Le courant passe si le circuit est fermé : les deux bornes du générateur doivent être reliées entre elles par une

suite ininterrompue de conducteurs dans l'exemple suivant, cette suite de conducteurs a été colorée en rouge et vert.

+ -

bouton

interrupteur

Si cette chaîne de conducteur est rompue (si on coupe un fil, si on

agit sur l'interrupteur, ou si le filament casse par exemple),

le circuit est alors ouvert et le courant ne passe plus (nulle part).

Un interrupteur permet de fermer et ouvrir un circuit :

il contient simplement deux conducteurs qui se touchent

ou ne se touchent plus quand on appuie sur le bouton.

lampe ou

interrupteur

fermé

pile +

interrupteur

ouvert

+ -

culot

douille

matière isolante

circuit fermé : le courant passe

et la lampe éclaire

+

p 1

circuit ouvert : le courant ne passe pas

et la lampe n'éclaire pas

+

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Dans un montage en série, les appareils sont placés

les uns à la suite des autres, ne formant qu'une seule "boucle".

si une lampe est "grillée" (son filament s'est cassé), le circuit est ouvert et

l'autre lampe n'éclaire plus.

+

L 1 L 2

L1

L2

+

III NATURE DU COURANT

Au départ, les scientifiques ont pensé que, dans un circuit fermé, le courant devait être une circulation de petites particules.

Au hasard, ils ont imaginé qu'elles se déplaçaient de la borne positive vers la borne négative du générateur :

dans le sens qu'ils ont appelé le sens "conventionnel" du courant.

Ils avaient raison, ces particules sont des "électrons", sauf pour le sens…

Mais par habitude, on dit toujours que le courant circule dans le sens conventionnel du courant,

et c'est ce sens qu'on vous demandera de représenter sur les schémas des exercices,

même si on sait que ce n'est pas le bon.

Les années suivantes, vous apprendrez que tout ce qui existe est constitué

de petites particules invisibles à l'œil nu : les atomes , et que ces atomes sont eux-mêmes constitués de particules

encore plus petites : les électrons, les protons et les neutrons.

Dans un circuit fermé, le générateur ne fabrique pas des électrons, il se contente de faire bouger ceux déjà présents dans les

atomes des fils, des lampes etc.

Une façon simplifiée d'expliquer le fonctionnement est la suivante :

-- au niveau de son pôle négatif, le générateur pousse les électrons qui se déplacent alors à la queue leu leu dans tout le circuit.

-- les électrons qui sont poussés au niveau de son pôle positif, il les récupère et les renvoie au niveau de son pôle négatif :

ce sont ces électrons qui lui permettent de pousser les autres !

-- tout se passe en même temps et donc, si on coupe un circuit (en série), et quel que soit l'endroit où on le coupe,

le générateur ne pourra plus récupérer d'électrons et ne pourra donc plus en pousser : le courant ne passera plus (nulle part).

Ainsi, dans les deux cas suivants, la lampe n'éclaire pas

IV MONTAGES EN SERIE ET AVEC DERIVATION

1) MONTAGES EN SERIE

exemple :

2) MONTAGES AVEC DERIVATIONS ( OU "EN PARALLELE" )

Dans un montage avec dérivations, le courant peut emprunter plusieurs

chemins ( ou "boucles" ) pour relier une borne à l'autre du générateur.

il comporte aussi plusieurs points de jonction ( comme A et B ), appelés "nœuds".

si la lampe L1 grille, L2 éclaire toujours car la boucle 2 forme toujours un circuit fermé.

V COURTS - CIRCUITS

Dans un simple fil électrique, les électrons peuvent se déplacer facilement.

Un appareil électrique, lui, résiste toujours plus ou moins au passage du courant et cette "résistance" est toujours

bien supérieure à celle, quasi nulle, d'un fil.

Dans un circuit, court-circuiter un appareil consiste à rajouter un fil entre ses bornes ,

ainsi, le courant passera intégralement dans le fil (quasiment) et l'appareil ne fonctionnera plus.

Le but est de pouvoir couper l'alimentation d'un appareil sans arrêter celle des autres.

Mais attention : quand un appareil est court-circuité, le courant est plus fort dans le reste du circuit (puisque la résistance liée à cet appareil a été "enlevée").

Dans l'exemple précédent, L2 a été court-circuitée et elle n'éclaire plus, mais L1 éclaire toujours (et plus fort).

Ne jamais court-circuiter un générateur car sans résistance dans le circuit, il délivrera

un courant très fort ce qui le "cassera" s'il n'est pas protégé contre ce genre d'incident.

Dans l'exemple qui suit, en voulant court-circuiter L2 avec le fil rouge, on a aussi

court-circuité le générateur avec la boucle verte faite uniquement de fils…

+

L 1

L 2

A B

boucle 1

boucle 2

L2L1

p 2

sens

conventionnel

cours de M. Fillodeau

L2

L1

I 3

I 2

I 1

M

M

L2

L1

I 3

I 2

I 1

M

TP chapitre 1 PREMIERS MONTAGES ELECTRIQUES

1) Tu disposes d'une pile plate, d'une lampe (avec son support), de fils électriques et de pinces "crocodile".

a) Fais un montage dans lequel la lampe éclaire (tu n'es pas obligé(e) d'utiliser tous les fils électriques disponibles).

b) Fais un dessin de ce circuit.

c) Fais un schéma de ce circuit ( = un dessin simplifié avec les symboles et règles donnés à la fin de la page 1).

2) a) Fais maintenant un montage où deux lampes éclairent (avec la même pile).

b) Fais un schéma de ce circuit.

c) Compare ton circuit à ceux des autres tables : tout le monde n'a pas fait le même.

refais un de ces montages (un bien différent du tien), puis fais-en son schéma sur ta feuille.

EXERCICES CHAPITRE 1 cours de M. Fillodeau

EXERCICE 1

1) Faire les schémas (avec les symboles conventionnels) des trois montages ci-dessus.

2) Pour chaque montage, dire s'il est en série ou avec dérivations.

3) Indique le sens (conventionnel) du courant sur tes schémas du 1).

4) a) Avec différentes couleurs, repasse les boucles des montages avec dérivations ( sur tes schémas du 1) ).

b) Représente aussi les nœuds avec des gros points rouges.

5) a) Quelle(s) lampe(s) éclaire(nt) ? (aucune explication demandée)

b) Quelle(s) lampe(s) n'éclaire(nt) pas ? Expliquer (s'aider des boucles peut-être très utile).

6) Fais ces montages en séance de travaux pratiques et vérifie tes réponses données à la question 5.

EXERCICE 2

est le symbole d'un moteur électrique , I1, I2 et I3 sont des interrupteurs.

1) a) S'agit-il d'un circuit en série ou avec dérivations ?

b) Les interrupteurs sont-ils fermés ou ouverts ?

c) Indiquer le sens du courant (conventionnel) sur le schéma du haut.

2) Avec différentes couleurs, repasser les boucles sur le schéma du bas.

3) Les lampes et le moteur fonctionnent-ils quand :

a) seul I1 est ouvert ( I2 et I3 sont fermés ) ?

b) seul I2 est ouvert ( I1 et I3 sont fermés ) ? Expliquer à l'aide des boucles.

c) seul I3 est ouvert ( I1 et I2 sont fermés ) ?

4) Vérifier les réponses données à la question 3 en séance de travaux pratiques

(avec un seul interrupteur que vous déplacerez).

5) a) -- Sur le schéma du haut, rajoute un fil permettant de court-circuiter I1.

-- Avec un autre fil, court-circuite aussi le moteur.

b) Laquelle de ces deux manipulations ne faut-il surtout pas faire en pratique ? Expliquer.

figure 1

+ -

f i l

f i lf i l

L1 L2

figure 2 : l'interrupteur est fermé

+

-

L3 L4

figure 3 : l'interrupteur est ouvert

Générateur

+-

L5

L7L6

p 3

chapitre 2 CONSTITUTION MICROSCOPIQUE DE LA MATIERE cours de M. Fillodeau

I MOLECULES et ATOMES

Au cours du temps, les scientifiques se sont toujours demandé de quoi était constituée la matière (l'eau, l'air, le bois…).

Pour expliquer certains phénomènes, ils ont fini par penser que toute substance devait être constituée d'un très

grand nombre de particules extrêmement petites, invisibles à l'œil nu, et qu'ils ont appelées . atomes ..

Depuis 1981, cette théorie est devenue une certitude car on a réussi à observer des atomes avec des microscopes de

haute technologie pouvant grossir plusieurs millions de fois, bien plus que ceux utilisés au collège !

Ces microscopes ont aussi permis de confirmer ce que l'on pensait déjà : les atomes ont une forme de boule.

Toujours pour expliquer certains phénomènes, on sait que les atomes s'assemblent entre eux pour former des

particules plus grandes : les . molécules . et qu'ainsi, une matière se différencie des autres en fonction du type de

molécules qu'elle contient. L'eau par exemple a sa propre molécule, comme le plastique ou le dioxygène.

voici la "silhouette" agrandie de quelques molécules

attention : réellement, les molécules sont très petites .

La molécule d’eau, par exemple, mesure moins d'un milliardième de mètre !

Et sa masse est de 30 millionièmes de milliardième de milliardième de gramme...

Au collège, on verra les phénomènes qu'on a pu expliquer en supposant l'existence d'atomes et de molécules :

états et changements d'état, dissolution, évaporation, etc. en 5ème

, et surtout les réactions chimiques en 4ème

.

II CORPS PURS et MELANGES

Certaines substances ne contiennent qu'une seule sorte de molécule, ce sont des "corps purs".

Les autres sont des "mélanges".

Voici, par exemple, à quoi ressemblent…

de l'eau pure :

du dioxyde de carbone pur :

un mélange d'eau et de dioxyde de

carbone :

Le bois, la terre et la plupart des objets ou matières qui nous entourent sont des mélanges.

L'air, par exemple, est un mélange principalement constitué de molécules de diazote et de molécules de dioxygène.

Pour les exercices, . on arrondira à 80% de diazote et 20% de dioxygène .

et comme 80% = 4 x 20% : . il y a 4 fois plus de diazote que de dioxygène dans l'air ..

p 4

la molécule d'eau la molécule de dioxyde de carbone la molécule d'éthanol

En moyenne, l'air est constitué de 78% de diazote

21% de dioxygène ( nécessaire à la respiration )

1% d'autres gaz ( dont le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau ).

III ETATS ET CHANGEMENTS D'ETAT

1) LES TROIS ETATS DE LA MATIERE

Toute substance peut exister sous trois états différents : l' état solide , l' état liquide , et l' état gazeux.

L'eau par exemple est à l'état solide dans la glace, à l'état liquide quand on la boit

et elle passe à l'état gazeux quand on la fait bouillir (elle se mélange à l'air sous forme de vapeur d'eau).

Pour connaître l'état d'une substance, il suffit de la placer dans un récipient fermé :

L

I

Q

U

I

D

E

Un liquide n'a pas de forme propre et il prend celle du récipient.

S'il ne bouge pas, sa surface est toujours parfaitement plane et horizontale.

S

O

L

I

D

E

solide

rigide

poudre

Un solide est généralement rigide (ou mou) : craie, glaçon, gomme…

et il a une forme propre : cylindrique pour la craie, cubique pour le glaçon…

Mais les poudres (comme le sable) sont aussi des solides.

Dans un récipient fermé :

-- s'il est rigide, il ne se déforme pas

-- si c'est une poudre, il prend la forme du récipient mais sa surface ne sera jamais

parfaitement horizontale.

G

A

Z

Dans un récipient fermé, un gaz y occupe tout l'espace.

2) DU POINT DE VUE DES MOLECULES

cas de la glace :

cas de l'eau liquide :

important : pour différencier les

molécules, certaines ont été colorées.

cas de la vapeur d'eau ( gaz ) :

Dans un solide, les molécules sont toujours disposées de manière "ordonnée", contrairement aux liquides.

La surface d'un liquide paraît plane à l'œil nu car les molécules sont extrêmement petites.

3) CHANGEMENTS D'ETAT (et explication à l'aide des molécules)

Une substance peut changer d'état si on la chauffe ou si on la refroidit donc si on change sa température.

Par exemple, de l'eau liquide refroidie dans un congélateur devient de la glace, et un métal solide que l'on chauffe fond et devient liquide.

L'explication est due au fait que plus la température augmente, plus les molécules s'agitent (phénomène observé et admis).

Ainsi, quand on chauffe un solide, ses molécules s'agitent et se décrochent pour glisser comme dans un liquide.

Si on chauffe davantage, les mouvements deviennent si importants que les molécules s'éloignent les unes des autres

et forment un gaz (qui se mélange à l'air ambiant).

De même, quand on refroidit un gaz, ses molécules se déplacent de moins en moins et finissent par rester proches les

unes des autres comme dans un liquide. En refroidissant davantage, les molécules ne bougent presque plus et

s'accrochent entre elles (on n'expliquera pas comment cette année) pour former un solide.

Lors d'un changement d'état, les molécules changent simplement de comportement.

Dans un solide, les molécules sont en contact et ne bougent pas, elles sont liées entre elles.

Dans un liquide, les molécules sont en contact et glissent les unes contre les autres.

Dans un gaz, les molécules sont éloignées les unes des autres et se déplacent constamment

dans toutes les directions.


p 5

IV STRUCTURES ATOMIQUES ET MOLECULAIRES

Certaines substances solides comme le charbon, les diamants ou tous les métaux ne sont pas constituées de

molécules (où chacune a un nombre bien précis d'atomes) mais simplement d'une quantité énorme d'atomes bien

empilés (et liés les uns aux autres) dont le nombre dépend uniquement de la taille de l'échantillon.

par exemple, 1g de cuivre contient 9400 milliards de milliards d'atomes, accrochés comme sur le schéma suivant

2g de cuivre en contient tout simplement le double : 18800 milliards de milliards , 3g en contient le triple etc.

Exemple du cuivre : grossissement :

un atome de cuivre

Remarque : la façon dont les atomes sont empilés n'est pas forcément la même d'une matière à une autre.

On dit que ces substances ont une structure atomique (celles des deux pages précédentes ont une structure moléculaire).

EXERCICES et TP CHAPITRE 2 cours de M. Fillodeau

EXERCICE 1

1) Léo a représenté un verre de vin penché :

Pourquoi s'est-il trompé ?

Refais un dessin plus juste.

2) On tasse fortement de la farine ultra fine dans un bocal,

la surface semble plane et horizontale à l'œil nu :

comment faire, sans toucher la farine, pour montrer que ce

n'est pas un liquide. Expliquer et faire un dessin.

3) Malade dans sa chambre fermée, Yasmine jette un cachet

d'aspirine dans de l'eau : un gaz se forme. Quand il n'y a

plus de bulles, qu'est devenu ce gaz ? Expliquer.

4) Olga affirme que tous les solides, tous les liquides et tous

les gaz ont une forme propre : qu'en penses-tu ?

EXERCICE 2

1) Qu'est-ce qu'une molécule ? Qu'est-ce qu'un atome ?

2) En supposant que la molécule de plastique

ait la forme suivante :

a) Dans trois récipients (béchers) différents, représenter le

plastique sous forme solide, liquide et gazeuse. Justifier.

b) Donner deux raisons au moins pour lesquelles ces

schémas ne montrent pas ce qu’il y a réellement dans

les récipients (on dit que ce sont des "représentations",

ou modélisations, ou simulations).

3) Dessiner un bol penché comme celui-ci :

et comme pour le plastique,

y représenter du cuivre à l'état liquide.

Pourquoi faut-il faire des ronds sur cette représentation ?

EXERCICE 4

La connaissance de l'existence des molécules nous a permis d'expliquer :

1) pourquoi un gaz occupe tout l'espace qu'on lui donne : justifier.

2) pourquoi l'eau liquide et la glace, qui semblaient être deux substances

bien différentes, pouvaient se transformer l'une en l'autre : justifier.

EXERCICE 3 les schémas suivants représentent des

molécules contenues dans des boîtes :

1) Ces boîtes contiennent-elles des solides, des liquides ou des gaz ?

2) a) Quelles boîtes contiennent des corps purs et pourquoi ?

b) Que contiennent alors les autres ?

3) Si les ronds rouges représentent des molécules de dioxygène

et que les triangles bleus représentent des molécules de diazote, alors :

a) Dans quelle(s) boîte(s) y a-t-il du dioxygène pur ? du diazote pur ?

b) Quelle est la seule boite qui contient de l'air ? Expliquer.

p 6

1 2

4

3

5

TP CHAPITRE 2 : QUELQUES TESTS DE RECONNAISSANCE

Le tableau suivant permet de tester la présence de certaines substances :

substance propriété permettant de l'identifier

eau

plus un liquide contient de l'eau, plus il colore en

bleu le sulfate de cuivre anhydre qui, à la base, est

une poudre blanche (ou bleue très pâle si exposée à l'air

qui est toujours un peu "humide").

dioxyde de

carbone

l'eau de chaux est un liquide transparent qui devient

blanc (on dit qu'elle se "trouble") en présence de

dioxyde de carbone (et pas des autres gaz).

dihydrogène le dihydrogène est le seul gaz qui émet une sorte de

sifflement lorsqu'il brûle.

dioxygène le dioxygène est le seul gaz capable, par sa présence,

de raviver une braise ou une flamme.

1) Dans l'expérience montrée par le professeur, deux tubes à essais se

remplissent progressivement de gaz.

Il prétend que l'un des gaz est du dioxygène et que l'autre est du

dihydrogène que doit-il faire pour le prouver ?

2) Avec le matériel dont vous disposez, montrez que :

a) le gaz qu'on expulse en respirant contient du dioxyde de carbone.

b) le jus d'orange contient de l'eau et que l'huile n'en contient pas.

Pour chacune de ces questions, expliquez ce que vous avez fait.

NON

OUI

NON

tonne kg g dg cg mg

L dL cL mL

chapitre 3 MASSE , VOLUME et MASSE VOLUMIQUE cours de M. Fillodeau

I Définitions et exemples

La masse et le volume d'un objet : ce n'est pas la même chose .

La MASSE d'un objet, c'est ce qu'on lit sur une balance.

elle s'exprime souvent en grammes (g), kilogrammes (kg) , ou en tonnes.

Le VOLUME de l'objet, c'est l'espace qu'il occupe, la place qu'il prend.

on l'exprime souvent en m3 ("mètres cube"), cm

3 ("centimètres cube"), litres (L) ou millilitres (mL).

exemples : -- un dé dont chaque côté mesure 1 cm occupe un espace de 1 cm3

-- le lait occupe un espace de 1 L dans sa bouteille (pleine).

II Mesure du volume d'un liquide

On utilise une EPROUVETTE GRADUEE sur laquelle :

-- on lit l'unité, mL ou cm3 en général ( remarque : 1 mL = 1 cm3 )

-- on déduit la valeur d'une petite graduation

-- on mesure le volume de liquide qu'elle contient en prenant garde de bien positionner son œil.

III Mesure de la masse d'un liquide

Un liquide ne peut pas être directement "posé" sur une balance, il doit être pesé avec un récipient qui le contient.

Mais avant de le faire, il ne faut pas oublier de peser le récipient seul car pour connaître la masse du liquide seul,

un calcul avec la masse du récipient est nécessaire, comme le montre l'exemple suivant :

NB : sur une balance, il existe un bouton " TARE " sur lequel on peut appuyer après avoir posé le récipient seul, la balance indique alors

"0 grammes" comme si le récipient n'existait pas, cela permet de mesurer directement la masse du liquide qu'on ajoute, sans faire de calcul.

IV Conversions

les tableaux suivants permettent

de faire certaines conversions :

exemples : 1 kg = g ; 1 g = kg ; 32 dg = cg ; 25 kg = tonne

8 mL = dL ; 13,2 dL = mL p 7

exemple 1

-- unité : .

-- valeur d'une petite

graduation : .

-- volume du liquide : .

mL

50

100

150

200

250 exemple 2

-- unité : .

-- valeur d'une petite

graduation : .

-- volume du liquide : .

cm

10

20

30

40

50

3

50

cm3

400 gbalance

2425 gbalance

cm3

50

la masse du récipient (seul) est .

la masse du liquide (seul) est .

le volume du liquide est .

dg = "déci"gramme , cg = "centi"gramme , mL = "milli"litre

V Masse volumique

Un volume d'un litre d'eau (espace contenu dans un grand nombre de bouteilles) a une masse de 1 kg.

Un litre d'huile n'a pas la même masse : 0,92 kg.

On dit que la "masse volumique" de l'eau est ƍeau = 1 kg/L ( " 1 kilogramme par litre " )

et que celle de l'huile est ƍhuile = 0,92 kg/L

chaque matière a sa propre masse volumique, ce qui permet de les différencier.

De manière générale : masse volumique d'une matière = ƍmatière = é

.

exemple : 40 L d'essence ont une masse de 30 kg , par conséquent : ƍessence =

= 0,75 kg/L


EXERCICE 1

1) Pour chaque question, lequel des deux objets

est le plus lourd et lequel a le plus grand volume :

a) un homme et un enfant.

b) une boule de pétanque

et un ballon de foot en mousse.

c) une balle de golf et une balle de ping-pong.

2) John mesure les dimensions de sa chambre.

La longueur est de 5 mètres, la largeur de 4m

et la hauteur de 3m : quel est le volume

de sa chambre ?

TP CHAPITRE 3

1) a) Pèse l'éprouvette fournie.

b) Verse 50mL d'eau dans l'éprouvette et appelle le professeur pour qu'il vérifie.

c) La masse volumique de l'eau est-elle bien de 1g/mL ?

Explique et ecris tous les calculs.

2) Quelle est la masse volumique du sirop ? Explique et ecris tous les calculs.

3) De quel type de bois est constitué l'échantillon fourni ?

Explique et ecris tous les calculs.

Données pour tous les exercices :

MASSES VOLUMIQUES en g/cm3 à 20°C

LIQUIDES SOLIDES essence 0,75 bois de sapin 0,46

alcool 0,789 bois de mélèze 0,58

acétone 0,784 bois de chêne 0,65

gazole 0,85 plastique 1,2

huile d'olive 0,92 sucre 1,6

lait 1,03 aluminium 2,7

eau 1 fer 7,9

sang 1,06 cuivre 8,9

100g d'eau

+ 100g de sucre 1,26 argent 10,5

100g d'eau

+ 200g de sucre 1,35 plomb 11,3

mercure 13,5 or 19,3

On rappelle que 1 cm3 = 1 mL

EXERCICE 2

Effectuer les conversions suivantes : 1 tonne = kg

125 cg = mg ; 6 g = tonne ; 2,8 cL = L

EXERCICE 4

Quel est le nom du liquide contenu dans le récipient du III page 7 du cours ?

EXERCICE 3

1) a) Quelle est la valeur d'une petite

graduation sur l'éprouvette ?

b) Quel volume de liquide y a-t-il

dans l'éprouvette ?

2) Quelle est la masse du liquide

contenu dans l'éprouvette ?

3) Quelle est la masse volumique

de ce liquide ?

4) Ce liquide est-il de l'eau ?

expliquer.

( on rappelle que 1mL = 1cm3 )

mL

25

50

75

100

125

200 gbalance

mL

25

50

75

100

125

294 gbalance

p 8

chapitre 4 LES MELANGES cours de M. Fillodeau

I Définitions et exemples

Un mélange est une substance constituée de plusieurs corps purs et contient donc plusieurs sortes de molécules.

La plupart des objets, des liquides ou des gaz que nous connaissons et utilisons sont des mélanges, par exemple :

-- qui contient .

qui contient .

-- qui contient .

qui contient .

-- l'air, gaz qui contient .

Parfois, on sait bien qu'il s'agit d'un mélange car on voit, à l'œil nu, plusieursde ses constituants.

On dit alors que le mélange est hétérogène.

exemples : .

. .

. .

Parfois, on ne voit pas qu'il s'agit d'un mélange car on a l'impression qu'il n'y a qu'un seul constituant.

On dit alors que le mélange est homogène.

exemples : .

. .

. .

II Séparation des constituants d'un mélange

Certaines substances sont faciles à séparer avec des méthodes simples que nous allons voir ici.

Mais la séparation par exemple d'un sirop mélangé à de l'eau, l'extraction de l'argent de son minerai ou celle de la

caféine du café, demandent des méthodes plus complexes qui ne peuvent être étudiées au niveau de la cinquième.

1) Décantation

Méthode utilisée dans le cas d'un mélange { liquide + solide } où il s'agit simplement de laisser reposer ce mélange

dans un récipient et d'attendre que le solide tombe complètement au fond sous l'effet de son poids.

On récupère ensuite le liquide en le versant délicatement dans un autre récipient.

Décantations faciles à observer : celle d'un jus d'orange avec sa pulpe et celle d'un mélange {chocolat en poudre + lait}.

On utilise aussi cette méthode pour séparer deux liquides non miscibles (voir page 10).

2) Filtration

Méthode aussi utilisée dans le cas d'un mélange { liquide + solide },

mais plus rapide que la décantation.

Le filtre est un papier poreux dont les trous ( ou "pores" ) ne laissent

passer que le liquide.

3) Evaporation

Laissée à l'air libre dans un récipient, l'eau "disparaît" progressivement :

en "tapant" continuellement sur la surface de l'eau, les molécules d'air

emportent petit à petit avec elles toutes les molécules d'eau.

Mais elles n'emportent pas les particules les plus lourdes comme celles

qui constituent le calcaire et on peut ainsi, avec un peu de patience,

séparer ce type de substances de l'eau.

filtration d'un mélange {eau + farine}

p 9

III Dissolution, solubilité

1) Dissolution

Quand on mélange des grains de sucre à de l'eau, ils ne se voient plus et semblent avoir disparu.

Pourtant, le sucre est toujours présent car l'eau a un goût sucré.

explication :

les molécules d'eau ont simplement séparé puis dispersé les molécules de sucre qui constituent chaque grain

et comme toutes ces molécules sont extrêmement petites, à l'œil nu, on ne les voit plus.

On dit que l'eau a "dissous" le sucre.

L'effet est plus rapide si on mélange avec une cuillère car les molécules d'eau viennent frapper celles du sucre.

C'est plus rapide aussi si on augmente la température car plus une substance est chaude, plus ses molécules bougent.

2) Définitions

Certains liquides sont connus et utilisés pour leur capacité à dissoudre certaines substances :

l'eau, par exemple, dissout très bien des solides comme le sucre et le sel, mais aussi des gaz comme le dioxyde de

carbone ou des liquides comme l'alcool et le sirop ; le white spirit dissout très bien les graisses (pas l'eau) ;

l'acétone dissout très bien les colles (pas l'eau) ; l'alcool dissout très bien les vernis et les essences en parfumerie.

Plus une substance se dissout facilement dans un liquide plus on la dit "soluble" dans ce liquide.

Dans tous les cas, on appelle : -- solvant = liquide dans lequel on dissout quelque chose.

-- soluté = substance que l'on dissout.

-- solution = liquide obtenu ( solvant + soluté ).

-- et on parle de "solution aqueuse" quand le solvant est de l'eau.

à savoir : lors d'une dissolution, les molécules du solvant séparent et dispersent les molécules du soluté .

3) Saturation

Au-delà d'une certaine quantité, le sucre ne se dissout plus dans l'eau et le surplus se dépose au fond :

on dit alors que la solution est saturée.

Pour un litre d'eau, cette limite est atteinte avec 2kg de sucre,

on dit alors que la solubilité du sucre dans l'eau est de 2 kg/L.

Le tableau suivant donne quelques solubilités

On en déduit par exemple que :

-- le sucre est beaucoup plus soluble dans l'eau que dans l'alcool.

-- si on mélange 10g de caféine dans 1L d'alcool,

6g se dissolvent et 4g resteront dans le fond.

4) Conservation de la masse

On pèse à part 100g d'eau et 20g de sucre puis on les mélange :

après dissolution totale du sucre, la solution obtenue pèse 120g.

Au cours d'une dissolution, la masse totale se conserve car aucune molécule (du solvant et du soluté) ne disparaît,

la quantité reste la même : elles se mélangent, tout simplement.

IV Miscibilité ( des liquides )

Deux liquides sont "miscibles" si, après les avoir mélangés,

on obtient un mélange homogène où ils restent toujours

parfaitement mélangés, comme pour l'eau et le sirop par exemple.

S'ils ne sont pas miscibles, comme l'eau et l'huile, ils se séparent

naturellement au bout d'un certain temps, le plus "léger" (ou plutôt

celui qui a la masse volumique la plus faible) se trouvant au-dessus.

solvant soluté solubilité

eau sucre 2000 g/L

eau sel

eau chaux 1,7 g/L

alcool sucre 10 g/L

alcool caféine 6 g/L

cyclohexane diiode 28 g/L

après agitation après repos

mélange non miscibled'huile et d'eau

huile

eau

p 10



Exercice 1 1) Parmi les objets ou matières suivants, lesquels sont des mélanges et pourquoi ?

de l'eau sucrée, une bague en or, le gaz d'une bouteille où il est écrit "dioxygène pur", un vélo et un arbre.

2) Dans un tableau, précise si les mélanges suivants sont homogènes ou hétérogènes et explique pourquoi.

a) eau sucrée avant agitation b) eau sucrée après (longue) agitation c) jus d'orange avec pulpe après agitation

d) eau + sirop de menthe après agitation e) sirop de menthe versé doucement dans un verre d'eau (sans agitation)

f) coca cola dans une bouteille neuve non ouverte g) coca cola dans une bouteille qu'on vient d'ouvrir

h) une pièce de 1 euro (mélange de nickel gris et laiton jaune) i) une pièce de 10 centimes (mélange jaune de cuivre, aluminium, zinc et étain)

3) Fais un dessin pour chaque exemple de la question 2 et mets des légendes uniquement pour les mélanges hétérogènes.

4) a) Dessine la bouteille de jus d'orange plusieurs heures après l'agitation.

b) Que s'est-il passé et comment appelle-t-on ce phénomène ?

Kim réalise l'expérience ci-dessus avec son jus d'orange

1) Pourquoi fait-elle cela ?

2) Colore la (les) partie(s) liquide(s) en orange.

3) Complète les légendes.

4) Comment s'appelle ce type d'expérience ?

..................

.......................

mélange

h.......................

flacon

mélange

h.......................

pulpe

Exercice 2

TP CHAPITRE 4 : PARTIE 1

1) A l'aide d'une éprouvette graduée, verse 100mL d'eau

dans un bécher et pèse l'ensemble [ bécher + eau ].

2) a) Ajoute 10g de sel dans le bécher

(aide-toi d'un autre récipient pour la pesée des 10g).

b) Mélange jusqu'à dissolution totale du sel dans l'eau.

3) Pèse le bécher d'eau salée, conclus et explique.

4) a) Complète ce tableau où chaque groupe remplira 1 colonne :

masse de sel dans

100mL d'eau 10g 15g 20g 25g 30g 35g 40g 45g 50g

dissolution totale ? oui

b) Qu'en déduis-tu sur la solubilité du sel dans l'eau ( en g/L ) ?

Exercice 5 : sur ce schéma, Nino a représenté des molécules d'eau par des ronds et des molécules de sucre par des triangles.

1) Quel phénomène a-t-il voulu schématiser ici ?

2) Quel est le solvant et quel est le soluté ici ? Explique ce qui se passe entre ces molécules.

3) La masse du récipient et de son contenu change-t-elle au cours du temps ? Justifier.

4) En chimie, qu'est-ce qu'une solution ? Est-elle aqueuse ici et pourquoi ?

Exercice 3

Sur le schéma ci-dessous, Kim a représenté l'évaporation de l'eau.

1) Que représentent les

triangles, les ronds et les

carrés ?

Expliquer clairement

pour chacun.

2) Comment explique-t-on

l'évaporation de l'eau

grâce à ce schéma ?

Et comme il ne voit plus de sucre, il n'a pas atteint la …… Pour obtenir cette dernière, il aurait fallu verser plus de 10g

de sucre dans son récipient de 1L, on dit que la ……. du sucre dans l'alcool est de ……..

Dans cette expérience, le solvant est ……. et le soluté est ……..

2) Que se passe-t-il si Nino mélange 12g de sucre dans 1L d'alcool ?

Exercice 4 : 1) Recopie et complète le texte à trous suivant :

Nino verse 5 grammes de sucre dans un litre d'alcool et

mélange avec une cuillère : il ne voit plus le sucre, il s'est

donc entièrement ……

Le liquide qu'il obtient est une …… qui n'est pas aqueuse car le

solvant .....[fin de phrase]...…

TP CHAPITRE 4 : PARTIE 2

Le white spirit est un liquide qu'il faut éviter de toucher et de

respirer ( bouche les tubes à essais de ce TP pour éviter l'odeur ).

5) a) L'eau et le white-spirit sont-ils miscibles ? Explique.

b) Le white-spirit et l'huile sont-ils miscibles ? Explique.

6) a) Dessine les tubes à essais utilisés pour la question 5.

b) Mets des légendes ,

et précise si les mélanges sont homogènes ou hétérogènes.

7) Entre l'eau et le white spirit :

a) lequel a la plus grande masse volumique ? Explique.

b) lequel est plus efficace pour enlever une tache de gras ?

8) a) Filtre un mélange d'eau et de sable.

b) Fais un schéma légendé de ton montage. p 11

chapitre 5 CHANGEMENTS D'ETAT D'UN CORPS PUR cours de M. Fillodeau

I Introduction relire la page 5.

II Les différents changements d'état

exemples :

-- le passage de l'état liquide à l'état solide d'un corps est une solidification

-- le passage de l'état liquide à l'état gazeux d'un corps est une vaporisation.

important :

-- il faut chauffer le corps pour qu'il subisse certains changements d'états (flèches rouges)

-- il faut le refroidir pour les autres (flèches bleues).

III Températures de changements d'état

1) Exemple de l'eau pure

a) Question : . comment évolue la température d'une eau à 20°C si on la met dans un congélateur à -10°C ?

hypothèses : .

.

.

b) Solidification de l'eau

temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

température (°C)

état

On refroidit de l'eau initialement à °C grâce à de la glace à °C .

Toutes les minutes, on relève la température de l'eau, tout en regardant dans quel état elle se trouve.

Les mesures sont regroupées dans le tableau ci-dessus et grâce à elles, on trace le graphe ci-dessous.

fusion

solidificationSOLIDE LIQUIDE

GAZsu

blim

ation

conden

sation

vapor

isat

ion

liquéf

acti

on

1 5 10 15

temps en min 0

1

5

10

20

15

- 5

température en °C

p 12

Réponse à la question du a) : .

.

.

.

c) TP : vaporisation de l'eau

Le matériel disposé sur votre table permet de chauffer de l'eau initialement à °C dans un tube à essais

et de mesurer sa température avec un thermomètre.

Remarques à lire absolument avant de manipuler :

-- les premières "petites" bulles que vous verrez sont constituées des gaz dissous dans l'eau qui s'échappent en

premier du liquide sous l'effet de la chaleur : ce n'est pas de l'eau.

-- quand les "grosses" bulles se forment, l'eau bout : dans le tube à essais,

l'eau est présente à l'état liquide ET à l'état gazeux : les bulles sont alors de l'eau sous forme gazeuse.

-- si la température dépasse 110°C, retirez vite le thermomètre, ne le posez pas, et appelez M. Fillodeau.

Déclenchez le chronomètre au moment où vous "allumez" le générateur et remplissez le tableau suivant :

temps (min) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

température (°C)

état

1 5 10 15

temps en min 0

10

50

température en °C

100

La courbe présente une partie plate horizontale qu'on appelle un "palier".

Le palier correspond à la durée totale du changement d'état où la température reste constante.

Conclusion : .

.

.

Tracez alors ci-dessous la " représentation graphique " de cette expérience :

p 13


2) Conclusions et autres remarques

Les températures de fusion et de solidification d'un corps pur sont toujours identiques ( voir schéma du II ),

comme celles de vaporisation et de liquéfaction, ainsi que celles de sublimation et de condensation.

Ces valeurs sont spécifiques à l'eau,

les autres corps purs ont leurs propres températures

de changements d'état. exemples

ces valeurs dépendent aussi de la pression atmosphérique :

en haute montagne par exemple, comme il y a moins d'air, il "appuie" moins sur

les molécules d'un liquide que l'on chauffe, elles peuvent donc se disperser plus

facilement et la température de vaporisation de ce liquide est plus faible.

3) Autres exemples (sous forme d'exercice)

Les graphes suivants représentent l'évolution au cours du temps de la température de deux liquides :

On en déduit que :

-- la température initiale des deux liquides est : .

-- le liquide A est [ chauffé / refroidi ] (entoure la bonne réponse) car sa température ,

le liquide B, lui, est .

-- pour le liquide A :

Un palier vers °C et qui commence au bout de , montre que A :

il passe à l'état (puisque c'est un liquide qui est ).

Pendant tout le temps que dure le palier, A est à l'état .

La température de de A (ainsi que celle de ) est vers ,

par conséquent, d'après le tableau du 2), A est .

-- pour le liquide B :

La température reste constante vers °C pendant (à partir de la minute) : la

courbe présente donc un pendant lequel B est à l'état ,

(puisque c'est un liquide qui est ).

Avant le palier, B est à l'état et après le palier, il est à l'état .

La température de de B (ainsi que celle de ) est vers ,

par conséquent, d'après le tableau du 2), B est .

0

20

1 3

température en °C du liquide A

temps en h

0

- 20

- 40

20

1 3

- 60

température en °C du liquide B

temps en min

p 14

Lorsqu'un corps pur passe d'un état à un autre, et pendant tout le temps que dure cette transformation (donc tant que ce corps existe dans les deux états), sa température reste constante.

La solidification et la fusion de l'eau (pure) s'effectuent à 0°C.

La vaporisation et la liquéfaction de l'eau s'effectuent à 100°C.


substance température

de fusion

température de

vaporisation

eau 0 °C 100 °C

alcool - 114 °C 79 °C

glycérine 18,2 °C 290 °C

mercure - 39 °C 357 °C

fer 1538 °C 2861 °C

or 1064 °C 2856 °C

polystyrène 160 °C -

PVC 125 °C -

données à pression atmosphérique normale

NB : le polystyrène et le PVC ne se vaporisent pas

à pression atmosphérique normale car ils

brûlent avant (respectivement à 490 et 600°C).

5

température en °C

temps en min

15100

5

10

-5

-10

IV Masse et volume lors d'un changement d'état

Lorsqu'une substance change d'état, sa masse ne varie pas alors que son volume, lui, change.

Explications :

-- la masse ne varie pas car…

car le nombre de molécules de la substance après le changement d'état :

si un glaçon contient 1 000 000 molécules d'eau, l'eau liquide obtenue après fusion en contient .

(les molécules se sont juste décrochées).

-- le volume change car…

Une substance gazeuse occupe tout le volume qu'on lui donne donc forcément plus qu'à l'état liquide ou solide.

Les molécules d'une substance à l'état solide sont généralement qu'à l'état liquide ,

donc quand cette substance passe de l'état liquide à l'état solide, son volume .

Mais il y a des exceptions comme pour l'eau, car à l'état solide, ses molécules s'accrochent de telle manière

qu'elles laissent un certain espace entre elles : revoir les schémas page 5.


Exercice 1 : au début des expériences de cet exercice, A et C sont à l'état solide, B et D sont à l'état liquide.

1) Quelles sont les températures initiales et finales des substances A, B, C et D ?

2) a) Subissent-elles un changement d'état ? Pourquoi ?

b) Quels changements d'état subissent-elles (donner leurs noms) ? Combien de temps durent-ils ?

3) Indiquer, à l'aide de pointillés, dans quel(s) état(s) sont ces substances au cours du temps.

4) a) Quelle est la température de solidification de A ? Expliquer.

b) De quel autre changement d'état de D peut-on aussi connaître la température ?

c) D'après les données du cours, pouvez-vous savoir quelles sont les substances A, B et D ?

d) Quelle(s) substance(s) est-on sûr que C n'est pas ?

5) Quelle serait l'allure de la courbe si on chauffait du mercure de -100 à 500°C (ne pas graduer l'axe du temps) ?

Exercice 2

En solidifiant de l'eau salée, on obtient la courbe suivante

Il y a un changement d'état mais ce n'est pas celui d'un corps pur,

c'est celui d'un mélange.

1) Quelles différences y a-t-il entre le changement d'état d'un corps pur et celui d'un mélange ?

2) Indiquer en pointillés sur le graphe dans quel(s) état(s) est ce mélange au cours du temps.

TP : fusion de l'eau et masse au cours d'un changement d'état.

On réalise l'expérience suivante, avec de la glace initialement à °C

Toutes les minutes, on pèse l'ensemble et on mesure la température.

1) a) Qu'avez-vous observé à propos de la température ?

b) Que se passe-t-il à 0°C ? Que voit-on dans le récipient pendant toute cette période ?

c) Que peut-on dire de l'eau au moment où elle n'est plus à 0°C ?

2) Tracer l'allure de la courbe représentant la température de l'eau en fonction du temps.

3) Qu'avez-vous observé à propos de la masse ? Expliquez.

01 3

température de A en °C

temps en min25

100

150

5

température de D en °C

temps en s-5

130

....... gbalance

glace

thermomètre

0 1

température de C en °C

temps en h50

0 2

température de B en °C

temps en h2850

2855

p 15

chapitre 6 LA TERRE ET L'UNIVERS cours de M. Fillodeau

I Structure de l'Univers

La Terre est extrêmement petite dans l'Univers, elle est juste un des multiples astres que ce dernier contient.

1) Notre système solaire

La Terre est une car par définition,

c'est un gros astre rond qui autour d'une : le Soleil.

Ce n'est pas la seule : dans l'ordre en partant du Soleil, il y a M , V , T ,

M , J , S , U et N .

Des astres ronds mais plus petits tournent autour de certaines planètes, on dit que ce sont des s .

de ces planètes. La est le seul satellite de la Terre, Titan par exemple est l'un de ceux de Saturne.

Les autres planètes (et leurs satellites) sont hostiles à la vie telle que nous la connaissons notamment

parce que l'air (s'il y en a) y est différent du nôtre et les températures y sont soit trop fortes soit trop faibles.

De plus, certaines planètes sont aussi gazeuses…

Deux "ceintures" d' as entourent aussi le Soleil : ils tournent autour de lui mais sont trop petits

(taille de 1m à 1000km) pour être considérés comme des planètes. Les plus gros, comme Pluton, dont la taille

dépasse 1000km (ils sont rares), ont une forme ronde et sont aussi appelés "planètes ".

La zone de l'espace sous l'influence du Soleil (où son attraction gravitationnelle a lieu) s'appelle le nuage d'Oort

ou tout simplement le s solaire

et elle s'étend sur plusieurs milliers de milliards de kilomètres autour du Soleil !

2) Le "reste" de l'univers

Mais le Soleil est une parmi tant d'autres et chacune a (ou peut avoir) ses propres planètes.

Il est donc fort probable qu'une de ces planètes offre de bonnes conditions pour qu'une forme de vie s'y soit

développée (mais certainement très différente de celle que nous connaissons).

Les étoiles se regroupent par milliards dans des qui ont

(souvent) une forme de spirale. La nôtre s'appelle la .

et elle s'étend sur environ un milliard de milliard de kilomètres.

Le de la Vierge est un groupe de plusieurs milliers de galaxies

dont la nôtre fait partie et qui s'étend sur mille milliards de milliards de kilomètres.

Des superamas, avec nos instruments, on en voit pour l'instant plusieurs millions

et nos connaissances sur la constitution de l'Univers s'arrêtent là.

Remarque : les distances et les quantités énormes qui sont données ici ne sont pas à retenir, elles servent surtout

à bien faire comprendre que l'Univers est extrêmement grand et que la Terre n'en est qu'une infime partie.

p 16

ce schéma ne respecte pas les distances entre tous ces astres, mais il respecte les proportions des uns par rapport

aux autres : la Terre, par exemple, est environ 11 fois plus petite que Jupiter et 100 fois plus petite que le Soleil.

Ce schéma respecte les distances : si la distance Soleil-Terre était de 0,5cm , la distance Soleil-Neptune serait de 15cm.

Soleil Venus

Mercure Terre

Mars

Jupiter Saturne Uranus Neptune

1ère ceinture d'astéroïdes échelle : 0,5 cm pour 150 000 000 km

système solaire

Pour représenter la Terre devant le Soleil sur cette feuille, on ne peut pas respecter les distances car si la Terre avait un

diamètre de 1 cm, le Soleil aurait un diamètre d'environ 1 m et la distance Soleil-Terre serait d'environ 110 m.

II Matière constituant l'Univers

Par matière, on entend "atomes" (ou plutôt "éléments", la nuance est subtile : on la verra en classe de 3ème

) qui

constituent, en s'assemblant, les molécules. Dans l'Univers, il existe 92 sortes d'éléments (hydrogène, carbone,

oxygène, azote, fer, silicium, chlore, nickel, phosphore…). On les trouve dans les proportions suivantes :

D'où viennent ces atomes et pourquoi dit-on que les hommes sont des "poussières d'étoiles" ? réponse au III.

Une grande partie de l'Univers serait aussi constituée d'une substance nommée "matière noire", on a la preuve qu'elle

existe, mais on ne la voit pas (d'où son nom) et on n'en sait pas grand-chose : on n'en parlera donc pas davantage ici.

III Formation et évolution de l'Univers

La plupart des connaissances qui vont suivre viennent de calculs, d'expériences ou d'observations trop compliqués

à expliquer au niveau du collège ou du lycée. Et beaucoup sont théoriques ou incomplètes : on n'est sûr de rien…

Dans un premier temps (vers 1925), on s'est rendu compte que les galaxies (et les superamas) s'éloignaient les

unes des autres et donc que l'univers est en expansion.

On en a alors déduit qu'à un moment, tout l'univers devait être rassemblé en un même endroit (pas plus grand

qu'un atome…) et que suite à une explosion, il s'est dispersé dans toutes les directions expliquant cette expansion :

la théorie du Big Bang est ainsi née. Pour ce qui est de l'avant Big Bang, nous n'avons aucune théorie.

On estime que le Big Bang a eu lieu il y a 13,7 milliards d'années ce qui constitue donc l' âge de l'Univers.

A partir des "débris", les premiers électrons, protons et neutrons se seraient rapidement formés : en moins d'une minute,

puis, en 300 000 ans, les premiers atomes (constitués de ces 3 particules) : ceux d'hydrogène et d'hélium (qui sont les plus

petits atomes et qui représentent 99% de l'Univers).

Du fait de leur masse, des objets suffisamment proches s'attirent dans l'espace (et plus ils sont lourds, plus ils s'attirent),

c'est un phénomène qu'on ne sait pas expliquer et qui s'appelle la gravitation.

Par gravitation et pendant plusieurs centaines de millions d'années, les atomes d'hydrogène et d'hélium se sont attirés et ont

formé des nuages géants de gaz qui se sont eux-mêmes comprimés (par gravitation) ce qui a provoqué un fort échauffement

et les premières étoiles sont ainsi nées.

Par gravitation toujours, les étoiles se sont regroupées en galaxies et en superamas.

Dans une étoile, les atomes d'hydrogène, très chauds et sous forte pression, fusionnent et forment de l'hélium ce qui

produit aussi l'énergie lumineuse qui est émise. Au centre, où la gravitation, la pression et la température sont toujours plus

fortes, les atomes d'hélium fusionnent pour former des atomes plus gros et plus lourds qui à leur tour fusionnent pour en

obtenir d'autres encore plus gros etc. Ainsi se forment des atomes de carbone, oxygène, silicium, fer etc.

Les particules issues des fusions ont tendance à être expulsées, mais elles sont aussi retenues par la masse centrale du fait

de la gravitation. Au cours du temps, pour différentes raisons qu'on n'expliquera pas ici, ces forces d'attraction et répulsion

changent et la taille de l'étoile évolue : elle passera par une phase où elle grossit énormément et une autre où elle se

condense tellement qu'elle finit par exploser, disséminant ainsi tous ses atomes dans l'Univers.

Puis c'est un cycle qui recommence : formation par gravitation de nuages géants gazeux avec ces atomes disséminés, puis

formation de nouvelles étoiles etc. Le système solaire est ainsi né il y a 4,6 milliards d'années.

Lorsque des corps s'attirent par gravitation, les chocs multiples les font tourner. Les étoiles et les planètes, issues de ce

phénomène, tournent donc sur elles-mêmes. Couplée à l'attraction par gravitation, la rotation d'une étoile naissante fait

aussi tourner avec elle les nombreuses "poussières" à proximité. Ces poussières contiennent, entre autres, les atomes plus

lourds créés dans des étoiles qui ont explosé. Par gravitation, ces poussières peuvent aussi s'attirer et former des corps plus

gros qui selon leur vitesse, leur éloignement, les collisions et plusieurs autres conditions, peuvent mener à la formation de

ceintures d'astéroïdes, d'anneaux ou de planètes. C'est ainsi que la Terre se serait formée.

Il faut bien voir que chaque phénomène décrit ici prend énormément de temps : des dizaines ou des centaines de

milliers ou de millions d'années.

En ce qui concerne la vie, les premières cellules seraient apparues sur Terre il y a 3,8 milliards d'années (on ne sait

pas comment), il y a 220 millions d'années pour les mammifères, et 200 000 ans seulement pour l'homme "moderne".

Les atomes on été "fabriqués" dans les étoiles, la Terre et nous-mêmes sommes donc bien des "poussières d'étoiles".


p 17

Univers

et système solaire

hydrogène 75 %

hélium 24 %

tous les autres 1 %

Terre oxygène 46 %

silicium 28 %

aluminium 8 %

fer 5 %

calcium 4 %

sodium 3 %

potassium 3 %

magnésium 2 %

autres 1 %

corps humain oxygène 65 %

carbone 18 %

hydrogène 10 %

azote 3 %

calcium 2 %

phosphore 1 %

autres 1 %

de la Terre au Soleil du Soleil à Neptune de la Terre à Saturne

distance en cm sur le schéma

distance réelle en km

IV Unités de distances astronomiques

Les distances calculées dans l'univers donnent des nombres énormes si on les laisse en mètres ou en km.

On préfère alors utiliser deux autres unités de distance : l'unité astronomique (ua) et l'année-lumière (al).

1 ua = 150 000 000 km , c'est la distance Terre-Soleil

1 al ≈ 10 000 000 000 000 km = 10 000 milliards de km , c'est la distance parcourue par la lumière en un an.


Exercice 1 : Ce schéma donne les distances séparant les planètes du Soleil à l' échelle 0,5 cm pour 150 000 000 km .

1) Quelles sont alors les distances réelles séparant la Terre du Soleil, le Soleil de Neptune et la Terre de Saturne ?

Aide-toi en remplissant le tableau de proportionnalité suivant :

2) Les distances en km donnent de très grands nombres, on préfère alors utiliser l'unité astronomique (ua) :

sachant que 1 ua = 150 000 000 km, donne les distances calculées au 1) en ua.

3) Nous n'avons pas pu dessiner le Soleil et les planètes : explique pourquoi sachant que le diamètre du Soleil est de 1 392 000 km.

Exercice 2 : Le diamètre du Soleil est 1 392 000 km, celui de la Terre est 12 750 km et celui de Neptune est 49 250 km

En respectant les échelles, on veut faire une maquette du système solaire avec un Soleil de 1 mètre de diamètre.

1) a) Que devront-être les diamètres de la Terre et de Neptune pour la maquette ?

b) Quelles distances les sépareront du Soleil ?

2) Un terrain de foot mesure à peu près 100 m de longueur.

combien de terrains de foot devront séparer le Soleil et la Terre et combien entre le Soleil et Neptune ?

Exercice 3 : 1) Selon les dernières théories : a) quel est l'âge de l'Univers ? b) Après quel phénomène est-il apparu ?

c) Quel est l'âge de notre système solaire ? d) Depuis combien de temps y a-t-il des hommes sur Terre ?

e) Pourquoi sommes-nous des "poussières d'étoiles" ?

2) a) Combien y a-t-il de secondes dans une année ?

b) Si l'âge de l'Univers était de 1 an, depuis combien de temps y aurait-t-il des hommes sur Terre ?

3) a) Qu'est-ce qu'une galaxie ?

b) La galaxie Andromède est située à 2 550 000 années-lumière de la Voie Lactée : convertir cette distance en km.

Exercice 4 :

Le schéma suivant, qui n'est pas à l'échelle, représente le déplacement des planètes autour du Soleil. Leurs trajectoires sont en pointillés.

1) a) Quelle forme ont les trajectoires ? b) Sont-elles dans un même plan ? 2) Mettre des légendes pour les planètes.

Soleil Venus

Mercure Terre

Mars

Jupiter Saturne Uranus Neptune

1ère ceinture d'astéroïdes

p 18

chapitre 7 LA LUMIERE cours de M. Fillodeau

I Propagation rectiligne de la lumière

1) Expérience

On place un écran opaque percé d'un trou entre une lampe et un mur.

une tache lumineuse pratiquement aussi petite que le trou

apparaît juste en face sur le mur.

la lumière qui passe par le trou se propage en ligne droite jusqu'au mur.

2) Rayons lumineux

On représente le trajet de la lumière par des droites sur lesquelles

une flèche indique le sens de propagation : ce sont les rayons lumineux.

Une lampe émet des rayons de lumière dans toutes les directions.

Dans l'expérience précédente, le trou dans l'écran ne laisse passer

que quelques rayons qui forment un faisceau lumineux.

Et le schéma suivant montre pourquoi la tache sur le mur est légèrement plus grande que le trou

II Lumière et vision

Dans le noir, on ne voit rien. Mais un objet sera visible s'il est éclairé (par une lampe par exemple).

L'objet renvoie de la lumière (provenant de la lampe) dans toutes les directions, on dit qu'il la diffuse.

L'œil, quel que soit l'endroit où il se trouve, recevra donc de cette lumière.

attention : l'objet n'est pas comme un miroir car celui-ci renvoie (principalement) la lumière dans une seule

direction (on dit qu'il la "réfléchit").

Eclairés par la même lampe, des objets différents ne diffusent pas la même lumière :

la couleur et l'intensité de cette lumière peuvent changer.

-- un objet clair renvoie beaucoup de lumière car il est capable d'éclairer convenablement

une feuille blanche placée à proximité.

exemples : -- un objet foncé renvoie peu de lumière (car la feuille blanche sera peu éclairée).

-- éclairé par une lampe "classique", un objet bleu renvoie de la lumière bleue,

un objet rouge renvoie une lumière rouge etc.

Dans l'œil, des capteurs perçoivent ces différences et c'est ce qui rend la vision possible.

III Sources de lumière et autres définitions

Un corps est une source de lumière s'il envoie de la lumière.

Ceux qui produisent la lumière qu'ils envoient sont des sources primaires (ou "objets lumineux").

exemples : soleil, lampe, bougie.

Ceux qui renvoient de la lumière provenant d'une autre source sont des sources secondaires ou objets diffusants.

exemples : lune, table, livre, homme.

En général, les objets sont opaques : ils interceptent la lumière qui les atteint, en renvoient une partie et

"absorbent" le reste. Plus un objet est foncé, plus il absorbe de la lumière et moins il en diffuse.

Certains objets sont traversés par la lumière : ils sont transparents (comme le verre).

Les objets translucides, en plus, diffusent la lumière qui les traverse (comme le papier calque).

écran mur

faisceau

écran mur

objet

opaque

objet

translucide

objet

transparent

p 19

IV Vitesse de la lumière

La lumière se propage très rapidement dans le vide de l'espace : elle parcourt 300 000 km en une seconde !

Dans l'air, c'est très légèrement moins et dans les autres matières, elle est plus faible mais toujours

très importante (225 000 km/s dans l'eau par exemple).

On a donc l'impression qu'elle nous parvient immédiatement quand on allume une lampe.

Mais ce n'est pas le cas pour les étoiles qui se trouvent à des milliards de kilomètres de nous : voir exercice .

La vitesse de la lumière dans le vide (et dans l'air) est notée c et c = 300 000 km/s = 300 000 000 m/s

On pense que c'est la vitesse la plus élevée qui existe dans l'univers.


Exercice 1

1) Fais une phrase avec les mots [ œil, objet, lumière, soleil et diffuse ]

qui explique pourquoi l'œil voit l'objet sur ce schéma

2) Quelles flèches montrent le trajet de la lumière qui permet à l'œil

de voir l'objet (les donner dans le bon ordre) ?

3) a) Si l'œil était placé au point A, pourquoi verrait-il encore l'objet ?

b) Refais le schéma en rajoutant des rayons lumineux qui le prouvent

(en commençant par tracer un rayon partant du soleil).

4) L'objet et le soleil sont-ils des sources de lumière ? Si oui, sont-elles primaires ou secondaires ?

5) La lune est-elle une source primaire ou secondaire de lumière ? Explique.

Exercice 2

Dans la nuit noire, une toute petite lampe assimilable à un point éclaire à travers une vitre. Et elle est placée dans un abat-jour.

1) Sans abat-jour, dans quelle direction la lumière de la lampe se propagerait-elle ?

2) La lampe n'éclaire pas toute la vitre : a) place un point A et un point B sur la vitre qui délimitent la partie éclairée.

b) dessine quelques rayons lumineux formant le faisceau lumineux qui atteint la vitre.

3) La vitre diffuse-t-elle la lumière de la lampe ? Pourquoi ?

4) L'œil voit-il les personnages C et D ? Explique en traçant les rayons lumineux appropriés.

5) le personnage C voit-il le personnage D ? D voit-il C ? L'œil voit-il la lampe ? Explique pour chaque cas.

Exercice 3 : Sachant que la vitesse de la lumière est de 300 000 km/s :

1) Combien de temps met-elle pour nous parvenir du Soleil situé à 150 000 000 km de la Terre ?

Tu peux faire un tableau de proportionnalité pour t'aider. Et tu donneras le résultat en secondes et en minutes.

2) a) Calcule, en km, la distance parcourue par la lumière en un an.

b) Comment appelle-t-on cette distance ?

3) La lumière met 8,6 années à nous parvenir de l'étoile Sirius : combien de km nous séparent de Sirius ?

ob

j e

t

Asoleil

oeil

x

1

6

5

4

32

p 20

oeil

lampe+ abat-jour

maison

vitre

C

D

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