Fichier Comp 6267pc3 n 2

physique chimie 3

Nouveau programme 2009

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Livre du professeur Sous la direction de Jean-Marie Parisi Sylvaine Arnould-Drouilly Professeur au collège Alfred Mézières, Nancy Professeur au collège Robert Géant, Vézelise

Gwenaëlle Cuny Professeur au collège Pilâtre de Rozier, Ars-sur-Moselle

Éric Donadéi Professeur au collège Théodore-Monod, Villerupt

Fabienne Foltrauer Professeur au collège et lycée Notre-Dame-de-la-Providence, Thionville

Sophie Robert Professeur au collège la Madeleine, Angers

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

Mohamed Bouhki

La nouvelle collection de Physique-Chimie 3e met à la disposition des professeurs un ensemble d’outils complémentaires (voir au dos de la couverture).

Photo de couverture : © Doug Armand/Stone/Getty Images Mise en pages : Compo-Méca Belin s’engage, avec ses partenaires, pour l’environnement et le développement durable. Belin garantit : • l’utilisation de papier recyclé ou de pâte à papier issue de forêts gérées de façon durable ; • un processus de blanchiment du papier sans chlore ; • des imprimeurs respectant l’environnement (label Imprim’Vert ou norme ISO 14001). Toutes les références à des sites Internet présentées dans le manuel et dans le livre du professeur ont été vérifiées attentivement à la date d’impression. Compte tenu de la volatilité des sites et du détournement possible de leur adresse, les éditions Belin ne peuvent en aucun cas être tenues pour responsables de leur évolution. Nous appelons donc chaque utilisateur à rester vigilant quant à leur utilisation. Le code de la propriété intellectuelle n’autorise que « les copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective » [article L. 122-5] ; il autorise également les courtes citations effectuées dans un but d’exemple ou d’illustration. En revanche « toute représentation ou reproduction intégrale ou partielle, sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite » [article L. 122-4]. La loi 95-4 du 3 janvier 1994 a confié au C.F.C. (Centre français de l’exploitation du droit de copie, 20, rue des Grands-Augustins, 75006 Paris), l’exclusivité de la gestion du droit de reprographie. Toute photocopie d’oeuvres protégées, exécutée sans son accord préalable, constitue une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal. © Éditions Belin, 2012 Code 983490

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

L’équipe d’auteurs est à votre écoute pour toute question dès maintenant ; il vous suffit d’envoyer un courriel à : [email protected] Vous recevrez une réponse dans les plus brefs délais.

Sommaire Partie A. La chimie, science de transformation de la matière 1. Les métaux et la conduction électrique.....................................................4 2. Solutions aqueuses et conduction électrique............................................8 3. Tests de reconnaissance de quelques ions..............................................12 4. Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique...........................................15 5. Pile électrochimique et énergie chimique................................................18 6. Synthèse d’espèces chimiques................................................................22

Partie B. L’énergie électrique 7. La production d’électricité.......................................................................26 8. Tension continue et tension alternative...................................................29 9. Visualisation des tensions alternatives....................................................32 10. La puissance électrique.........................................................................35

Partie C. De la gravitation à l’énergie mécanique 12. La gravitation. Le poids.........................................................................42 13. L’énergie mécanique. L’énergie cinétique..............................................46

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11. L’énergie électrique...............................................................................39

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>> Livre de l’élève p. 16

Les métaux et la conduction électrique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

UTILISATION DES MÉTAUX DANS LA VIE QUOTIDIENNE : quels sont les métaux les plus couramment utilisés ? Les métaux les plus couramment utilisés sont le fer, le zinc, l’aluminium, le cuivre, l’argent et l’or.

Observer, recenser des informations pour distinguer quelques métaux usuels et pour repérer quelques-unes de leurs utilisations.

Activité 1 p.18 Quels sont les métaux les plus couramment utilisés ? Activité 2 p.19 Quelles sont les utilisations des différents métaux ?

L’ÉLECTRON ET LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE DANS LES SOLIDES : tous les solides conduisent-ils le courant électrique ? Tous les métaux conduisent le courant électrique. Tous les solides ne conduisent pas le courant électrique. La conduction du courant électrique dans les métaux s’interprète par un déplacement d’électrons.

Pratiquer une démarche expérimentale afin de comparer le caractère conducteur de différents solides. Valider ou invalider une hypothèse sur le caractère conducteur ou isolant d’un solide.

Activité 3 p.20 Les solides sont-ils tous, comme les métaux, conducteurs du courant électrique ? Activité 4 p. 21 Comment les métaux conduisent-ils le courant électrique ?

Après avoir étudié dans les classes antérieures les propriétés du courant électrique dans les circuits, l’élève aborde dans ce chapitre la nature de ce courant. C’est d’abord dans les métaux que la nature du courant électrique est abordée puisque l’élève n’a utilisé que de tels conducteurs dans les circuits qu’il a construits ; cette notion sera ensuite étendue aux solutions aqueuses dans le chapitre suivant. L’activité 1 présente de façon documentaire les métaux courants (zinc, fer, aluminium, cuivre, argent



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• • • 

et or) ainsi qu’un organigramme pour les distinguer à partir de leurs propriétés physiques : couleur, densité, attraction par un aimant ou non. L’activité 2 présente les utilisations spécifiques de ces métaux courants ainsi que quelques propriétés chimiques spécifiques. Ce sont les activités 3 et 4 qui abordent la notion de courant électrique dans les métaux. L’électron est alors introduit : le courant électrique dans un métal est un mouvement d’ensemble d’électrons.

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Choix pédagogiques

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Le professeur peut se procurer des cubes métalliques de même dimensions de 4 métaux différents : cuivre, aluminium, fer et zinc chez Sciencéthic. Comparer leurs masses revient donc à comparer leurs densités. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’

• Matériel : 1 pile plate 4,5 V ; 3 fils de connexion ; 1 lampe 3,5 V-0,2 A sur support, des objets personnels des élèves. • Il est bien plus motivant pour les élèves de les laisser choisir «leurs» objets personnels. Livre Interactif Belin

Activité 2 • Le professeur peut présenter quelques objets métalliques différents laissés longtemps à l’air pour les distinguer. Livre Interactif Belin

Activité 3

Animation de l’activité sur le Lib’

Vidéo Pierron Éducation

• Reconnaissance des matériaux.

Animation de l’activité sur le Lib’ Bibliographie pour le professeur

Vidéo Pierron Éducation

•  Méthode de reconnaissance parmi des métaux et des plastiques.

• P. Routier, Voyage au monde du métal, Belin, coll.« Regards sur la science », 1999

Corrigés des exercices

10. C’est l’argent (Art - gens).

17. a.

nécessite la présence d’un générateur électrique dans le circuit fermé. 22. Les électrons libres ont un mouvement d’ensemble sur le schéma (B) donc c’est ce fil qui est traversé par un courant électrique.

Règle

11. La marmite (A) est en cuivre et les lingots (B) sont en or. 12. Pour différencier l’aluminium et le zinc, il faut comparer leurs densités.

b. L’hypothèse de Lola est validée car la lampe brille.

13. a. L’or et l’argent sont utilisés pour fabriquer des bijoux. c. L’aluminium permet de réaliser des emballages alimentaires.

18. Le fer, l’or et l’argent conduisent le courant électrique.

14. Les canettes de boissons peuvent être fabriquées en aluminium ou en fer. 15. Les trois objets sont en cuivre. 16. À toi de rédiger Ce métal est blanc donc ce n’est pas l’or ni le cuivre. Il n’est pas attiré par un aimant donc ce n’est pas le fer. C’est le métal usuel le moins dense, c’est donc l’aluminium. Ce métal est essentiellement utilisé pour fabriquer des emballages alimentaires.



19. Les métaux sont tous conducteurs d’électricité. 20. Les objets métalliques et le corps humain sont conducteurs d’électricité, on risque de s’électriser ou de s’électrocuter si on introduit des objets métalliques dans les prises électriques. 21. Les métaux sont conducteurs d’électricité, car ils possèdent des électrons libres qui peuvent se déplacer. Si ces particules chargées ont un mouvement d’ensemble, alors un courant électrique s’établit dans le métal. Cela

23. Le courant électrique dans un métal est un déplacement d’ensemble d’électrons. (anse-an-bleu)

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9. a. Ce trombone est fabriqué en fer. b. Les cinq autres métaux usuels sont : l’or, l’argent, le zinc, l’aluminium et le cuivre.

24. 1. Conducteur. 2. Électrons. 3. Isolant. 4. Métal 5. Courant. 25. a. Il y a deux fichiers joints dans ce message. b. Pour joindre un fichier à un courriel il faut cliquer sur l’icône «  Joindre un document à ce message  » puis sélectionner le fichier et cliquer sur « OK ». c. La statue de la Liberté a été réalisée en cuivre, sa couleur d’origine est donc rouge. 26. a. Parmi les métaux testés, les métaux usuels sont le cuivre et le fer.

Chapitre 1 • Les métaux et la conduction électrique

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b. L’intensité du courant est différente dans les quatre cas. c. Les fils électriques sont généralement réalisés en cuivre car ce métal est le meilleur conducteur électrique. 27. a. L’hypothèse de Lucie est qu’il existe des objets conducteurs qui ne sont pas métalliques. b. Parmi les matériaux testés le fer et le graphite sont conducteurs. c. Parmi les matériaux testés, seul le fer est un métal. d. L’hypothèse de Lucie est validée : le graphite est conducteur mais ce n’est pas un métal. 28. Le bracelet en plastique contient des milliards et des milliards d’électrons mais ils ne peuvent pas avoir un mouvement d’ensemble. C’est la raison pour laquelle le plastique ne conduit pas le courant électrique. 29. La statue en fer est exposée aux intempéries donc le fer rouille et sa couleur change. 30. a. Le test ne convient pas car le fil qui est relié à la borne plus de la pile n’est pas posé sur le culot de la lampe à incandescence. b.

31. a. Les métaux sont de bons conducteurs d’électricité c’est pourquoi on les utilise pour réaliser des connexions électriques. b. Les particules chargées présentes dans tous les métaux et responsables du courant électrique sont les électrons. 32. a. La poignée de porte, le bureau métallique, la lampe de bureau éteinte, le pot à crayon métallique… semblent plus froids que les autres. b. Ces objets sont en acier, en aluminium… c. Ces objets sont conducteurs d’électricité car ils sont tous métalliques. 33. a. On dit d’un métal qu’il est ductile lorsque l’on peut l’étirer, l’allonger sans le casser. b. Les casseroles, la statue de la Liberté, les pièces de monnaie, des objets décoratifs… sont fabriqués en cuivre. c. Les électrons se déplacent avec un mouvement d’ensemble lorsque la bobine est parcourue par un courant électrique. d. Les électroaimants sont utilisés dans les centres de tri des déchets, dans les carillons, les grues… 34. a. « Inox » signifie acier inoxydable. b. Le nombre 18 signifie que l’alliage contient 18 % de chrome et le chiffre 0 signifie qu’il n’y a pas de nickel. c. Si les couverts étaient fabriqués en fer pur, ils rouilleraient.

36. a. Le bronze est composé essentiellement de cuivre et d’étain. Le laiton est un alliage composé essentiellement de cuivre et de zinc. b. Le laiton est utilisé pour fabriquer des instruments de musique, des pièces de serrurerie, de robinetterie, des objets décoratifs… c. Les électrons sont les particules chargées et mobiles présentes dans les métaux. 37. a. Le plastique permet d’isoler les fils entre eux. b. Le cuivre est un des meilleurs conducteurs d’électricité. c. On peut mesurer l’intensité du courant qui traverserait des fils de mêmes dimensions mais réalisés avec des métaux différents (voir exercice 26 p. 27 du manuel élève). d.

Lorsque le fil est parcouru par un courant électrique les électrons ont un mouvement d’ensemble. 38. a. L’or et l’argent sont des métaux usuels. b. L’or est jaune et l’argent est blanc. c. Un bijou en or blanc est blanc.

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35. a. Ces trois pays sont le Brésil, la Chine et l’Australie. b. La Chine est le principal producteur de minerai de fer (37,5 % de la production mondiale).

c. Les barrières, les rails de chemin de fer, les coques de bateaux, les vis, les écrous… sont fabriqués en fer.



6

• • • 

La chimie au quotidien

Pièce de monnaie

Diamètre d (en mm)

Épaisseur e (en mm)

Volume V (en mm3)

Volume V (en cm3)

Masse m de cuivre correspondant au volume V (en g)

Masse m de la pièce (en g)

Un défi. Monnaies et métaux Ce défi correspond à une tâche complexe. Il y a plusieurs possibilités pour le résoudre. Parmi elles, il est possible de faire un calcul. Si la jeune fille a raison, alors un aimant suffit pour invalider l’hypothèse d’une pièce en cuivre pur. Il est possible de calculer le volume de la pièce, puis de prévoir sa masse en utilisant l’information 1 cm3 a une masse de 8,9 g, puis à la comparer avec la masse de la pièce donnée dans le tableau.

1 cent

16,25

1,36

281,91

0,28

2,49

2,30

2 cents

18,75

1,36

375,33

0,37

3,29

3,06

5 cents

21,25

1,36

482,09

0,48

4,27

3,92



En prenant pour volume de la pièce : 2 V = π × d  × e 4 Point de vigilance : L’élève obtient par le calcul un volume en mm3, il lui faut penser à convertir en cm3 avant de pouvoir utiliser l’information contenue dans le tableau. Approfondissement possible. Un travail de recherche sur les monnaies le site http://www.etna-mint.fr/ offre des perspectives très intéressantes. Histoire des sciences. La découverte du courant électrique a. Les matériaux qui conduisent le courant électrique sont des conducteurs, ceux qui ne le conduisent pas sont des isolants. Les métaux sont des conducteurs, le bois, le verre, les matières plastiques sont des isolants. b. Il le nomme la vertu électrique. c. Jean Désaguliers, un homme de science, utilisa le premier le mot conducteur mais il utilisa ce terme dans une acception qui ne correspond pas à notre définition moderne. Stoney quant à lui nomma l’électron. Approfondissement possible  : l’étude de ce document ouvre des pistes pour que les élèves fassent des recherches en histoire des sciences. Il sera utile pour le professeur de se référer à l’ouvrage de D. Lecourt, Dictionnaire d’histoire et de philosophie des sciences, PUF, 1999. Objectif B2i. Le cuivre un métal polyvalent a. Le texte donne un indice, le plus ancien objet en cuivre connu date d’environ 10  000 ans. Cependant les archéologues ont montré que le cuivre est utilisé par les hommes depuis le Xe siècle avant J.-C. (Source : http://www.larousse. fr/encyclopedie/nom-commun-nom/cuivre/39000 ) b. On parle de métal à l’état natif s’il est possible de trouver dans la nature ce métal pur. Cela s’oppose à la notion de minerai. c. La multiplicité des usages du cuivre provient de ses nombreuses propriétés. Il est ainsi un métal polyvalent.

Chapitre 1 • Les métaux et la conduction électrique

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Développement durable. Recycler les métaux : un enjeu citoyen a. Minerai : élément de terrain contenant des minéraux utiles en proportion notable, et qui demandent une élaboration pour être utilisés par l’industrie. b. L’utilisation de vieilles ferrailles permet de limiter l’impact énergétique. Le texte indique que ce second procédé consomme quatre fois moins d’énergie. En outre, ce procédé produit moins de CO2 ce qui en retour, limite l’effet de serre c. Lors du tri sélectif, on collecte dans un bac spécifique l’acier qui pourra, après recyclage, servir à élaborer d’autres objets. Remarque : Le document fait référence à un lien mais il existe beaucoup de sites d’appui. Il peut être intéressant pour motiver l’élève de travailler à partir du site spécifique à l’agglomération dans laquelle il vit. La page « grâce au tri l’acier revit », du site de la « communauté de communes du Rhône aux gorges de l’Ardèche » consultable à partir du lien : http://www.yakatrier.info/ article.php3?id_article=10 constitue une accroche motivante pour les élèves.

7

2

>> Livre de l’élève p. 32

Solutions aqueuses et conduction électrique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

L’ION ET LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE DANS LES SOLUTIONS AQUEUSES : toutes les solutions aqueuses conduisentelles le courant électrique ? Toutes les solutions aqueuses ne conduisent pas le courant électrique. La conduction du courant électrique dans les solutions aqueuses s’interprète par un déplacement d’ions.

Constituants de l’atome : noyau et électrons. Structure lacunaire de la matière.

Pratiquer une démarche expérimentale afin de comparer (qualitativement) le caractère conducteur de l’eau et de diverses solutions aqueuses. Valider ou invalider une hypothèse sur le caractère conducteur ou isolant d’une solution aqueuse.

Activité 1 p. 34. Toutes les solutions aqueuses conduisent-elles le courant électrique ? Activité 2 p. 35. Comment interpréter la conduction électrique des solutions aqueuses ?

Extraire d’un document (papier, multimédia) les informations relatives aux dimensions de l’atome et du noyau.

Activité 3 p. 36. D’où proviennent les particules responsables du courant électrique ?

Observer, recenser des informations, à partir d’une expérience de migration d’ions.

Activité 4 p. 37. Dans quel sens les particules responsables du courant électrique se déplacent-elles ?

Les atomes et les molécules sont électriquement neutres ; l’électron et les ions sont chargés électriquement. Le courant électrique est dû à : – un déplacement d’électrons dans le sens opposé au sens conventionnel du courant dans un métal ;

Choix pédagogiques Après avoir étudié la nature du courant électrique dans les métaux, ce chapitre élargit la notion de courant électrique par l’étude des comparaisons de conductions électriques dans l’eau et des solutions aqueuses. L’objectif n’est pas de constater la plus ou moins grande conduction en fonction des concentrations mais de permettre l’introduction de la notion d’ions en solution. L’activité 1 est expérimentale. Elle montre que toutes les solutions aqueuses ne sont pas conductrices.



8

• • • 

L’activité 2 en donne l’explication : les solutions conductrices contiennent des ions. L’activité 3 fait la «synthèse» du courant électrique dans les métaux et dans les solutions : les électrons et les ions proviennent des atomes, briques de la matière. L’activité 4 fait la relation entre sens du courant et le signe de la charge électrique portés par les électrons et les ions.

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– des déplacements d’ions dans une solution aqueuse.

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel : 1 pile plate 4,5 V ; 1 lampe témoin 3,5 V-0,2 A sur support, 3 fils de connexion ; 1 support d’électrodes avec électrodes en graphite ; 1 bécher ; eau déminéralisée ; sulfate de cuivre ; saccharose (sucre de table) ; chlorure de sodium (sel de table) ; glucose. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation

• Circuit électrique comportant une solution ionique

Livre Interactif Belin

Activité 2 • Le professeur peut accompagner l’étude documentaire sur la dissolution d’un sel par une expérience de dissolution : on réalise le circuit de l’activité 1 mais on ajoute du sel dans l’eau pure : la lampe témoin brille progressivement jusqu’à un maximum. Livre Interactif Belin

Activité 4 • Matériel : 1 générateur 12 V ; 3 fils de connexion ; 1 appareil à migration d’ions ; solution saturée de sulfate de sodium diluée 3 fois ; papier à chromatographie ; solution aqueuse de sulfate de cuivre 1 mol.L-1 ; solution aqueuse de permanganate de potassium : 12 g pour 100 mL de solution. • L’expérience de migration des ions dure 15 minutes. La tâche bleue peut être mise en évidence avec une solution d’ammoniaque.

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Migration des ions.

Bibliographie pour le professeur

I. Nechaev, Le roman des éléments, Belin, coll.« Regards sur la science », 2005

Vidéo Pierron Éducation

• Mise en évidence de la dissolution d’un sel.

Corrigés des exercices

10. a. L’eau pure, qui ne contient que des molécules d’eau, n’est pas une solution conductrice. b. Toutes les solutions de sels sont conductrices. c. Toutes les solutions aqueuses ne conduisent pas le courant électrique. 11. a. +

–

b. Une eau sucrée n’est pas conductrice car elle ne contient que des molécules.

sur ce modèle, l’atome est quatre fois plus grand que le noyau.

13. Un ion est une espèce chimique chargée électriquement et responsable du courant électrique dans les solutions aqueuses.

17. Atome • Électron • Molécule • Ion •

14. À toi de rédiger a. La lampe ne brille pas donc la solution n’est pas conductrice d’électricité. b. Cette solution ne contient pas d’ions car elle n’est pas conductrice d’électricité. 15.

• Électriquement neutre © Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

9. L’hypothèse de Thomas est validée. La lampe reste éteinte donc la solution d’eau sucrée n’est pas conductrice.

• Électriquement chargé(e)

18.

+

–

2 : électron Ions négatifs Ions positifs

Liquide à tester

b. L’eau salée et l’eau du robinet sont conductrices. L’eau déminéralisée est isolante. 12. a. Une eau salée est conductrice car elle contient des ions.



22 1 : noyau

16. Le modèle de l’atome proposé dans l’exercice 15 p. 42 ne représente pas les différentes parties de l’atome à l’échelle car

Ions positifs Ions négatifs Sens du courant Sens de déplacement des électrons

19. Le courant électrique dans une solution aqueuse est dû à un déplacement d’ensemble d’ions. Le courant électrique dans un métal est dû à un déplacement

Chapitre 2 • Solutions aqueuses et conduction électrique

9

d’ensemble d’électrons dans le sens opposé au sens conventionnel du courant électrique, car ils sont chargés négativement.

c. L’hypothèse de Lisa n’est pas vérifiée puisque l’eau sucrée ne contient pas d’ions.

Intensité

20. 0

–

+

21. 1. Molécule. 2. Ion. 3. Aqueuse. 4. Atome. 5. Électron. 6. Noyau. 7. Conventionnel. 22. a. Le diamètre de l’atome serait 100 000 fois plus grand que le noyau soit 400 000 cm. b. 400 000 cm = 4 000 m = 4 km. c. La matière possède une structure lacunaire car il y a beaucoup de vide entre le noyau et les électrons. 23. a. Les ions cuivre se déplacent vers la borne négative donc leur charge est positive. b. Les ions dichromate se déplacent vers la borne positive donc leur charge est négative. c. La solution de dichromate de potassium est électriquement neutre or elle contient des ions dichromate de charge négative donc les ions potassium ont une charge positive. La solution de sulfate de cuivre est électriquement neutre or elle contient des ions cuivre de charge positive donc les ions sulfate ont une charge négative. 24. a. Charline utilise le moteur de recherche Google. b. Elle peut consulter le site  : http:// fr.wikipedia.org/wiki/Atome c. Le mot « atome » vient du grec ancien « atomos » qui signifie « qui ne peut être divisé  ». Démocrite est le premier philosophe à avoir défendu l’idée de l’existence des atomes.



10

0

Temps

27. a. La lampe brille, cela signifie que la solution est conductrice donc elle contient des ions. b. c.

électron

Solution de chlorure d’étain

20 noyau

c. +

–

Solution de chlorure d’étain

Sens de déplacement des ions négatifs Sens de déplacement des ions positifs Sens de déplacement des électrons

32. a. L’abréviation ADN signifie acide désoxyribonucléique. b. Les fragments d’ADN analysés sont électriquement chargés donc ce sont des ions. c. Les fragments d’ADN analysés se déplacent vers la borne positive du générateur donc leur charge est négative. d. Le suspect 2 est le coupable. 33. a. électron

d. Les ions étain se sont déplacés vers la borne négative donc ces ions sont chargés positivement. 28. Samir a vu que le montage comportait une dérivation. Ce montage ne permet pas de tester le caractère conducteur de la solution puisque la lampe est branchée directement sur la pile.

25. a. On sent un léger picotement donc un courant électrique circule. b. Cette expérience met en évidence la présence d’ions dans la salive.

29. a. Un ion est une espèce chimique chargée électriquement. b. Lorsque la solution est parcourue par un courant électrique les ions positifs se déplacent vers la borne négative du générateur et les ions négatifs se déplacent vers la borne positive du générateur. c. L’ion potassium porte une charge électrique positive alors que l’atome de potassium est électriquement neutre.

26. a. La dissolution n’est pas instantanée car l’intensité du courant augmente au bout de quelques secondes. b. Une solution d’eau sucrée n’est pas conductrice donc on obtiendrait :

30. a. Toutes les solutions ne sont pas conductrices car l’intensité du courant est nulle dans l’eau sucrée. b. L’eau sucrée n’est pas conductrice donc elle ne contient pas d’ions.

• • • 

4,5 V

29 noyau

b. électron

29 noyau

c. Une solution de sulfate de cuivre contient des ions sulfate et des ions cuivre donc c’est une solution conductrice. d. Le métal qui s’est formé sur l’électrode est rouge, je pense que c’est du cuivre. e. La solution s’est décolorée près de l’électrode reliée à la borne négative du générateur car les ions cuivre ont été consommés pour former le cuivre métallique.

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Ions positifs Ions négatifs

31. a. L’eau courante contient des ions donc elle est conductrice. b.

La chimie au quotidien Histoire des sciences. À la recherche du noyau a. Puisque la plupart des ions hélium traversaient la feuille d’or sans être déviés, c’est qu’ils n’ont pas rencontré d’obstacle. L’atome est donc essentiellement constitué de vide. b. La charge est +2. c. Plusieurs schémas sont recevables. Ce qui importe c’est que l’élève ait bien représenté le noyau positif à l’intérieur de l’atome et qu’il y ait du vide entre le noyau et l’enveloppe de l’atome.

Histoire des arts. La galvanoplastie a. Le schéma attendu : Sens de déplacement des électrons – +

Moule en silicone

Plaque de cuivre

Solutions contenant les ions cuivre Sens de déplacement des ions Cu2+

noyau ion hélium

On pourra aussi consulter avec profit la communication de Madame Pons pour mieux appréhender les aspects scientifiques : http://e2phy.in2p3.fr/2004/actes/Pons.pdf Objectif B2i. La nature du courant électrique. a. Cu. b. On repère des ions Na+ (représenté en violet) et Cl- (représenté en vert) La formule est Cl-. c. C’est l’ion chlorure.

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Un défi. Salée ou sucrée ? Pour résoudre cette tâche complexe l’élève doit formuler le problème. Les poudres semblent identiques mais peut-on différencier les solutions  ? Dans le protocole proposé, il doit envisager de réaliser deux solutions. L’une avec du sel, l’autre avec du sucre. L’élève doit proposer d’utiliser de l’eau déminéralisée pour réaliser la solution, faute de quoi le protocole sera considéré comme non valide. Il faut ensuite que l’élève réalise un circuit pour vérifier le caractère conducteur ou non de la solution. Il serait souhaitable d’exiger à ce niveau que l’élève pense à inclure un ampèremètre dans le circuit ce qui permet de conclure de façon plus scientifique.

b. L’élève doit faire figurer le sens de déplacement des électrons et celui des ions Cu2+ (cf. schéma ci-dessus). c. La galvanoplastie a été mise au point en 1837 par Jacobi et Spencer pour reproduire des objets moulés recouverts de plombagine. Pour plus de précision voir l’article de l’encyclopédie Universalis consultable sur http://www.universalis.fr/ encyclopedie/galvanoplastie/



Chapitre 2 • Solutions aqueuses et conduction électrique

11

3

>> Livre de l’élève p. 48

Tests de reconnaissance de quelques ions

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

TESTS DE RECONNAISSANCE DE QUELQUES IONS : comment reconnaître la présence de certains ions en solution ? Formules des ions Na+, Cl-, Cu2+, Fe2+ et Fe3+.

Suivre un protocole expérimental afin de reconnaître la présence de certains ions dans une solution aqueuse.

Activité 1 p. 50 Comment détecter la présence de certains ions dans une solution aqueuse ?

Faire un schéma. Domaines d’acidité et de basicité en solution aqueuse.

Suivre un protocole expérimental afin de distinguer, à l’aide d’une sonde ou d’un papier pH, les solutions neutres, acides et basiques.

Activité 2 p. 51 Comment distinguer les solutions neutres, acides et basiques ?

Une solution aqueuse neutre contient autant d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO–.

Extraire des informations d’un fait observé et décrire le comportement du pH quand on dilue une solution acide.

Activité 3 p. 52 Quelle est l’influence de la dilution sur le pH d’une solution acide ?

Identifier le risque correspondant, respecter les règles de sécurité.

Activité 4 p. 53 Pourquoi les produits acides ou basiques concentrés sont-ils dangereux ?

Dans une solution acide, il y a plus d’ions hydrogène H+ que d’ions hydroxyde HO–.

Les produits acides ou basiques concentrés présentent des dangers.

Choix pédagogiques On trouve dans ce chapitre la notion de test de reconnaissance d’ions rencontrés dans le programme. C’est l’occasion, en liaison avec la reconnaissance des ions hydrogène, d’introduire la notion de pH, premier pas dans l’étude de l’acido-basicité, en utilisant des produits d’utilisation courante.



12

• • • 

Les activités 1 et 2 présentent des méthodes : identifier certains ions et évaluer/mesurer le pH. Les activités 3 et 4 sont tournées vers la sécurité : effet de la dilution et dangerosité des produits acides et basiques concentrés. Les pictogrammes de dangers sont présentés.

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Dans une solution basique, il y a plus d’ions hydroxyde HO– que d’ions hydrogène H+.

Quelques conseils pratiques Activité 1

Activité 3

• Matériel : 1 solution de nitrate d’argent 0,1 N (dans un flacon compte-gouttes) ; 1 solution de soude 1 N (dans un flacon comptegouttes) ; 1 support de tube à essai ; 4 tubes à essai ; eau déminéralisée (pour laver les tubes) ; solution de chlorure de sodium 0,1 N ; solution de sulfate de cuivre 0,1 N ; solution de chlorure de fer II 0,1 N ; solution de chlorure de fer III 0,1 N

• Matériel : 1 sonde de pH étalonnée ; 3 béchers ; acide chlorhydrique 0,1 N (pH = 1) ; acide chlorhydrique 0,01 N (solution diluée 10 fois) ; acide chlorhydrique 0,001 N (solution diluée 100 fois).

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• Le professeur peut réaliser devant les élèves les dilutions pour renforcer la compréhension. Livre Interactif Belin

Vidéo Pierron Éducation • Test de reconnaissance d’ions métalliques.

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Vidéo Pierron Éducation •  Effet de la dilution sur un acide ou une base.

Activité 2 • Matériel : 1 verre de montre ; 1 agitateur en verre ; 1 bécher ; limonade ; papier indicateur de pH (1 à 14) et son nuancier ; 1  onde pH étalonnée. Livre Interactif Belin

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Vidéo Pierron Éducation

Bibliographie pour le professeur

• Mesure de pH. • Conductivité des solutions acides et basiques.

• J. Levy, Petit précis de chimie à déguster, Belin, col.»Petits précis à déguster», 2011

Corrigés des exercices Fe • Cu2+ • Cl– • Na+ • Fe3+ •

• • • • •

2+

Ion fer (III) Ion chlorure Ion fer (II) Ion cuivre Ion sodium

10. L’ion cuivre (Cu2+) est identifié dans le tube A. L’ion fer (III) (Fe3+) est identifié dans le tube B. L’ion fer (II) (Fe2+) est identifié dans le tube C. 11. Lorsqu’on réalise le test au nitrate d’argent il se forme un précipité blanc donc la solution contient des ions chlorure. 12.

0

Solutions Solutions Solutions acides neutres basiques 7

pH 14

13. À toi de rédiger a. Aziz a obtenu des résultats précis à 0,1 unité de pH, donc il a utilisé une sonde pH. b. L’eau de mer, l’ammoniaque et l’eau de Javel ont un pH supérieur à 7, donc ils sont basiques. Le lait et le jus de tomate ont un pH inférieur à 7, donc ils sont donc acides.



c. Le classement des solutions basiques de la moins basique à la plus basique est : eau de mer, eau de Javel, ammoniaque. 14. a. Ce produit est «  neutre pour la peau » car son pH est le même que celui de la peau des chats. b. Le pH du shampoing est inférieur à 7, donc ce produit est acide, il n’est pas chimiquement neutre. 15. Le pH d’une solution acide est inférieur à 7. (A-si-deux) 16. a. La proportion d’ions hydrogène est supérieure à celle des ions hydroxyde sur le diagramme A donc ce schéma correspond à une solution acide. b. HO– H+

17. Le pH de la solution dans le bécher A est supérieur à celui de la solution dans le bécher B donc la solution diluée se trouve dans le bécher A.

18. a. Ce produit est de l’acide éthanoïque. b. Le pictogramme indique que ce produit est corrosif. c. Lorsqu’on manipule ce produit il faut porter des gants, des lunettes et des vêtements de protection. 19. Les produits acides concentrés sont corrosifs, cela signifie : qu’ils attaquent les tissus vivants et qu’ils attaquent certains matériaux et qu’ils sont mauvais pour l’environnement (réponses a. b. et c.).

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9.

20. a. Les produits acides et basiques concentrés sont dangereux car ils sont corrosifs, c’est à dire qu’ils attaquent les tissus vivants et certains matériaux. b. Lorsqu’on manipule ces produits, il faut porter des gants, des lunettes et des vêtements de protection. 21. 1. Précipité. 2. Diluer. 3. pH. 4. Acide. 5. Basique. 6. Neutre.

Chapitre 3 • Tests de reconnaissance de quelques ions

13

Soude

Solution à tester

b. Si on réalise ce test avec du thé, il ne se formera pas de précipité car le test à la soude est négatif. 23. a. Ions fer (II) : Fe2+ et ions fer (III) : Fe3+ b. Le test à la soude donne un précipité brun donc le vin blanc contient des ions fer (III). c. Le pH du vin est inférieur à 7, donc cette boisson est acide. 24. a. La solution obtenue est rouge. b. D’après le résultat précédent, le pH du jus de citron est inférieur à 3. c. Quelques exemples : Liquide Couleur pH testé de la approximatif solution lait violette entre 4 et 6 eau bleue entre 7 et 8 minérale eau verte entre 9 et 12 de Javel soude jaune entre 13 et 14

25. a. n = 6,02.1023 × 10 -2 = 6,02.10 21 ions hydrogène dans 1 L de solution dont le pH vaut 2. N = 6,02.1023 × 10-5 = 6,02.1018 ions hydrogène dans 1 L de solution dont le pH vaut 5. b. Lors de la dilution d’une solution acide, son pH augmente. c. D’après les résultats précédents, il y a moins d’ions hydrogène dans 1 L de solution diluée (pH = 5) que dans 1 L de solution concentrée (pH = 2). 26. a. Le pH de la solution diminue au cours du temps. b. On peut dire que l’eau est acidifiée car son pH est de plus en plus faible. c. Dans une eau acidifiée, il y a plus d’ions hydrogène que d’ions hydroxyde. 27. a. Formule de l’ion chlorure : Cl- et formule de l’ion hydrogène : H+. b. Lorsqu’on dilue une solution acide son pH augmente. c. Le pH de solution contenue dans le bécher B est supérieur à celui de la solution contenue dans le bécher A donc le bécher B continent de l’acide chlorhydrique dilué. 28. Pour détecter la présence de l’ion fer (II) en solution aqueuse, on réalise les étapes suivantes : (C) Verse la solution à tester dans un tube à essai. (B) Verse de la soude dans le tube à essai. (A) Observe si un précipité apparaît.

29. a. L’hypothèse d’Hugo est que le pH d’une solution dépend du volume de solution contenu dans le bécher. b. Dans les deux cas, Hugo mesure le même pH : 2,1. c. L’hypothèse d’Hugo est invalidée : le pH de la solution est le même, il ne dépend pas du volume. 30. c. Ces pictogrammes signifient que le nitrate d’argent est corrosif et dangereux pour l’environnement. 31. a. V2 = 10 × V1 = 10 × 10 = 100 mL. b. La solution est diluée 100 fois lorsque V2 / V1 = 100. c. pH (solution acide concentré) < pH (solution acide diluée 10 fois) < pH (solution acide diluée 100 fois). 32. a. Il faut diluer l’acide citrique pour le rendre moins corrosif et moins dangereux pour l’environnement. b. Lorsqu’une solution d’acide citrique est diluée son pH augmente. 33. a. L’ion présent dans la soude colore la flamme en jaune donc il s’agit de l’ion sodium (Na+). b. La soude est une solution basique (pH > 7) donc elle contient l’ion hydroxyde (HO–) en grande quantité. c. La soude concentrée présente un risque, c’est un produit basique concentré, donc c’est un produit corrosif.

La chimie au quotidien Science in english. A demineralizer system a. Les ions positifs sont remplacés par des ions H+. b. La formule est HO-. c. On utilise de l’eau déminéralisée à la maison dans les fers à repasser à vapeur par exemple. Défi. Quel est ce produit ? Pour résoudre cette tâche complexe l’élève peut produire différents raisonnements. Le pH des solutions peut différencier, la solution d’acide chlorhydrique sera celle dont le pH sera plus petit que 7, la solution de soude sera celle dont le pH sera plus grand que 7. Si le professeur le souhaite, il est aussi possible de proposer cette tâche complexe après avoir vu l’identification des ions. La seule solution qui ne contient pas d’ions Cl- est la solution de soude. Le pH peut servir à distinguer les deux solutions restantes.



14

• • • 

Environnement. Les pluies acides. a. L’eau de pluie est naturellement acide, il ne peut donc pas exister de pluie basique. b. Les pluies acides brûlent les feuilles des végétaux, acidifient l’eau des cours d’eau, dégradent les pierres calcaires, ont des incidences sur la santé de l’homme. c. La mesure du pH permet de trancher : si le pH est inférieur à 5,6 la pluie est acide. Santé. Des ions dans notre corps. a. Les ions cités sont les ions magnésium Mg2+, l’ion sodium Na+, l’ion potassium K+, l’ion calcium Ca2+ et les ions fer Fe2+. b. Les enfants doivent absorber des produits riches en calcium pour disposer des ions nécessaires à la constitution de leurs os. c. Leur alimentation doit être riche en ions fer. d. Le corps humain contient des solutions ioniques.

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22. a.

4

Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

RÉACTION ENTRE L’ACIDE CHLORHYDRIQUE ET LE FER : quels produits sont formés ? Les ions hydrogène et chlorure sont présents dans une solution d’acide chlorhydrique. Le fer réagit avec l’acide chlorhydrique, avec formation de dihydrogène et d’ions fer (II). Critères de reconnaissance d’une transformation chimique : disparition des réactifs et apparition de produits.

Suivre un protocole pour : - reconnaître la présence des ions chlorure et des ions hydrogène ; - réaliser la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique avec mise en évidence des produits. Faire un schéma.

Activité 1 p. 66 Quels sont les ions de l’acide chlorhydrique ? Activité 2 p. 67 Quelles sont les espèces formées lors de la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique ? Activité 3 p. 68 Quelles espèces sont consommées lors de la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique ? Activité 4 p. 69 Pourquoi y a t-il transformation chimique quand le fer est en présence d’acide chlorhydrique ?

Choix pédagogiques

Les activités 2 et 3 ont pour objectif d’identifier les réactifs puis les produits de la réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer.

L’activité 4 a pour objectif de préciser en quoi la réaction étudiée est une transformation chimique : espèces chimiques consommées tandis que d’autres sont formées. Le bilan de la réaction est alors écrit en toutes lettres : fer + acide chlorhydrique dihydrogène + chlorure de fer (II). Les demi-équations électroniques sont hors programme. © Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

L’activité 1 s’attache à identifier les constituants de l’acide chlorhydrique, un des réactifs de la réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer. Les élèves peuvent réinvestir les tests vus au chapitre précédent.

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel : solution de nitrate d’argent 0,1 M (dans un flacon compte-gouttes) ; acide chlorhydrique 0,1 M ; 1 support de tubes à essai, 2 tubes à essai , eau déminéralisée ( pour laver les tubes), lunettes et gants de protection, 1 verre de montre, papier pH et son nuancier, papier absorbant, 1 baguette de verre. Livre Interactif Belin

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Vidéo Pierron Éducation • Constituants de la soude et de l’acide chlorhydrique.

Activité 2 • Matériel  : 1 support de tube à essai ; 3 tubes à essai, laine de fer extra fine ; acide chlorhydrique 3M (dans flacon



compte goutte) ; 1 grosse boîte d’allumettes ; lunettes et gants de protection ; 1 petit entonnoir pour tubes à essai ; petit filtre en papier. • Le fer est choisi en laine extra fine pour une réaction rapide permettant la mise en évidence du dihydrogène formé. Des petits entonnoirs (filtration) en plastique pour les tubes à essai peuvent être achetés dans des magasins de bricolage pour une somme modique. Livre Interactif Belin

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Vidéo Pierron Éducation

• Réactions de l’acide chlorhydrique avec les métaux usuels (début).

Chapitre 4 • Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique

15

Activité 3 • Matériel : 1 support de tube à essai ; 1 tube à essai ; laine de fer extra fine ; acide chlorhydrique 3M (dans flacon comptegouttes), 1 agitateur en verre • L’agitateur en verre est utile pour enfoncer correctement la laine de fer dans le tube sans la tasser. La réaction est démonstrative pour 0,5 g de fer et 5 mL d’acide chlorhydrique. Le fer est choisi légèrement en excès (il en faudrait 0,419 g pour la stœchiométrie) pour montrer la diminution de volume du fer.

Activité 4 Livre Interactif Belin

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Vidéo Pierron Éducation • Réactions de l’acide chlorhydrique avec les métaux usuels (fijn). Bibliographie pour le professeur • P. Arnaud, Si la chimie m’était contée, Belin, coll.»Bibliothèque scientifique», 2002

Corrigés des exercices

10. a. Le pH de l’acide chlorhydrique est inférieur à 7 donc il est acide. b. La solution est acide donc elle contient majoritairement des ions hydrogène (H+). 11. a. L’ion hydrogène est présent dans l’acide chlorhydrique et dans toutes les solutions acides. b. L’ion chlorure est présent dans l’acide chlorhydrique, il est identifié grâce au test au nitrate d’argent. 12. Lorsque le fer réagit avec l’acide chlorhydrique : a. Le gaz formé est le dihydrogène. b. La formule chimique des ions formés est Fe2+. 13. Le dihydrogène est un gaz qui détone en présence d’une flamme. 14. Le test à la soude donne un précipité vert donc cette solution contient des ions fer (II). 15. À toi de rédiger a. Le gaz formé au cours de cette réaction est le dihydrogène. b. Pour identifier ce gaz, on approche une allumette enflammée. Le dihydrogène détone en présence d’une flamme.



16

• • • 

c.

Soude

Précipité vert

16. Lors de la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique, les réactifs sont le fer et l’acide chlorhydrique et les produits sont le dihydrogène et une solution de chlorure de fer (II). 17. a. Au début de la réaction le pH vaut 2. Après quelques jours, le pH de la solution vaut 4. b. Au cours de la transformation chimique le pH augmente. c. Le pH augmente donc l’acide chlorhydrique est consommé. 18. Lors de la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique : a. la quantité de fer diminue car le fer est un réactif. b. l’acide chlorhydrique est consommé donc le pH de cette solution augmente. 19. Au cours de la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique, on sait que le fer est consommé car  son volume diminue (réponse c.).

20. Bilan de la transformation chimique : fer + acide chlorhydrique dihydrogène + chlorure de fer (II) 21. Au cours d’une transformation chimique, les produits sont formés et les réactifs sont consommés. 22. fer

•

dihydrogène

•

• réactif

acide chlorhydrique •

• produit

chlorure de fer (II)

•

23. 1. Acide chlorhydrique. 2. Transformation chimique. 3. Produit. 4. Dihydrogène. 5. Réactif. 24. A

B

1 Masse de fer Volume de dihydrogène introduite (g) produit (mL) 2

1

3

1,5

4

2,7

430 = A3*B2 1161

25. Julien sait que le fer réagit avec l’acide chlorhydrique, il sera donc consommé. Ce n’est pas le cas du cuivre.

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9. Il se forme un précipité blanc donc la solution d’acide chlorhydrique contient des ions chlorure.

26. Le produit destructeur de rouille est acide donc il contient majoritairement des ions hydrogène.

c. Au cours de la transformation chimique entre l’acide chlorhydrique et un métal il se forme du dihydrogène.

27. a. Il n’y a pas d’effervescence dans le tube A  : le cuivre ne réagit pas avec l’acide chlorhydrique. b. Dans les tubes B et C, l’effervescence montre qu’il y a une transformation chimique. c. Les métaux ne sont pas tous attaqués par l’acide chlorhydrique. Le cuivre, par exemple, ne réagit pas.

30. Sur certains robinets métalliques, le produit anticalcaire pourrait réagir et attaquer le métal.

28. a.

Acide chlorhydrique

Laine de fer

b. Pour identifier le dihydrogène, on réalise le test à la flamme. c. Certains ballons dirigeables contenant du dihydrogène ont explosé car ce gaz détone au contact d’une flamme. 29. a. Ces trois pictogrammes signifient qu’il faut porter un vêtement de protection, des gants et des lunettes sur ce poste de travail. b. C’est l’ion hydrogène (H+) qui rend ce produit très corrosif.

31. a. Cette phrase signifie que le fer réagit au contact de l’acide chlorhydrique, ce qui n’est pas le cas de Chuck. b. L’acide chlorhydrique contient des ions hydrogène (H+) et des ions chlorure (Cl-). c. Lors de la réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique, le fer et l’acide chlorhydrique sont consommés. d. Bilan de la transformation chimique : fer + acide chlorhydrique dihydrogène + chlorure de fer (II) 32. a. Après quelques minutes, on observe une effervescence dans le verre. Au bout de plusieurs heures la coquille d’œuf a disparu. b. Une transformation chimique a eu lieu car un produit s’est formé (un gaz) et un réactif a disparu (la coquille d’œuf). c. Le gaz formé au cours de cette transformation chimique ne détone pas au contact de la flamme donc ce n’est pas du dihydrogène.

33. a. Le pH des boissons est inférieur à 7 donc elles sont acides. b. L’ion hydrogène (H+) est présent en grande quantité dans les solutions acides. c. Si l’intérieur des canettes n’était pas recouvert d’un vernis protecteur, les métaux seraient attaqués par ces boissons énergisantes. 34. a. Le gaz baptisé « hydrogène » est le dihydrogène. b. Pour identifier ce gaz il faut réaliser le test à la flamme. c. Bilan de la combustion du dihydrogène dans le dioxygène : eau dihydrogène + dioxygène d. Il s’agit d’une transformation chimique car des réactifs sont consommés (dihydrogène et dioxygène) et un produit est formé (eau). 35. a. L’acide chlorhydrique contient des ions hydrogène (H+) et des ions chlorure (Cl-). b. Au cours de la transformation chimique le pH de la solution augmente. c. D’après l’observation précédente, l’acide chlorhydrique est consommé. d. C’est le dihydrogène qui produit une détonation au contact d’une flamme.

La chimie au quotidien

Un défi. C’est dans la boîte Pour résoudre cette tâche complexe, l’élève doit extraire les informations suivantes  : on protège l’intérieur de cer-



taines boîtes de conserve mais pas de toutes. Pour vérifier l’hypothèse formulée dans le texte, il faut mesurer le pH des liquides contenus dans différentes boîtes pour vérifier s’il y a un lien entre vernis protecteur et l’acidité du liquide contenu.

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Métier. Technicien(ne) en traitement des matériaux Les acides et les bases concentrés sont très corrosifs. Gants et lunettes de protection sont obligatoires quand on les utilise. Approfondissement. Cette question peut servir de point de départ à un travail sur l’utilisation de l’acide chlorhydrique à la maison, les fiches destinées à l’information du consommateur peuvent alors servir de support. On trouvera un exemple de ce type de fiche sur le site : http://www.conso.org/pdf/acide.pdf b. Il est nécessaire de protéger les carrosseries des voitures pour éviter la corrosion due aux acides et au dioxygène de l’air. c. Ce métier peut être exercé dans de nombreux secteurs, comme l’automobile, les industries du bois, du papier, du carton, la construction navale, ferroviaire et aéronautique, le secteur du verre, du béton et de la céramique, la mécanique et la métallurgie.

Histoire des sciences. De l’air ? a. Ce gaz n’est pas de l’air. b. Le nom de l’hydrogène provient de deux mots grecs hûdor qui signifie l’eau et gennân qui signifie engendrer (source dictionnaire Larousse). c. La formule du dioxygène est O2, celle du dihydrogène est H2 celle de l’eau est H2O. Le bilan est 2H2 + O2 2H2O Développement durable. Valoriser les fumées a. Le nom de ce produit est hydrogénocarbonate de sodium. b. Il est plus avantageux d’utiliser le traitement sec car il limite la pollution. Lorsqu’on utilise un traitement avec de l’eau on doit ultérieurement recycler cette eau.

Chapitre 4 • Réaction entre le fer et l’acide chlorhydrique

17

5

>> Livre de l’élève p. 80

Pile électrochimique et énergie chimique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

APPROCHE DE L’ÉNERGIE CHIMIQUE : comment une pile électrochimique peut-elle être une source d’énergie ? La pile est un réservoir d’énergie chimique. Lorsque la pile fonctionne, une partie de cette énergie est transférée sous d’autres formes. L’énergie mise en jeu dans une pile provient d’une réaction chimique : la consommation de réactifs entraîne l’usure de la pile.

Réaliser, décrire et schématiser la réaction entre une solution aqueuse de sulfate de cuivre et de la poudre de zinc : – par contact direct ; – en réalisant une pile.

Activité 1 p. 82 Une pile est-elle un réservoir d’énergie ? Activité 2 p. 83 D’où provient l’énergie libérée par une pile ? Activité 3 p. 84 Pourquoi une pile électrochimique s’uset-elle ?

Choix pédagogiques De nombreux appareils courants (lampe de poche, télécommande, calculatrice, petits appareils domestiques tels que rasoirs, appareils photographiques, téléphones portables, outils de bricolage…) fonctionnent avec des piles électrochimiques ou avec des accumulateurs. Quelques notions d’énergie chimique sont donc proposées dans ce chapitre en se limitant aux piles électrochimiques. L’activité 1 consiste à fabriquer une pile élémentaire cuivre/ zinc. L’élève constate qu’une pile contient de l’énergie puisqu’elle est capable de faire tourner l’hélice d’un moteur.



18

• • • 

L’activité 2, en utilisant les réactifs de la pile de l’activité 1, montre que l’énergie libérée par une pile provient d’une transformation chimique. L’activité 3 explique pourquoi une pile s’use. Enfin, l’activité 4 s’attache à montrer les conversions d’énergie dans une pile. La mise en contact direct des réactifs de la pile cuivre/zinc permet de montrer qu’une partie de l’énergie chimique est convertie en énergie thermique mise en évidence par l’élévation de température du milieu réactionnel.

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Activité 4 p. 85 Quelles sont les conversions d’énergie dans une pile lorsqu’elle fonctionne ?

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel : 1 bécher 250 mL ; 100 mL de solution de sulfate de cuivre (3 g pour 100 mL d’eau) ; 1 lame de cuivre ; 1 lame de zinc ; 1 voltmètre ; 1 moteur « solaire » ; 2 fils de connexion. • Le moteur est un petit moteur dit solaire dont une très faible énergie est nécessaire pour le faire tourner. Ses valeurs nominales sont d’environ 0,4 V et 10 mA. Vous pouvez vous en procurer dans les grands distributeurs de matériel électronique comme Conrad pour la somme d’environ 10 euros. Essayer de faire briller une lampe serait vain en raison des valeurs nominales non adaptées. Activité 2 • Matériel : 1 bécher 100 mL ; 50 mL de solution saturée de sulfate de cuivre (12,5 g dans 50 mL de solution) ; 1 verre de montre ; 3,3 g de poudre de zinc ; 1 baguette de verre. Livre Interactif Belin

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Activité 3 • Matériel : idem activité 1 Livre Interactif Belin

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Activité 4 • Matériel  : Idem activité 2 avec en plus un thermomètre numérique. Livre Interactif Belin

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Bibliographie pour le professeur • P. Langlois, Sur la route de l’électricité, T2 Les piles électriques, MultiMondes, 2006

Corrigés des exercices

10. Une pile est un réservoir d’énergie chimique car les espèces chimiques qu’elle contient possèdent de l’énergie chimique (réponse b.). 11. Lame de cuivre Solution de sulfate de cuivre

V Lame de zinc

12. La solution est décolorée donc des réactifs ont été consommés. On observe un dépôt de cuivre sur la photo B donc un produit s’est formé. Ces deux observations permettent d’affirmer qu’une transformation chimique a eu lieu.



17. a. Lorsque la pile fonctionne la lame de zinc est consommée. b. La solution se décolore car les ions cuivre sont consommés.

13.

Solution de sulfate de cuivre A

Poudre de zinc

Dépôt de cuivre Poudre de zinc B

14. a. Les ions cuivre (II) sont identifiés grâce au test à la soude. b. Après la transformation chimique, on obtient un précipité vert avec le test à la soude, des ions fer (II) sont présents dans la solution. c. Une transformation chimique a eu lieu dans le tube à essai car les ions cuivre (II) ont été consommés et les ions fer (II) ont été formés. 15. L’énergie libérée dans une pile provient d’une transformation chimique. 16. Une pile s’use car : les réactifs qu’elle contient sont consommés (réponse c.).

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9. a. Un réservoir est un endroit permettant d’accumuler et de conserver certaines choses. b. Une pile est un réservoir d’énergie chimique car elle stocke l’énergie contenue dans les réactifs chimiques.

18. En mettant en contact de la poudre de zinc et une solution de sulfate de cuivre, on constate que la température du mélange augmente donc de l’énergie thermique est libérée. Cette énergie provient de l’énergie chimique contenue dans les réactifs. 19. Lorsqu’une pile fonctionne, l’énergie chimique contenue dans les réactifs est transformée en énergie électrique et en énergie thermique. 20. a. Au cours de la transformation chimique, la température augmente. b. Les espèces chimiques contiennent de l’énergie car elles libèrent de l’énergie thermique. c. L’énergie contenue dans ces espèces chimiques est de l’énergie chimique.

Chapitre 5 • Pile électrochimique et énergie chimique

19

b. Il faut brancher plusieurs piles en série car une seule pile ne délivre pas assez de courant pour faire fonctionner la montre.

22. 1. Pile électrochimique. 2. Transformation chimique. 3. Chimique. 4. Réactif. 5. Électrique.

Lame de cuivre

23. a. La courbe rouge correspond au circuit fermé car lorsque la pile délivre de l’énergie électrique, elle s’use. b. Lorsque la pile délivre du courant la tension à ses bornes diminue donc la pile s’use plus rapidement que lorsqu’elle ne délivre pas de courant. 24.

Énergie thermique Énergie

Énergie Pile

chimique

chimique Énergie électrique

Donc c’est le garçon qui a raison. 25. a. Une transformation chimique a eu lieu car : - la solution s’est décolorée ; - la lame de zinc est usée ; - un dépôt de cuivre s’est formé sur la lame de cuivre. b. La pile est usée car des réactifs ont été consommés. 26. a. Une tomate, un clou et une pièce de monnaie forment une pile car ils délivrent du courant électrique pour faire fonctionner une montre.



20

• • • 

27. a. Lame de zinc Solution de sulfate de cuivre

b. Dans la pile cuivre/zinc et dans la pile de Bagdad il y a deux électrodes constituées de deux métaux différents. Ces deux électrodes plongent dans une solution contenant des ions. c. Lorsqu’une pile électrochimique fonctionne, elle convertit l’énergie chimique contenue dans ses réactifs en énergie électrique et en énergie thermique. 28. a. De l’énergie électrique est libérée lorsque la transformation chimique a lieu dans le réservoir de la lampe. b. Le système constitué des lames métalliques et de l’eau forme une pile. 29. a. Les réactifs présents dans une pile électrochimique contiennent de l’énergie chimique. b. Lorsqu’une pile fonctionne normalement, l’énergie chimique qu’elle contient est convertie en énergie électrique. c. Lorsqu’on recharge l’accumulateur, l’énergie électrique qu’il reçoit est convertie en énergie chimique. 30. a. On peut affirmer que cette pile possède de l’énergie car elle permet de faire briller une lampe. b. Cette énergie est stockée dans la pile sous forme d’énergie chimique. c. La lampe convertit l’énergie électrique en énergie lumineuse. 31. a. Jordan pense que tous les métaux peuvent réagir avec une solution de sulfate de cuivre en libérant de l’énergie thermique.

b. De l’énergie thermique est libérée dans les expériences avec le fer et avec le zinc car la température augmente. Par contre, lorsque le cuivre est en contact avec une solution de sulfate de cuivre, l’énergie thermique n’est pas libérée. c. L’hypothèse de Jordan n’est pas validée  : tous les métaux ne réagissent pas avec une solution de sulfate de cuivre en libérant de l’énergie thermique. 32. a. Le voltmètre mesure une tension électrique non nulle aux bornes des deux lames métalliques donc ce dispositif constitue une pile électrochimique. b. Lorsque cette pile ne délivre pas de courant, aucune transformation chimique ne peut avoir lieu donc la pile ne s’use pas. 33. a. En Europe, les piles sont considérées comme déchets dangereux depuis 1991. b. Le recyclage d’une tonne de piles coûte 1 400 euros. c. Les piles usagées doivent être déposées dans des bacs collecteurs prévus à cet effet. d. Le fer, le manganèse, le zinc, le mercure… sont présents dans les piles. e. Ces métaux possèdent de l’énergie chimique. f. Une transformation chimique a lieu dans les piles, ce qui permet de convertir l’énergie chimique en énergie électrique. 34. a. Le stimulateur cardiaque doit produire de l’énergie électrique. b. Une transformation chimique a lieu dans la pile, ce qui permet de convertir l’énergie chimique en énergie électrique. c. Les réactifs contenus dans la pile sont consommés lors de la transformation chimique qui a lieu dans la pile donc un stimulateur cardiaque a une durée de vie limitée.

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21. a. Le moteur reçoit de l’énergie électrique. b. Cette énergie électrique provient d’une conversion d’énergie qui a lieu dans la pile cuivre/zinc.

La chimie au quotidien Développement durable. Les biopiles a. Le diagramme énergétique correspond à celui d’une pile. Voir celui de la page 87 du manuel. b. Pour mener à bien ce projet, il faut des connaissances dans les trois domaines. c. Le paragraphe doit contenir les éléments d’argumentation suivants : les réactifs utilisés dans la biopile proviennent des eaux usées. Cette méthode fournirait une valorisation de déchets en produisant de l’énergie qui en retour pourrait rendre la station autonome sur le plan énergétique.

a. Pour résoudre cette tâche complexe l’élève doit intégrer dans son protocole les différentes associations possibles cuivre/zinc, cuivre/aluminium, cuivre/ fer, zinc /aluminium, zinc/fer et aluminium/fer et proposer de le réaliser en s’inspirant du protocole de la page 82 du manuel. Objectif B2i. Pile ou batterie ? Le site distingue les piles bâton, les piles boutons, et les accumulateurs. Le tableau proposé par l’élève peut reprendre ces catégories. Il devra associer aux piles bâtons les deux sous catégories alcaline et saline et aux piles boutons les piles zinc/ air, les piles zinc/argent, les piles au lithium et les piles alcalines. Trois catégories d’accumulateurs sont présentés, nickel /cadmium, nickel /métal hydrure et lithium/ion. Les usages sont présentés. Remarque : il sera très utile pour l’enseignant de télécharger sur le site le dossier spécifique afin http://www.corepile.fr/education/ enseignants.php

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Métier. Ingénieur(e) recherche et développement a. Au laboratoire, l’ingénieur(e) cherche à obtenir les conditions d’élaboration du produit et à comprendre son fonctionnement, il réalise ensuite un prototype pour vérifier ses hypothèses et voir si l’innovation fonctionne. b. Pile à combustible : appareil qui transforme directement en énergie électrique l’énergie chimique d’un couple combustible/comburant (source Larousse). Remarque : le site http://www.cea.fr/UserFiles/File/Animations/aLaLoupe/Pile/pile.htm contient une animation exploitable avec les élèves.

Défi. Une pile de piles



Chapitre 5 • Pile électrochimique et énergie chimique

21

6

>> Livre de l’élève p. 96

Synthèse d’espèces chimiques

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

SYNTHÈSE D’UNE ESPÈCE CHIMIQUE EXISTANT DANS LA NATURE : comment synthétiser l’arôme de banane ? Il est possible de réaliser la synthèse d’espèces chimiques déjà existantes dans la nature.

Suivre le protocole de la synthèse, effectuée de manière élémentaire de l’acétate d’isoamyle.

Activité 1 p. 98 Sait-on copier des espèces chimiques de la nature ?

Identifier les risques correspondants, respecter les règles de sécurité.

Activité 2 p. 99 Comment obtenir de l’acétate d’isoamyle au laboratoire ?

CRÉATION D’UNE ESPÈCE CHIMIQUE N’EXISTANT PAS DANS LA NATURE : comment créer de nouvelles espèces chimiques ? Il est possible de réaliser la synthèse d’espèces chimiques n’existant pas dans la nature. Le nylon® comme les matières plastiques sont constitués de macromolécules.

Suivre le protocole permettant de réaliser la synthèse du nylon® ou d’un savon. Identifier les risques correspondants, respecter les règles de sécurité.

Activité 3 p. 100 Peut-on synthétiser une espèce chimique n’existant pas dans la nature ? Activité 4 p. 101 Comment obtenir du nylon au laboratoire ?

L’objectif de ce dernier chapitre de chimie est de montrer que la chimie permet de produire de nouvelles espèces chimiques à partir d’autres ; les notions de corps pur, de transformation chimique, de réactifs et de produits sont ainsi réinvesties. Les activités 1 et 2 portent sur la synthèse des espèces chimiques naturelles. Elle permet d’abaisser le coût et/ ou d’en garantir la disponibilité (activité 1). La molécule



22

• • • 

d’acétate d’isoamyle qui sent la banane peut être fabriquée au laboratoire (activité 2). Les activités 3 et 4 portent sur la synthèse des espèces chimiques artificielles. Elle permet d’améliorer les conditions de vie (activité 3). La molécule de nylon 6-6 dite nylon (activité 4) pour simplifier peut être fabriquée au laboratoire. Nous avons privilégié la synthèse du nylon plutôt que celle d’un savon qui est plus dangereuse car elle demande à manipuler de l’hydroxyde de sodium en poudre très corrosive.

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Choix pédagogiques

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Le professeur peut montrer qu’on peut fabriquer du dioxygène (gaz vital) au laboratoire par réaction chimique entre de l’eau oxygénée et du permanganate de potassium. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation

• Fabrication du dioxygène au laboratoire. Activité 2 • Matériel : 1 appareil de chauffage ; 1 thermomètre ; 1 bécher 250 mL en verre borosilicaté ; 1 bécher 100 mL ; 1 tube à essai ; 1 réfrigérant à air ( tube à dégagement 25 cm de long, diamètre 5 à 6 mm muni d’un bouchon N° 1) ; gants et lunettes de sé­curité ; 1 chronomètre ; acide acétique 80 % ; alcool isoamylique ; acide sulfurique pur (pour le professeur) ; 1 ampoule à décanter 50 mL avec son support ; 1 bécher poubelle 100 mL ; 1 bécher 50 mL ; eau salée 100 g/L (dans bécher 100 mL). • Pour des raisons de sécurité, l’acide acétique 80 % est préféré à l’anhydride acétique beaucoup plus dangereux mais cela demande d’ajouter de l’acide sulfurique hélas. L’enseignant(e) peut fournir pour la classe une burette graduée contenant l’acide et une autre contenant l’alcool. C’est l’enseignant(e) qui ajoute les deux gouttes d’acide sulfurique. L’enseignant(e) peut demander aux élèves de préparer eux mêmes l’eau salée : révisions de la classe de 5e. On peut récupérer des mouillettes dans les parfumerie afin d’y déposer l’arôme fabriqué pour en identifier l’odeur.

Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Fabrication de l’acétate d’isoamyle.

Activité 4 • Matériel : solution d’adipoyle dichlrorure (dans un bécher de 50 mL) ; solution d’hexaméthylène diamine (dans un bécher de 50 mL), 1 baguette de verre, gants et lunettes de sécurité ; 1 crochet (1 fil de fer recourbé). • La solution d’adipoyle dichlorure est préparée en dissolvant 5 % en masse d’adipoyle dichlorure dans du cyclohexane. Le cyclohexane est utilisé comme solvant car il est moins toxique que les traditionnels composés chlorés ou l’hexane. La solution d’hexaméthylène diamine est préparée en dissolvant 5 % en masse d’hexaméthylène diamine dans de l’eau. Il est nécessaire de verser la solution d’adipoyle dichlorure sur la solution d’hexaméthylène diamine car le cyclohexane est moins dense que l’eau. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Bibliographie pour le professeur

• JP. Cohen-Addad, Polymères La matière plastique, Belin, coll. « Echelles », 2007

Corrigés des exercices La vanilline • naturelle La vanilline • synthétique

• est présente dans les gousses de vanille • est fabriquée par l’Homme • existe dans la nature

10. L’agar-agar est extrait des algues rouges, c’est donc un produit naturel. 11. Les parfumeurs préfèrent utiliser l’arôme de synthèse car il coûte nettement moins cher et il est fabriqué plus rapidement. 12. Pour réaliser la synthèse de l’acétate d’isoamyle présent dans l’arôme de banane, on doit suivre un protocole précis : c’est la description des conditions et du déroulement de cette synthèse.



13. a. Pour synthétiser l’arôme de poire, il faut utiliser du pentan-1-ol (ampoule B) et de l’acide éthanoïque (ampoule C). b. Réfrigérant Mélange d’acide acétique et de pentan-1-ol

Thermomètre

Bain-marie à 70° C

Appareil de chauffage

14. Ces pictogrammes signifient que les réactifs sont irritants, corrosifs et inflammables. Pour les manipuler il faut porter des gants et des lunettes de protection, travailler dans un endroit ventilé et éloigner les flacons de réactifs de toute source de chaleur.

15. Pour synthétiser l’acétate d’isoamyle, il faut réaliser les étapes dans l’ordre suivant : (C) Verse 2 mL d’acide acétique et 2 mL d’alcool isoamylique dans un tube à essai. (A) Ajoute deux gouttes d’acide sulfurique concentré. (D) Coiffe le tube à essai d’un réfrigérant à air. (B) Place le tube à essai au bain-marie à 70 °C pendant 15 minutes en l’agitant régulièrement.

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9.

16. a. Les objets ont été fabriqués en plastique. b. Les matières plastiques sont des matériaux synthétiques. c. Ces matériaux sont beaucoup plus résistants et ils coûtent moins cher que le verre ou la porcelaine.

Chapitre 6 • Synthèse d’espèces chimiques

23

18. a. Les réactifs utilisés pour synthétiser le nylon sont le dichlorure d’adipoyle et l’hexaméthylène diamine. b. Le nylon se forme à la surface de contact entre les deux réactifs. 19. a. Ce pictogramme signifie que les réactifs utilisés sont irritants. b. Pour manipuler ces produits chimiques, il faut travailler dans un endroit aéré. 20. 1. Nylon. 2. Plastique. 3. Macromolécule. 4. Synthèse. 5. Protocole. 21. a. Au cours de cette expérience aucune transformation chimique n’a lieu : il n’y a pas de réactifs consommés ni de produits formés. b. L’acétate de linalyle ainsi obtenu est extrait des fleurs de lavande, c’est un produit naturel. 22. a. Cette synthèse est une transformation chimique car des réactifs sont consommés et des produits sont formés. b. Les réactifs sont l’acide acétique et l’alcool isoamylique. c. Les produits sont l’acétate d’isoamyle et l’eau. d. Bilan de la transformation chimique : acide acétique + acétate d’isoamyle acétate d’isoamyle + eau 23. a. Les plastiques sont synthétiques. b. PET : polyéthylène téréphtalate PVC : polychlorure de vinyle c. Voir tableau ci-dessous. d. Logo

PE-HD

Polyéthylène high density (haute densité)

PE-HD

PE-LD PE-LD



24

• • • 

Abréviation Signification PP

Polypropylène

PS

Polystyrène

5 PP

6 PS

24. a. Lila a utilisé l’huile d’olive comme corps gras et la soude comme substance basique. b. L’hypothèse de Lila est validée : il faut faire réagir un corps gras avec une substance basique pour fabriquer un savon. c. Dans les deux synthèses, il faut faire chauffer les réactifs au bain-marie pendant une dizaine de minutes après les avoir mélangés. 25. Solène porte un vêtement en fibre synthétique qui évacue la transpiration (contrairement au coton). Elle dit « merci à la chimie » car ces fibres n’existent pas dans la nature, elles sont fabriquées par les chimistes. 26. a. Les molécules d’acétate d’isoamyle sont toujours les mêmes, que ce produit soit naturel ou synthétique. b. Le réfrigérant permet de condenser les vapeurs pour qu’elles retombent dans le ballon. Si il n’y avait pas de réfrigérant, l’acétate d’isoamyle s’évaporerait et on ne pourrait pas le récupérer. L’acétate d’isoamyle se forme dans le ballon. c.

Abréviation Signification

02

04

Logo

Polyéthylène low density (basse densité)

Dans ces deux montages, on chauffe un récipient contenant les réactifs et on utilise un réfrigérant afin de récupérer le produit formé. 27. a. Le schéma (B) correspond à la synthèse du nylon.

b. Ces deux synthèses ne nécessitent pas les mêmes conditions de température  : pour synthétiser l’acétate d’isoamyle il faut chauffer alors que la synthèse du nylon s’effectue à température ambiante. c. Il faut porter des équipements de protection pour réaliser ces deux synthèses car les réactifs utilisés sont corrosifs. 28. Une transformation chimique a eu lieu car un nouveau produit à été fabriqué à partir de deux réactifs (le lait et le vinaigre). 29. a. Le nylon n’existe pas dans la nature : il est synthétique. b. Le nylon est très résistant, c’est cette propriété qui est recherchée pour les fils de pêche. 30. a. La stévia est extraite d’herbes aromatique : c’est une substance naturelle. b. L’aspartame n’existe pas dans la nature, c’est une substance créée par l’Homme : c’est une substance synthétique. c. Les molécules de stévia et d’aspartame sont différentes car elles correspondent à deux édulcorants différents. 31. a. Le nylon appartient à la famille des matières plastiques. b. Lucas ne porte pas de gants ni de blouse donc il n’a pas pris toutes les précautions nécessaires à la réalisation de cette synthèse. 32. a. Le préfixe « macro » signifie « grand ». b. On peut en déduire qu’une macromolécule est une molécule très grande. c. Les matières plastiques sont constituées de macromolécules. 33. a. La vanilline naturelle est rarement utilisée car elle coûte beaucoup plus cher que la vanilline synthétique. De plus, la vanilline possède un pouvoir aromatisant inférieur à l’éthylvanilline. b. Les molécules de vanilline et d’éthylvanilline sont différentes car elles correspondent à deux substances différentes. c. Ces deux molécules possèdent chacune une vingtaine d’atomes, ce ne sont pas des macromolécules. d. Les matières plastiques sont constituées de macromolécules.

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17. Les molécules constituant les matières plastiques sont des macromolécules. (plat-s-tee-queue).

La chimie au quotidien Métier. Aromaticien(ne) a. Fumer détériore la sensibilité olfactive. C’est donc incompatible avec ce métier b. À Bac + 2 il faut envisager la préparation d’un BTS ou d’un DUT dans le domaine de l’agriculture ou de la chimie. Il faut ensuite compléter ce diplôme par une formation spécialisée. On peut aussi envisager de préparer certaines licences spécialisées (Bac + 3) ou certains masters (Bac + 5). Il existe aussi des écoles d’ingénieur ou certaines écoles agroalimentaires.

Objectif B2i. Le savon a. La saponification est le nom de la transformation chimique qui permet de synthétiser du savon. b. Les huiles de Coprah, de Palme et l’huile d’olive peuvent entrer dans la composition du savon de Marseille, on peut adjoindre dans certains cas du beurre de Karité. c. Les neuf étapes sont  : la saponification nommée aussi empâtage, le lavage, la cuisson, la liquidation, la coulée de la cuite, le séchage, le découpage, le séchage et enfin le moulage qui permet d’estampiller le savon.

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Un défi. Dentifrice goût menthe Pour résoudre ce défi l’élève doit établir la correspondance entre les taches des deux chromatogrammes. L’arôme synthétique n’est pas le même que l’arôme extrait de l’huile essentielle ; il manque certaines taches.

Un objet. La couche-culotte a. On constate un aspect granuleux blanchâtre. Lorsqu’on verse de l’eau il y a une expansion et le matériau absorbe l’eau tout en demeurant sec. b. Le polymère super-absorbant assure le maintien au sec des fesses du bébé et une bonne étanchéité.



Chapitre 6 • Synthèse d’espèces chimiques

25

7

>> Livre de l’élève p. 114

La production d’électricité

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

DES POSSIBILITÉS DE PRODUCTION DE L’ÉLECTRICITÉ : quel est le point commun des différentes centrales électriques ? L’alternateur est la partie commune à toutes les centrales électriques. L’énergie mécanique reçue par l’alternateur est convertie en énergie électrique.

Sources d’énergie renouvelables ou non.

Réaliser un montage permettant d’allumer une lampe ou de faire tourner un moteur à l’aide d’un alternateur.

Activité 1 p. 116 Pourquoi les centrales électriques contiennent-elles un alternateur ?

Organiser l’information utile afin de traduire les conversions énergétiques dans un diagramme incluant les énergies perdues pour l’utilisateur.

Activité 2 p. 117 Quelles sont les énergies mises en jeu dans un alternateur ?

Extraire d’un document les informations relatives aux sources d’énergie.

Activité 3 p. 118 Quelles sont les différentes sources d’énergie électrique ?

DES POSSIBILITÉS DE PRODUCTION DE L’ÉLECTRICITÉ : quel est le point commun des différentes centrales électriques ? Un alternateur produit une tension variable dans le temps. Une tension, variable dans le temps, peut être obtenue par déplacement d’un aimant au voisinage d’une bobine.

Pratiquer une démarche expérimentale pour illustrer l’influence du mouvement relatif d’un aimant et d’une bobine pour produire une tension.

Activité 4 p. 119 Comment un alternateur produit-il une tension ?

L’électricité est omniprésente dans notre vie quotidienne. Ce premier chapitre d’électricité commence naturellement par la production de l’énergie électrique grâce aux centrales électriques et leurs alternateurs. L’activité 1 présente l’alternateur, générateur électrique tournant, point commun de presque toutes les centrales électriques. L’activité 2 montre que l’alternateur transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique. L’activité 3 présente les différentes sources d’éner-



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• • • 

gie électrique et les classe en deux types : les sources d’énergie renouvelables et les sources d’énergie non renouvelables. Enfin, l’activité 4 explique le fonctionnement d’un alternateur. Il est constitué d’un aimant et d’une bobine. Les élèves montrent que le déplacement de l’aimant au voisinage de la bobine crée une tension variable mise en évidence par un voltmètre. Utiliser un oscilloscope aurait été prématuré par rapport au chapitre suivant sur les tensions alternatives.

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Choix pédagogiques

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel : 1 alternateur de laboratoire ; 1 manivelle pour l’alternateur ; 2 fils verts de connexion ; 1 lampe 3,5V-0,2A sur support. • L’alternateur de laboratoire est fourni par la société Pierron. Pour que l’alternateur fasse briller la lampe, la rotation de l’axe tournant peut aussi être réalisée en l’accouplant soit à une turbine (principe d’une centrale hydraulique, thermonucléaire ou thermique à flamme), soit à une hélice (principe d’une centrale éolienne). Livre Interactif Belin

• Vouloir faire briller une lampe aux bornes de la bobine serait vain en raison de la trop faible tension de sortie. Le voltmètre doit s’utiliser en mode continu et sur un très petit calibre (20 mV) pour montrer la variation de tension. D’ailleurs jusqu’à présent les élèves ne connaissent que ce mode d’utilisation du voltmètre. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Déplacement d’un aimant devant une bobine.

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Activité 4 • Matériel : 1 aimant Ticonal rectangulaire L = 10 cm , 1 bobine à air 400 tours, 1 fil rouge, 1 fil noir, 1 multimètre

Bibliographie pour le professeur • A. Nicolas, Énergies : une pénurie au secours du climat ?, Belin, 2011

9. a.Une centrale électrique sert à produire de l’énergie électrique. b. Un alternateur. 10. a. Un alternateur, une lampe et deux fils de connexion. b.

c. Pour faire briller la lampe, elle doit faire entraîner l’alternateur. 11. a. Elle est reliée à l’alternateur. b. La lampe s’allume car elle est alimentée par l’alternateur relié à l’hélice qui tourne. 12.

Énergie mécanique

Eau en mouvement

Énergie électrique

Alternateur

Réseau électrique

Énergie perdue

13. Les mots dans l’ordre : énergie thermique, alternateur, mécanique, électrique, perdue.



14. À toi de rédiger a. L’énergie électrique. b. L’énergie mécanique. c. Un alternateur.

20. a. Lorsque l’aimant se déplace devant la bobine, une tension électrique apparait aux bornes de celle-ci. b. Il affiche 0 V.

15. L’alternateur reçoit de l’énergie mécanique et la convertit en énergie électrique et en énergie perdue.

21. Il faut réaliser une bobine de cuivre en enroulant le fil de cuivre sur le cylindre. Il faut ensuite déplacer l’aimant au voisinage de cette bobine de cuivre.

16. a. Une source d’énergie renouvelable est une source d’énergie qui utilise des ressources inépuisables à l’échelle humaine. b. Ce sont des sources d’énergie non renouvelable car ils sont épuisables à l’échelle humaine. c. C’est une source d’énergie renouvelable car il est inépuisable à l’échelle humaine. 17. a. Non renouvelable : uranium, pétrole, charbon. Renouvelable : Vent, eau d’un barrage, bois. 18. Les mots dans l’ordre : a. Renouvelable, inépuisable, le vent. b. Renouvelable, épuisable, charbon. 19. a. Le voltmètre affiche 0 V car aucune tension n’apparait aux bornes de la bobine. b. Il faut déplacer l’aimant au voisinage de la bobine.

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Corrigés des exercices

22. 1. Alternateur. 2. Non renouvelable. 3. Renouvelable. 4. Mécanique. 5. Bobine. 23. a. C’est le vent qui met en mouvement les pales d’une éolienne. b. Elle contient un alternateur qui permet de produire de l’énergie électrique. c. En absence de vent, l’éolienne ne produit pas d’énergie électrique. 24. a. Un alternateur contient un rotor et un stator. b. Lors du freinage, le moteur se ­c omporte comme un alternateur et reçoit donc de l’énergie mécanique. c. Si le moteur permet de produire de l’énergie électrique, on peut donc

Chapitre 7 • La production d’électricité

27

considérer le véhicule hybride comme une mini-centrale électrique. 25. Camille à raison de considérer un groupe électrogène comme une mini-centrale thermique car dans cet appareil il se produit la combustion d’un combustible qui permet d’entraîner un alternateur qui produit à son tours de l’énergie électrique. 26. a. Le moulin à vent est entraîné par le brouillard ascendant qui provient de la condensation de la vapeur d’eau. b. La vapeur d’eau en mouvement peut être une source d’énergie mécanique. c. les centrales thermiques et les centrales nucléaires utilisent la vapeur d’eau en mouvement. 27. Dans l’ordre  : chimique, thermique, mécanique, électrique, perdue. 28. Le gaz de schiste n’est pas une source d’énergie renouvelable car il est épuisable à l’échelle humaine. 29. a. L’énergie solaire. b. Elle est renouvelable car elle est inépuisable à l’échelle humaine.

c. Le vent, les courants marins. 30. a. Il faut déplacer l’aimant au voisinage de la bobine de cuivre. b. On peut utiliser un voltmètre pour mesurer cette tension. 31. a. L’hypothèse d’Éric : l’objet mystérieux produit de l’énergie électrique. b. La lampe s’allume et donc l’hypothèse est validée. c. Cet accessoire peut contenir une hélice qui entraîne un petit alternateur lors de l’écoulement de l’eau. d. Cet accessoire utilise la chute ou l’écoulement de l’eau du robinet. 32. a. Elle utilise le Soleil comme source d’énergie renouvelable. b. Les turbines permettent d’entraîner l’alternateur. c. Les alternateurs permettent de produire de l’énergie électrique. d. La tension que produirait une tour solaire est variable. 33. a. Nicolas Tesla a perfectionné l’alternateur.

b. L’alternateur se trouve dans presque toutes les centrales électriques. 34. a. Une source d’énergie non renouvelable est une source qui utilise des ressources épuisables à l’échelle humaine. b. Une centrale nucléaire utilise un alternateur. c. L’élève doit faire une recherche. 35. a. L’aimant étant fixe, il faut faire osciller la bobine. b. Lorsque la bobine s’immobilise le voltmètre affichera une tension nulle. 36. a. Les centrales hydrauliques utilisent la chute de l’eau. b. Elles sont situées dans les Vosges, les Alpes, le Jura, le Massif Central, les Pyrénées. Cette implantation s’explique par la présence d’eau et de dénivelé (régions montagneuses). c. L’eau en chute apporte de l’énergie mécanique à l’alternateur. d. Une tension variable apparaît aux bornes de la bobine de l’alternateur en fonctionnement.

La physique au quotidien

Cellule photovoltaïque

Énergie solaire

Énergie électrique Énergie perdue

Énergie perdue

Lampe solaire Énergie mécanique de la manivelle

Énergie électrique

Alternateur

Énergie perdue

Énergie perdue

Lampe à manivelle Développement durable. Énergie positive a. C’est une compétition entre les collectivités françaises autour des énergies renouvelables. b. c’est un territoire dont les besoins en énergie sont couverts par des énergies renouvelables locales. c. L’énergie solaire.



28

• • • 

Technologie. Hydrogénarateur : les voiliers sont dans la course a. Un groupe électrogène produit de l’électricité. Son alternateur est entraîné par un moteur à combustion qui est alimenté avec du carburant. b. Utiliser un hydrogénérateur permet de ne plus embarquer de carburant. Il n’y a pas d’incidences sur le bilan CO2 puisqu’il n’y a pas de combustion c. On allège le bateau car on n’a plus besoin d’embarquer les 400 litres de carburant la masse étant moindre, les performances seront meilleures. Objectif B2i. L’énergie de l’eau a. L’élève devra explorer les différents items. b. L’item intitulé : « l’hydraulique » pour comprendre ce qui permet de définir les centrales (haute chute, basse chute, au fil de l’eau) mais aussi celui qui correspond aux « énergies marines »  pour comprendre la différence entre usine marémotrice et hydrolienne. Voir documentation sur le site d’appui. c. L’alternateur de l’usine marémotrice est mû par la marée, celui de l’hydrolienne est mis en mouvement par des courants sous-marins.

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Un défi. Des lampes autonomes La tâche complexe demande de mettre en relation les informations. Les diagrammes attendus sont :

>> Livre de l’élève p. 130

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Tension continue et tension alternative

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

TENSION CONTINUE ET TENSION ALTERNATIVE PÉRIODIQUE : qu’est-ce qui distingue la tension fournie par le secteur de celle fournie par une pile ? Tension continue et tension variable au cours du temps. Tension alternative périodique. Période. Valeurs maximale et minimale d’une tension.

Construire le graphique représentant les variations d’une tension au cours du temps.

Activité 1 p. 132 Quelles tensions sont délivrées par une pile et par le secteur ?

En extraire des informations pour reconnaître une tension alternative périodique, pour déterminer graphiquement sa valeur maximale et sa période.

Activité 2 p. 133 De quel type est la tension délivrée par un générateur de tension alternative ?

Décrire le comportement de la tension en fonction du temps. Utiliser un tableur pour recueillir, mettre en forme les informations afin de les traiter.

Activité 3 p. 134 Comment trouver la période d’une tension périodique alternative ? Activité 4 p. 135 Comment déterminer les valeurs maximale et minimale d’une tension périodique alternative ?

Choix pédagogiques

L’activité 1 utilise de façon naturelle un voltmètre (en mode continu) permettant de distinguer la tension continue aux bornes d’une pile et la tension alternative



(variable, périodique) aux bornes d’un générateur alternatif (très lent). L’activité 2 réalise la représentation graphique de la tension lente aux bornes du générateur alternatif. L’activité 3 est consacrée à la détermination graphique de la période. L’activité 4 réalise la représentation graphique d’une tension lente mais cette fois-ci grâce à un tableur grapheur. Les élèves retrouvent les résultats des activités 1, 2 et 3 avec en plus la détermination graphique des valeurs maximale et minimale.

Chapitre 8 • Tension continue et tension alternative

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C’est la première fois que les élèves étudient véritablement les tensions alternatives Il nous a semblé important de consacrer un chapitre entier sur l’étude d’une tension alternative très lente permettant d’introduire «en douceur» les notions de tension continue, variable, alternative périodique avec la période, la durée du motif élémentaire, ainsi que les valeurs maximales et minimales.

29

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel : 1 voltmètre ; 1 chronomètre ; 1 pile plate 4,5 V ; 1 fil rouge de connexion ; 1 fil noir de connexion ; 1 GTBF. • La valeur maximale du GTBF est réglée sur 4,4 V permettant la comparaison avec la pile.

Activité 4 Vidéo Pierron Éducation •  Détermination graphique de la valeur maximum et de la période d’une tension alternative.

Vidéo Pierron Éducation • Comparaison tension continue, tension alternative.

Activité 2

Bibliographie pour le professeur • J Dhombres, Fourier Créateur de la physique-mathématique, Belin, coll. «Un savant, une époque», 1998

Vidéo Pierron Éducation

• Relevé de la tension aux bornes d’un GTBF.

Corrigés des exercices

10. Les générateurs B et C délivrent une tension variable. 11. Il s’agit d’une pile donc on mesure une tension continue.

24. a. 24 h. b. 28 jours. c. 365,25 jours. d. Un an.

18. Les mots dans l’ordre : a. maximales, minimales. b. Umax, Umin. c. Volt.

27. a. Continue. b. Alternative. c. L’alternateur et le transformateur. d. L’élève doit faire une recherche.

13. À toi de rédiger a.

19. Il a oublié de sélectionner les données.

28. Il tourne alternativement dans les deux sens toutes les deux secondes.

20. Umax = 1,5 V et Umin = – 1,5 V. Umax = – Umin.

29. a. Elle est variable, périodique, alternative. b. T = 1,5 ms. c. La période diminue.

4

O

4

8

12 Temps (s)

b. Cette tension est variable car elle varie au cours du temps. Elle est périodique car elle se répète identiquement à elle-même mais elle n’est pas alternative car elle reste

30

15. a. Cette tension est variable. b. T = 40 s.

23. La DEL va clignoter.

12. a. Une tension variable est une tension qui varie au cours du temps. b. Une tension périodique est une tension qui se répète identiquement à elle-même dans le temps. c. Une tension alternative est une tension dont les valeurs prennent alternativement des valeurs positives et des valeurs négatives.

Tension (V)



14. (A) : cette tension est variable, alternative et périodique. (B)  : cette tension ne varie pas. Elle est donc continue.

22. a. La tension d’entrée est alternative et la tension de sortie est continue. b. Ce dispositif permet de transformer une tension alternative en tension continue.

• • • 

16. Entre deux maximums il y a une demipériode, donc la période est 80 s. 17. Le générateur (A) possède une plus petite période.

21. 1. Périodique. 2. Minimale. 3. Continue. 4. Période. 5. Maximale. 6. Variable. 7. Alternative.

25. Les deux DEL clignotent alternativement toutes les secondes. 26. T = 1 min = 60 s.

30. a. Un générateur alternatif délivre une tension alternative. b. Elle peut utiliser un tableur grapheur. c. Les deux valeurs sont égales et opposées.

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

toujours positive. c. La tension n’est pas continue, il ne s’agit donc pas d’une pile.

9. Les mots cachés sont : a. Continue. b. Alternative. c. Change.

31. a. L’hypothèse de Bruno : utiliser un générateur de tension continue. b. Elles restent éteintes car aucun courant ne circule dans cette branche à cause de la diode. c. Il doit utiliser un générateur alternatif qui délivre une tension alternative de période 2 s pour faire clignoter les DEL. 32. a. L’enregistrement A visualise clairement une tension périodique. b. La période diminue.

car elle se répète identiquement à ellemême ; elle est alternative car elle prend alternativement des valeurs positives et négatives. c. Voir le graphique ci-dessus. d. T = 80 s. e. Umax = 8 V.

33. a. Tension (V) 5,7

O

40

80 Temps (s)

34. a. La tension est variable, périodique et alternative. b. Lorsqu’on souffle fort, la période diminue et la valeur maximale augmente.

b. Cette tension est variable car elle varie au cours du temps. Elle est périodique

La physique au quotidien Métier. Technicien(ne) en électronique grand public a. Pour exercer le métier de technicien(ne) en électronique grand public, il faut être minutieux, précis, logique et posséder un esprit d’analyse et de synthèse. b. Ce métier nécessite d’avoir de bonnes connaissances en physique et en technologie pour comprendre le rôle des différents composants électroniques et pouvoir analyser les sources de pannes. Un technicien en électronique doit être capable de trouver quelles sont les pièces défectueuses et de les remplacer.

Un défi. Faire tourner un moteur

Objectif B2i. Simule une tension alternative a. La période de cette tension est T = 12,5 ms. b. En augmentant la valeur de la fréquence, le changement de signe de la tension est plus fréquent.

a. La tension du secteur est une tension alternative. b. La valeur maximale de la tension du secteur est 325 V. c. La tension délivrée par la batterie du téléphone est une tension continue de valeur 5,2 V.

Pour que le moteur tourne lorsqu’il est alimenté par un alternateur, il faut placer une diode dans le circuit :

Alternateur M

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Un objet. Le chargeur du téléphone portable



Chapitre 8 • Tension continue et tension alternative

31

9

>> Livre de l’élève p. 146

Visualisation des tensions alternatives

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

L’OSCILLOSCOPE ET/OU L’INTERFACE D’ACQUISITION, INSTRUMENT DE MESURES DE TENSION ET DE DURÉE : que signifient les courbes affichées par un oscilloscope ou sur l’écran de l’ordinateur ? Fréquence d’une tension périodique et unité, le hertz (Hz), dans le Système international (SI).

Extraire des informations d’un oscillogramme pour reconnaître une tension alternative périodique.

Relation entre la période et la fréquence.

Mesurer sur un oscillogramme la valeur maximale et la période en optimisant les conditions de mesure.

La tension du secteur est alternative. Elle est sinusoïdale.

Activité 1 p. 148 Comment peut-on visualiser une tension ? Activité 2 p. 149 Quelles grandeurs un oscillogramme permet-il de déterminer ?

La fréquence de la tension du secteur en France est 50 Hz.

MESURE D’UNE TENSION : qu’indique un voltmètre utilisé en « alternatif » ? Pour une tension sinusoïdale, un voltmètre utilisé en alternatif indique la valeur efficace de cette tension. Cette valeur efficace est proportionnelle à la valeur maximale.

Extraire des informations indiquées sur des générateurs ou sur des appareils usuels les valeurs efficaces des tensions alternatives. Mesurer la valeur d’une tension efficace (très basse tension de sécurité).

Activité 3 p. 150 Que représentent les valeurs de tensions indiquées sur les appareils électriques ? Activité 4 p. 151 Quelle est la relation entre la valeur efficace et la valeur maximale d’une tension sinusoïdale ?

Ce chapitre présente un instrument de mesure de tension et de durée  : l’oscilloscope. Les notions vues au chapitre précédent (période, valeurs maximale et minimale) sont réinvesties et complétées par les notions de fréquence et de tension efficace. L’interface d’acquisition qui peut remplacer l’oscilloscope est mise en œuvre dans la dernière activité. Les activités 1 et 2 montrent que l’oscilloscope peut visualiser une tension rapide et permet de déterminer la valeur maximale et la période d’une tension alternative périodique. Le lien entre la fréquence et la période est



32

• • • 

alors donné. C’est l’occasion de découvrir que la tension du secteur en France est une tension sinusoïdale de fréquence 50 Hz. Pour des raisons pédagogiques, nous avons utilisé comme générateur alternatif, un transformateur abaisseur dont le primaire se branche sur une prise de courant qui délivre la tension du secteur. Les activités 3 et 4 sont consacrées à la notion de valeur efficace d’une tension. Cette valeur est celle indiquée sur les appareils. La relation de proportionnalité entre la valeur efficace (mesurée au voltmètre en mode alternatif) et la valeur maximale est montrée en utilisant une interface.

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Choix pédagogiques

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel  : 1 prise électrique sous tension ; 1 transformateur abaisseur 230V/12 V sécurisé ; 1 oscilloscope ; 2 fils de connexion. • On peut trouver un transformateur abaisseur sécurisé chez la société Pierron. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation

• Détermination des caractéristiques d’une tension alternative à l’oscilloscope. Activité 4 • Matériel : 1 alimentation alternatif réglable ; 1 interface d’acquisition et son logiciel ; 1 ordinateur ; 1 voltmètre alternatif ; 2 fils vert de connexion ; 1 fil noir de connexion ; 1 fil rouge de connexion. • Il faut choisir une interface qui permet des prises de mesures suffisamment rapides pour « suivre » une tension de fréquence 50 Hz. Ce n’est pas le cas de toutes les interfaces. Livre Interactif Belin

• Utilisation de l’oscilloscope sans balayage. • Utilisation de l’oscilloscope avec balayage.

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Signification de la valeur lue sur un voltmètre alternatif.

Activité 2 • Matériel : idem activité 1 Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation

Bibliographie pour le professeur M. Lambert, Les régimes de neutre et les schémas des liaisons à la terre, Eyrolles, 2011.

Corrigés des exercices b. f = 1 / 0,002 = 50 Hz. c. Cette fréquence est la même pour toutes les prises du secteur en France.

10. a. Vrai b. Vrai c. Faux

17. a. Le voltmètre est en mode alternatif. b. Le calibre utilisé est 20 V. c. 6 V et c’est la valeur efficace de la tension aux bornes du générateur.

11. a. L’oscilloscope. b. Un oscillogramme c. Alternative, sinusoïdale.

18. C’est la valeur efficace de la tension à utiliser pour faire fonctionner correctement la console.

12. (B) correspond à une tension alternative sinusoïdale.

19. a. Efficace, alternatif. b. Efficace.

13. a. C’est le nombre de motifs élémentaire par seconde. b. L’unité de la fréquence est le hertz. c. Hz.

20. a. Le voltmètre est en mode continu. b. Il affiche 12 V.

14. À toi de rédiger a. T = 4 × 5ms = 20 ms. b. f = 1 / T =1/0,002 = 50 Hz. c. Umax = 6 V. 15. a. Cette fréquence est de 60 Hz. b. Ce n’est pas la même qu’en France (50 Hz). 16. a. f = 1/T. T en seconde et f en Hz.



23. C’est la première Umax/U = √2. 24. a. 20 kHz = 20 000 Hz. b. f = 1 / T. c. Période comprise entre 5 × 10-5 s et 0,067 s. 25. a. Dans la zone bleu. b. U = 6 V. c. Il doit choisir le calibre 20 V.

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9. a. La tension du secteur est alternative. b. La tension du secteur est sinusoïdale. c. L’unité de la tension du secteur est le volt.

26. a. C’est une valeur efficace. 27. a. Naïma doit utiliser un oscilloscope. b.

21. a. Vrai b. Vrai. c. Faux. Les deux valeurs sont reliées par la relation Umax/U = √2. 22. 1. Oscillogramme. 2. Secteur. 3. Sinusoïdale. 4. Oscilloscope. 5. Fréquence. 6. Efficace.

c. Un voltmètre ne permet pas de visualiser une tension. 28. a. La tension du secteur est alternative sinusoïdale. b. Le voltmètre indiquera 230 V. c. Umax = U × √2 = 325 V.

Chapitre 9 • Visualisation des tensions alternatives

33

d. L’élève doit faire une recherche : « Action mortelle du passage du courant électrique dans l’organisme ». 29. a. Umax = 8 V. T = 30 s. b. Ici le voltmètre n’indiquera pas la valeur efficace car la tension n’est pas sinusoïdale. c. f = 1 / 30 = 0,03 Hz. 30. Sami a raison car les deux valeurs sont proportionnelles. Si on augmente une, l’autre augmente également. 31. a. C’est la fréquence de la tension délivrée par le générateur. b. T = 1 / f = ½ = 0,5 s. c. La DEL s’éteint une fois toutes les 0,5 s et donc 2 fois par seconde.

d. C’est la valeur efficace de la tension délivrée par le générateur. 32. a. L’élève mesure sa fréquence cardiaque. d. La fréquence cardiaque augmente avec l’effort physique fourni par l’élève. 33. Le générateur (A) à une plus grande valeur maximale et donc une plus grande valeur efficace. 34. a. Elles n’ont pas la même période et donc les deux tensions n’ont pas la même fréquence. b. Les deux valeurs maximales ne s’étalent pas sur le même nombre de division : elles n’ont pas la même valeur maximale. c. Il faut réaliser un calcul en utilisant la relation Umax/U = √2.

35. a. Un voltmètre indique la valeur efficace d’une tension sinusoïdale. b. Un oscilloscope permet de mesurer la valeur maximale d’une tension. c. Il faut calculer le rapport Umax/U et si ce rapport est égal à racine carrée de deux, alors la tension est sinusoïdale. 36. a. L’élève recopie le texte. b. Oscilloscope et voltmètre. c. Hz et V. d. 230 V. 37. a. C’est un oscillogramme. b. T = 50 ms. c. Umax = 6 V. U = Umax / 1,4 = 6/1,4 = 4,3 V. 38. C’est la valeur efficace de la tension.

La physique au quotidien

Un défi. Une question d’éclat ! Il y a plusieurs pistes qui permettent de résoudre cette tâche, l’élève peut essayer de prévoir le réglage en utilisant la relation qu’il a découverte dans l’activité 4, p. 151. Il peut aussi réaliser les expériences et utiliser un photomètre pour évaluer l’éclat des deux lampes et constater qu’à éclat identique on retrouve la relation découverte lors de l’activité 4.



34

• • • 

Métier. Ingénieur(e) du son a. Un son est une vibration de l’air caractérisée par une fréquence et des valeurs maximale et minimale comme pour une tension périodique alternative. b. L’ingénieur(e) du son doit avoir une bonne oreille, il doit savoir résister au stress être capable de supporter des longues journées de travail, il doit être capable de travailler en équipe. Objectif B2i. Quelle est cette tension ? a. La tension périodique alternative varie au cours du temps ce qui n’est pas le cas de la tension continue. b. et c. Voir le site qui propose une correction item par item et un score.

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Santé. Le rythme du cœur a. Un galvanomètre. b. L’eau déminéralisée ne conduit pas le courant électrique contrairement à l’eau salée qui contient des ions.

10

>> Livre de l’élève p. 162

La puissance électrique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

LA PUISSANCE ÉLECTRIQUE : que signifie la valeur exprimée en watts (W), indiquée sur chaque appareil électrique ? Activité 1 p. 164 Que signifie la valeur indiquée en « W » sur les appareils électriques ?

Puissance nominale indiquée sur un appareil. Le watt (W) est l’unité de puissance du Système international (SI). Ordres de grandeur de puissances électriques domestiques. Pour un dipôle ohmique, P = U.I où U et I sont des grandeurs efficaces.

Calculer, utiliser une formule.

Activité 2 p. 165 Comment relier la puissance électrique d’un appareil à la tension à ses bornes ?

L’intensité du courant électrique qui parcourt un fil conducteur ne doit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de sécurité.

Rechercher, extraire l’information utile pour repérer et identifier les indications de puissance, de tension et d’intensité sur les câbles et sur les prises électriques.

Activité 3 p. 166 À quoi correspondent les indications sur les câbles et les prises électriques ?

Rôle d’un coupe-circuit.

Activité 4 p. 167 Quel est le rôle d’un coupe-circuit ?

Choix pédagogiques

L’activité 1 définit la puissance nominale qui est indiquée sur les appareils. Dans cette activité, on donne les ordres de grandeur des puissances des appareils domestiques. L’activité 2 introduit la for-



mule P = U × I pour un dipôle ohmique. Ce dipôle ne produisant que des effets thermiques. Les activités 3 et 4 traitent de la sécurité électrique. Un fil conducteur ne peut pas recevoir une trop grande intensité donc une trop grande puissance. Les indications portées sur un fil sont déchiffrées : puissance limite (ou intensité efficace limite) et tension nominale. Le coupe-circuit est ensuite naturellement abordé dans l’activité 4 : la mise en dérivation d’une lampe sur une première entraîne une surintensité dans la branche principale ce qui va provoquer la fusion d’un fusible.

Chapitre 10 • La puissance électrique

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

Ce chapitre, traitant de la puissance et qui s’appuie sur la formule (P = U × I ) est suffisamment « riche » pour faire l’objet d’un chapitre entier. L’énergie électrique en lien avec la puissance sera étudiée au chapitre suivant. La puissance se fait « ressentir » ici par le fait, par exemple, qu’une lampe puissante brille beaucoup.

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Quelques conseils pratiques Activité 1 • Le professeur gagnera à présenter réellement des appareils domestiques à ses élèves. Il peut même inviter ses élèves à en apporter en classe. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium Logo Lib à mettre. Vidéo Pierron Éducation • Comparaison de la puissance nominale de divers appareils domestiques (lecture des fiches signalétiques).

Activité 2 • Le professeur gagnera à étudier réellement un appareil domestique à ses élèves. Il peut même inviter ses élèves à en apporter en classe. Livre Interactif Belin

Activité 4 • Matériel : 1 générateur alternatif 12 V ; 1 lampe 6 V-1,8 W sur support; 1 lampe 6 V-6 W sur support ; 1 fusible F 250 V630 mA sur support ; 1 ampèremètre alternatif ; 4 fils vert de connexion ; 2 fils rouge de connexion. • Le choix des lampes et du fusible permet de voir nettement le fusible rougir quelques instants avant de couper le circuit quand la deuxième lampe est branchée en dérivation sur la première. Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Montage avec trois lampes en dérivation. • Observation du rôle des conducteurs et des isolants au niveau d’une prise de courant.

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Comparaison de la puissance nominale de divers appareils domestiques (calcul de l’intensité).

Bibliographie pour le professeur G. Férié et E.Diederichs, L’installation électrique dans l’habitat existant, coll.« Le guide du professionnel », Eyrolles, 2011.

Corrigés des exercices 10. a. 3 kW est la puissance nominale. b. 230 V est la tension nominale. 11. Le four a la puissance nominale la plus forte. 12. Radiateur 1 500 W  ; Grille-pain 700 W ; Lampe à incandescence 10 W. 13. a. P = U × I. b. Dans cette relation, U et I sont des valeurs efficaces. 14. À toi de rédiger a. P = U × I ; U en volt, I en ampère et P en watt. b. Le fer à repasser produit des effets thermiques donc on peut utiliser la relation P = U × I. c. I = P/U or P = 800 W et U = 230 V soit I = 800/230 c’est-à-dire I = 3,5 A. 15. a. Car le lisseur ne produit que des effets thermiques.



36

• • • 

b. I = 170/230 = 0,7 A. 16. U = 3,27 V. I = 0,17 A. P = 3,27 × 0,17 = 0,55 W. 17. a. 1 200 W est la puissance totale à ne pas dépasser. b. Il y a danger d’échauffement des conducteurs. 18. a. 3 680 W est la puissance totale à ne pas dépasser. b. L’intensité limite est 16 A. 19. Dans un fil conducteur, l’intensité du courant électrique ne doit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de sécurité. 20. a. Il permet d’ouvrir un circuit en cas de surintensité. b. Il se branche en série. c. Il permet de protéger un ou plusieurs circuits d’une installation électrique. 21. a. Un seul fusible ne protège pas toute l’installation électrique d’un logement

b. Vrai. c. Un coupe circuit s’ouvre en cas de surintensité. 22. a. L’aluminium ne peut pas fondre pour ouvrir le circuit, il y a alors risque d’échauffement des conducteurs et risque d’incendie. b. Un fusible permet d’ouvrir le circuit en cas de surintensité. 23. 1. Coupe circuit. 2. Watt. 3. Puissance. 4. Ohmique. 5. Nominale. 6. Efficace. 24. Fer à repasser 1 kW  ; téléviseur 100 W ; plaque de cuisson 6 kW ; lampe basse consommation 10 W. 25. a. L’élève ouvre une feuille de calcul. b. L’élève insère une formule. c. L’élève utilise la fonction « copier-coller ».

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9. Elle reçoit plus de puissance dans le cas B.

26. a. Un fusible permet d’ouvrir le circuit en cas de surintensité. b. Un disjoncteur. c. Les appareils électriques domestiques sont protégés, en amont, par des coupecircuit. 27. a. 3 000 W est la puissance nominale. 230 V est la tension nominale. b. I = 3 000/230 = 13 A. c. 13 A est supérieure à l’intensité du fusible (10 A). Celui-ci fond et ouvre le circuit. 28. a.

A

˜

V

b. Un voltmètre ou un ampèremètre utilisé en mode alternatif indique une valeur efficace. c. U = 6,12 V et I = 0,28 A. On constate donc que la relation recherchée est P = U × I.

30. a. On constate que U × I = 0,20 A. b. La puissance reçue par la bobine et affichée par l’appareil de mesure (0,10 W), est inférieure à U × I. Donc on ne peut pas utiliser la relation P = U × I pour une bobine qu’on ne peut pas considérer comme un dipôle ohmique. 31. a. Sur une prise de courant on trouve une indication qui donne l’intensité limite à ne pas dépasser. b. 1,5 × 106 KW. c. 250 000 maisons. d. Le nucléaire est une source d’énergie non renouvelable. 32. Le coupe-circuit risque de s’ouvrir. Il faut faire des vérifications qui s’imposent. 33. a. L’élève réalise son relevé. b. L’élève réalise un calcul en utilisant la relation P = U × I. 34. a. Risque d’échauffement et même d’incendie. b. Déroulée I = 13 A. Enroulée I = 4,3 A. c. Pour des raisons de sécurité.

35. a. Il chauffe car l’intensité dans le fil est trop forte. b. Dans un fil conducteur, l’intensité du courant électrique ne doit pas dépasser une valeur déterminée par un critère de sécurité. c. Un coupe-circuit (fusible ou disjoncteur). 36. a. C’est la puissance maximale de la lampe à utiliser. b. C’est la puissance maximale de la lampe à mettre sur la douille. c. I = P/I = 0,10 A. d. Les conducteurs risquent de chauffer et donc risque d’incendie. 37. a. Les conducteurs risquent de chauffer et donc risque d’incendie. b. Il faut utiliser un fil de section 6 mm2. 38. a. P = U × I. b. On sait que U = R × I et que P = U × I donc P = R × I 2. 39. a. Le rapport entre la puissance de la foudre et la puissance d’une lampe à incandescence de 10 W est 108. La foudre est 100 millions de fois plus puissante qu’une lampe à incandescence de 10 W. b. Un disjoncteur s’ouvre en cas de surintensité.

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29. a. Pour un éclairement de 16 887 lx, P = 1,23 W. Pour 44 147 lx, P = 1,80 W. Pour 50 000 lx, P = 3,56 W.

b. Lorsque P = 1,8 W, on peut déduire l’intensité nominale (0,30 A) et la tension nominale (6 V).



Chapitre 10 • La puissance électrique

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La physique au quotidien Développement durable. Éclairage : pensez lumen et pas watt ! a. Le flux lumineux de ces 3 lampes est identique et vaut 720 lm. b. La lampe la plus économe en énergie électrique est la LED. La plus gourmande est la lampe à incandescence. c. Efficacité lumineuse de la lampe à incandescence : 720 / 60 = 12 lm/W.  Efficacité lumineuse de la lampe halogène : 720 / 40 = 18 lm/W. Efficacité lumineuse de la lampe fluocompacte : 720 / 12 = 60 lm/W. Efficacité lumineuse de la lampe à LED : 720 / 10 = 70 lm. Pour la même consommation électrique, c’est la lampe à LED qui émet le plus de lumière, viennent après la lampe fluocompacte, la lampe halogène et la lampe à incandescence. d. Les lampes à incandescence de plus de 40 W ne sont plus commercialisées depuis le 31/08/2011 pour éviter de gaspiller inutilement de l’énergie électrique et de produire ainsi inutilement du CO2. (Au 31/12/2012, ce seront les lampes à incandescence de plus de 25 W qui ne sont plus commercialisées).

Objectif B2i. Simulateur de coupe-circuit a. Avant que le fusible fonde, l’intensité efficace du courant dans la plaque de cuisson vaut 10,36 A. Celle du fer à repasser vaut : I = P / U = 1672 / 230 = 7,27 A. b. Les appareils sont branchés en dérivation sur la prise électrique, donc lorsqu’ils sont tous les deux branchés, l’intensité du courant dans le fusible est  : Itotale = 10,36 + 7,27 = 17,63 A. Cette intensité est supérieure au calibre du fusible (16 A) qui fond et ouvre le circuit : les appareils ne fonctionnent plus. c. En protégeant ainsi la multiprise, on évite un incendie qui serait dû à la surchauffe des fils du fait de l’intensité trop élevée du courant les traversant.

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Un défi. La lampe pourra-t-elle briller ? Prisca doit connaître la valeur de l’intensité efficace du courant qui doit parcourir la lampe pour qu’elle brille normalement. On a : P = U × I d’où, I = P / U = 55 / 12 ≈ 4,6 A Le courant débité par le générateur du collège a une intensité efficace de 1 A maximum. 1 A < 4,6 A : la lampe de Prisca sera en sous-intensité et ne brillera donc pas.

Un objet. Le wattmètre a. Un wattmètre est un appareil qui permet de mesurer la puissance consommée par un appareil électrique. b. Il permet de suivre la consommation électrique d’un appareil en temps réel et de démasquer les appareils qui consomment de l’énergie électrique même s’ils sont en position OFF. c. Le wattmètre est appelé économètre car il permet de réduire sa facture énergétique et donc de faire des économies. d. Pour réduire sa consommation électrique, on peut utiliser des multiprises à interrupteur, ne pas laisser les appareils en veille, éteindre les lampes quand on quitte une pièce, remplacer les appareils électriques défectueux par des appareils de classe A peu gourmands énergétiquement, envisager des travaux d’isolation de son habitation, etc.



38

• • • 

11

>> Livre de l’élève p. 178

L’énergie électrique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

LA MESURE DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE : à quoi sert un compteur électrique ? que nous apprend une facture d’électricité ? L’énergie électrique E transférée pendant une durée t à un appareil de puissance nominale P est donnée par la relation E = P.t

Calculer, utiliser une formule.

Le joule est l’unité d’énergie du Système international (SI).

Activité 1 p. 180 À quoi sert un compteur électrique ? Activité 2 p. 181 De quels paramètres dépend l’énergie électrique transférée à un appareil ? Activité 3 p. 182 Comment calculer l’énergie électrique transférée à un appareil ? Activité 4 p. 183 Comment gérer sa consommation électrique ?

Choix pédagogiques

L’activité 1 est basée sur l’observation d’un compteur électrique. Il indique la « consommation » d’énergie en kilowattheure mais l’unité légale est le joule. L’activité 2



présente une facture d’électricité. Elle permet de montrer que l’énergie électrique «consommée» est facturée et qu’elle dépend de la puissance des appareils et de leur durée de fonctionnement. L’activité 3 introduit la formule E = P × t. Dans l’activité 4, l’élève réinvestit la formule de l’énergie électrique en faisant une mesure d’énergie électrique «consommée» par deux lampes de même éclat mais de puissances électriques différentes.

Chapitre 11 • L’énergie électrique

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

En relation avec la vie quotidienne, il apparaît indispensable que le futur citoyen aborde la notion d’énergie électrique afin de pouvoir gérer sa «  consommation  » électrique. C’est l’objet de ce chapitre réservé à l’énergie électrique.

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Quelques conseils pratiques Activité 1 Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation • Lecture des indications d’un compteur électrique.

Activité 4 • Matériel : 1 générateur 12 V alternatif ; 1 joulemètre ; 1 lampe halogène 14 W - 450 cd GU5.3 sur support ; 1 lampe à DEL 4,5 W - 450 cd GU5.3 sur support ; 3 fils verts de connexion, 2 fils rouge de connexion ; 1 chronomètre. Livre Interactif Belin

Activité 3 Livre Interactif Belin

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Vidéo Pierron Éducation

• Lecture des indications d’un compteur électrique.

Animation de l’activité sur le Lib’ Premium

Bibliographie pour le professeur R. Rizzo, Sauver le monde sans être superman, coll.« Regards », Belin, 2006.

Corrigés des exercices

10. 1 J = 2,8 x 10-7 kWh ; 7,2 × 103 J = 2 Wh ; 1,8 × 107 J = 5 kWh. 11. La lampe (B) éclaire plus et reçoit plus d’énergie électrique. 12. a. Ne disparaît pas. b. Vrai. c. Vrai. 13. À toi de rédiger a. 110 kWh. b. L’énergie électrique est transformée en énergie thermique. c. En diminuant la puissance des radiateurs.

21. a. Non car l’unité légale de l’énergie est le joule. b. 216 kWh. c. Le 25 septembre. 22. Un appareil de faible puissance, allumée pendant une longue durée, peut entraîner une plus grande dépense énergétique.

15. a. 85 145 ; 89 482. b. E = 4 337 kWh. c. Cette énergie est transférée aux appareils électriques de l’installation et convertie en d’autres formes d’énergie.

23. a. L’énergie solaire. b. De l’énergie électrique. c. En énergie mécanique et en énergie thermique. d.1 620 joule. e. L’énergie solaire est inépuisable à l’échelle humaine donc c’est source d’énergie renouvelable.

17. a. t = 7 322 s. b. E = P × t = 90 × 7 322 = 658 980 joule. 18. a. L’écran Plasma reçoit plus d’énergie que l’écran à LED. b. Il faut choisir le téléviseur à LED.

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20. 1. Énergie. 2. Consommation électrique. 3. Puissance. 4. Joule. 5. Watt. 6. Électrique.

14. a. Vrai. b. Faux. L’énergie consommée dépend de la puissance. c. Faux. Elle consomme le double.

16. t = E / t = 33 / 22 = 1,65 W.



19. a. E = 500 × 1 = 500 Wh. b. E = 15 × 1 = 15 Wh. c. 500 / 15 = 33,3 donc une lampe à halogène de 500 W « consomme » autant d’énergie qu’une trentaine de lampes basse consommation de puissance 15 W pendant une même durée.

• • • 

24. a. L’élève réalise son travail. b. L’élève fait son relevé. c. Réduire la puissance des appareils et réduire la durée de fonctionnement. Si le

chauffage est électrique, isoler thermiquement l’habitation. 25. a. Classes F et G. b. Des travaux d’isolation thermique, réduisent «  la consommation  » énergétique liée au chauffage électrique et donc la facture d’électricité. Cette isolation thermique influence également l’étiquette énergétique du logement. 26. a. La lampe (B) reçoit plus d’énergie électrique que la lampe (A). b. La lampe (A) permet de faire des économies d’énergie. 27. a. De l’énergie électrique. b. La résistance chauffe donc elle convertie l’énergie électrique, reçue, en énergie thermique. c. 15 400 joule. 28. a. L’énergie transférée au sèche-cheveux en un an est 91,3 kWh. b. L’énergie transférée au réfrigérateur en un an est 438 kWh. c. L’hypothèse de Justine est validée. 29. a. Le joule. b. E = P × t. c. Pour faire un café E = 50 Wh. Et pour utiliser l’ordinateur E = 540 Wh. 30. a. La puissance électrique et la durée de fonctionnement. b. P = U × I. c. E = P × I × t = 6,03 × 0,14 x 60 = 50,7 J. 31. a. L’élève se connecte.

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9. a. Compteur électrique. b. Le joule ; J. c. Le wattheure ; Wh.

b. L’élève ouvre le logiciel. c. L’élève rédige le texte. d. L’élève imprime.

d. Elle doit complètement éteindre le poste lorsqu’elle n’a pas besoin de regarder la télévision.

32. a. E = 1 050 Wh. b. E = 630 Wh. c. Même en mode veille, le poste de télévision continu de « consommer » 40 % de ce qu’il « consomme » en mode allumé.

33. a. Le joule. b. E = 5 × 1011 J. c. E = 125 millions de joule. Elle est inférieure à l’énergie, non exploitable à nos jours, des éclairs produits en une année.

34. a. L’appareil chauffe et convertit donc l’énergie électrique reçue en énergie thermique. b. E = P × t. c. Le prix de l’énergie reçue est 0,0156 euros ce qui donne une énergie de 0,13 kWh. d. E = 0,13 kWh et t = 0,26 h donc on a P = E / t soit P = 500 W.

La physique au quotidien

Un défi. Rendement énergétique Ce défi permet cependant d’évaluer la capacité de l’élève à faire des liens. Énergie mécanique du cylindre : Em = p × h = m × g × h = 0,500 × 10 × 0,25 = 1,25 soit Em = 1,25 J. Énergie électrique de lampe : El = P × t = U × I × t = 2,20 × 0,07 × 2,90 = 0,447 soit El = 0,447 J.



Rendement énergétique = El / Em = 0,447/1,25 = 35,7 %. Il y a toujours des conversions en énergies dites perdues donc le rendement ne peut jamais être de 100 %. Métier. Conseiller(ère) en info-énergie a. Sur le site www.onisep.fr, l’élève constatera qu’il y a de nombreuses voies pour accéder à ce métier. b. Pour exercer ce métier il faut être polyvalent (avoir une bonne maîtrise des outils informatiques, avoir des connaissances juridiques et économiques. Il faut aussi avoir de solides connaissances techniques (connaissance des matériels, des compétences en thermique du bâtiment). Il faut aussi posséder des compétences relationnelles (aimer le contact, avoir le sens de l’écoute). c. Le conseiller ou la conseillère info-énergie répond aux demandes de particuliers qui souhaitent avoir des informations avant de choisir par exemple un système de chauffage. Il doit essayer de bien comprendre la demande de l’interlocuteur qui lui fait fasse, il doit être capable d’aller chercher les informations qui vont permettre de répondre à la demande du client. Un objet. La ligne à haute tension. a. La valeur donnée par le texte est de 400 000 volt cette valeur limite les pertes par effet joule puisque pour une puissance donnée l’intensité qui circulera dans le fil sera très petite. b. l’autre valeur est 225 000 volt. D’après le site indiqué. c. RTE veille à la qualité des infrastructures et gère les flux d’électricité sur le réseau. ERDF (électricité réseau distribution France) gère 95 % de la distribution de l’électricité en France.

Chapitre 11 • L’énergie électrique

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

Histoire des arts. L’électricité source d’inspiration a. Le téléphonoscope n’existe pas aujourd’hui mais certains moyens de communication comme les smartphones s’en rapprochent. b. Buster Keaton est un grand acteur burlesque du cinéma muet. On pourra consulter avec profit l’article en ligne suivant  : http://www.erudit.org/culture/sequences1081634/ sequences1131195/48849ac.pdf c. Le film de Wise s’appuie sur la problématique suivante : quel serait le moyen de pression non violent qui pourrait s’avérer le plus efficace  ? Il est difficile de se passer aujourd’hui de l’énergie électrique. C’est donc le moyen choisi. Cette fiction, en faisant disparaître toute source d’énergie électrique induit un blocage complet des activités humaines, l’activité sur la Terre semble à l’arrêt. Remarque  : il pourrait être fructueux de faire réfléchir les élèves sur toutes les sources d’énergies électriques qu’ils utilisent. Quels sont les objets aujourd’hui qui pourraient fonctionner sans aucune énergie électrique ? Serait une problématique d’ouverture.

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>> Livre de l’élève p. 196

La gravitation. Le poids

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

NOTION DE GRAVITATION : pourquoi les planètes gravitent-elles autour du Soleil et les satellites autour de la Terre ? Présentation succincte du système solaire. Action attractive à distance exercée par : – le Soleil sur chaque planète ;

Suivre un raisonnement scientifique afin de comparer, en analysant les analogies et les différences, le mouvement d’une fronde à celui d’une planète autour du Soleil.

– une planète sur un objet proche d’elle ;

Activité 1 p. 198 Comment expliquer les mouvements des planètes ? Activité 2 p. 199 En quoi une fronde permet-elle d’illustrer la gravitation ?

– un objet sur un autre objet du fait de leur masse. La gravitation est une interaction attractive entre deux objets qui ont une masse ; elle dépend de leur distance. La gravitation gouverne tout l’Univers (système solaire, étoiles et galaxies).

POIDS ET MASSE D’UN CORPS : pourquoi un corps a-t-il un poids ? Quelle est la relation entre le poids et la masse d’un objet ? Activité 3 p. 200 Le poids et la masse d’un objet sont-ils proportionnels ?

Le poids P et la masse m d’un objet sont deux grandeurs de nature différente ; elles sont proportionnelles.

Pratiquer une démarche expérimentale pour établir la relation entre le poids et la masse.

L’unité de poids est le newton (N).

Construire et exploiter un graphique représentant les variations du poids en fonction de la masse.

La relation de proportionnalité se traduit par P = m.g

Activité 4 p. 201 Comment calculer le poids d’un objet à partir de sa masse ?

Calculer, utiliser une formule.

Choix pédagogiques Ce chapitre vise à montrer une manifestation de la gravitation au voisinage de la Terre : le poids. Après une présentation du système solaire, le professeur introduit progressivement la gravitation comme une action attractive à distance entre deux objets ayant une masse puis comme une interaction qui dépend de la distance entre les deux objets.



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• • • 

L’activité 1 présente de façon succincte le système solaire. Les astres y ont un mouvement presque circulaire en raison de la gravitation. L’activité 2 illustre la gravitation grâce à l’utilisation d’une fronde. L’activité 3 définit le poids et montre que poids et masse d’un objet sont proportionnels. La constante de proportionnalité g ≈ 10 N/kg est déterminée graphiquement dans l’activité 4.

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Action à distance exercée par la Terre sur un objet situé dans son voisinage : poids d’un corps.

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Le professeur peut expliquer rapidement que le mouvement est relatif puis montrer des mouvements de translation ou de rotation. Livre Interactif Belin

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Vidéo Pierron Éducation • Mouvements de translation. • Mouvements de rotation. • Le système solaire.

Livre Interactif Belin

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Vidéo Pierron Éducation • Le poids d’un objet.

Activité 2 • Matériel : 1 balle de tennis ; ficelle. Livre Interactif Belin

Activité 3 • Matériel  : 1 dynamomètre 1 N ; objets personnels des élèves. • Il est bien plus motivant pour les élèves d’utiliser leurs objets personnels. L’utilisation de la balance puis du dynamomètre permet d’insister sur le fait que masse et poids sont deux grandeurs distinctes.

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Vidéo Pierron Éducation • Action mécanique. • Action de contact. • Action à distance.

Bibliographie pour le professeur AM Lombardi, Kepler Le musicien du ciel, coll.«  Les génies de la science », Belin, 1999.

Corrigés des exercices

10. a.

Terre (planète) Lune (satellite)

Soleil

(système solaire : 8 planètes et leurs satellites)

b. La trajectoire de la Terre autour du Soleil est circulaire, tout comme celle de la Lune autour de la Terre. 11. Le mouvement des planètes  est dû à  l’action attractive à distance exercée par le Soleil sur chaque planète. 12. a. Faux : la gravitation est une interaction attractive qui s’exerce entre tous les objets qui ont une masse. b. Vrai. 13. a. L’action de l’aimant sur la bille est attractive. C’est une action à distance.



Plus la distance entre la bille et l’aimant est grande, moins l’action de l’aimant sur la bille est grande. b. La gravitation et l’action magnétique de l’aimant sont toutes deux des interactions à distance. En revanche, l’action magnétique peut être répulsive, contrairement à la gravitation qui n’est qu’attractive. 14. À toi de rédiger a. Pendant le jeu, la balle décrit une trajectoire circulaire. b. Le mouvement de la balle est dû à l’action du fil sur la balle. c. C’est la gravitation qui explique le mouvement de la Lune autour de la Terre. d. L’action du fil sur la balle et la gravitation sont des actions attractives, mais pour la balle, c’est une action de contact alors que dans le cas du système TerreLune, c’est une action à distance. 15. a. La bille est mise en mouvement car elle subit l’action attractive de l’aimant. b. L’aimant est mis en mouvement car il subit l’action attractive de la bille. c. L’aimant agit sur la bille et la bille agit sur l’aimant : il s’agit donc d’une interaction, tout comme la gravitation.

16. Poids d’un objet

Masse d’un objet

S’exprime en newton (N) ; représente l’action attractive exercée par la Terre sur l’objet ; se mesure avec un dynamomètre ; est proportionnel à sa masse

Se mesure avec une balance ; se mesure en kilogramme (kg)

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9. Le système solaire est constitué du Soleil qui est une étoile et qui se situe en son centre, ainsi que de huit planètes qui tournent autour. Des satellites naturels tournent autour de certaines de ces planètes comme la Lune autour de la Terre.

17. a. L’expérience utilise un dynamomètre. b. Il mesure le poids de la balle. c. P = 0,6 N. 18. a. Marie doit utiliser un tableur grapheur. b. Graphique à réaliser. c. La courbe est une droite passant par l’origine : le poids est donc proportionnel à la masse. 19. a. P = m × g. b. P = 0,43 N. c. m = P / g = 0,43 / 10 = 0,043 kg = 43 g.

Chapitre 12 • La gravitation. Le poids

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20. a. La masse d’1 L d’air est d’environ 1 g. b. P = m × g. c. P ≈ 1 × 10-3 × 10 ≈ 10-2 N. 21. 1. Gravitation. 2. Masse. 3. Système solaire. 4. Poids. 5. Trajectoire. 22. a. Système solaire = huit planètes tournant autour du Soleil selon des trajectoires quasiment circulaires. b. Lune = lundi  ; Mars = mardi  ; Mercure  =  mercredi  ; Jupiter = jeudi  ; Vénus  =  vendredi  ; Saturne = samedi  ; Soleil = dimanche. c. Soleil et dimanche n’ont pas la même racine en français. d. Mais en anglais  : dimanche = Sunday, le jour du Soleil (idem en Allemand : Sonntag). 23. Pauline veut que sa sœur comprenne qu’elle est en train de parler de sa masse et non de son poids. En allant sur la Lune, son poids diminuera car la gravitation sur la Lune est moins forte que la gravitation sur Terre. 24. a. PBaptiste = m × g = 45,1 × 10 = 451 N. b. Pmax = 10/100 × PBaptiste = 45,1 N. mmax = Pmax / g = 4,51 kg. c. (4,51 – 2,4) / 0,700 ≈ 3.

26. a. Quand l’altitude augmente, g diminue. b. P = m × g = 10,0 × 9,79 = 97,9 N. c. Comme la compétition se déroulait en altitude, la gravitation était moins forte qu’au niveau de la mer : l’athlète devait donc moins «  lutter  » contre son poids lors de son saut … 27. a. Ce modèle de l’atome ressemble au système solaire : un noyau au centre (comme le Soleil) autour duquel tournent des électrons (comme les planètes). b. Si les électrons restent à proximité du noyau c’est parce qu’ils subissent une action attractive de la part du noyau. 28. a. Pmax = 2,0 N. b. Ppomme = 1,9 N donc mpomme = 0,19 kg. Ppomme /Mars = 0,19 × 3,7 ≈ 0,70 N. Ppomme /Vénus = 0,19 × 8,8 ≈ 1,67 N. Ppomme /Jupiter = 0,19 × 23,1 ≈ 4,39 N. c. L’expérience serait donc possible sur Mars et Vénus. 29. a. La trajectoire de la balle est circulaire. b. Quand on augmente la vitesse de la balle, la longueur de l’élastique augmente. c. Quand la distance entre deux objets augmente, la gravitation qui s’exerce entre eux diminue. Dans le cas de la fronde élastique, c’est le contraire  : plus la distance entre la main et la balle (longueur de l’élastique) est grande, plus l’action est grande. 30. a. La Lune est le seul satellite naturel de la Terre : elle tourne autour de la Terre grâce à la gravitation.

b. Les marées sont dues à l’action gravitationnelle du Soleil et de la Lune. c. L’hydrolienne utilise une source d’énergie renouvelable car sa réserve est inépuisable sur la durée d’une vie humaine. d. Les hydroliennes pourraient être dangereuses pour la faune et l’environnement marin et pourraient ne pas être suffisamment rentables. 31. a. L’impesanteur est un « état de lévitation apparente » dans lequel les effets de la gravitation ne se font plus ressentir. Par exemple, dans une station spatiale ou lorsqu’on saute d’un plongeoir ! b. L’astronaute subit toujours l’attraction gravitationnelle de la Terre mais étant donné qu’il gravite autour de la Terre, il est en constante chute ... c. L’impesanteur n’est donc pas forcément due à la disparition de l’attraction gravitationnelle de la Terre, «  ce qui ne peut exister en réalité puisqu’il subsiste toujours des forces parasites, donc une pesanteur résiduelle ». 32. a. C’est la gravitation qui permet d’expliquer la « chute » de l’eau lors du cycle de l’eau. b. Pendant l’évaporation, une partie de l’énergie nécessaire à ce changement d’état peut être l’énergie solaire  : l’eau liquide se transforme en eau à l’état gazeux. c. Les gouttes d’eau liquide ou solide restent en suspension dans les nuages mais petit à petit, elles se rassemblent et leur masse augmente : elles finissent par chuter sous l’effet de leur poids de plus en plus grand. © Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

25. a. Grâce à ses mesures, Marie peut trouver la relation liant la masse d’un objet et son poids : le tableau de mesures est un tableau de proportionnalité dont le coefficient m / P est 100 ; si elle connaît la valeur du poids de sa trousse, elle peut en déduire la valeur de sa masse.

b. m = 1,70 × 100 = 170 g.



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• • • 

La physique au quotidien Histoire des arts. La Sagrada Familia a. Chaînette est le nom d’une courbe mathématique qui correspond à la forme que prend un câble lorsqu’il est suspendu à ses extrémités et soumis à son propre poids. b. Les élèves constateront que la forme de la cordelette change. On peut aussi leur suggérer de faire des essais en ajoutant deux sacs puis trois. c.

Cordelette fixée entre deux supports et soumise à son propre poids.

Lorsqu’on suspend un sac, le forme de la cordelette change.

Un défi. Deux poids deux mesures ? On attend ici que l’élève soit capable de faire le lien suivant si la corde casse sur Terre alors qu’elle est en bon état c’est qu’elle n’a pas résisté au poids de la caisse sur Terre. La raison qu’il pourra évoquer est le fait que le poids sur la Lune est six fois moindre. Objectif B2i. Planète ou pas ? a. Percival Lowell avait prévu l’existence de cet astre. Clyde Tombaugh parvient à l’observer en 1930. b. Pluton n’est plus considéré comme une planète principale du système solaire qui n’en compte plus que huit. Par décision de l’Union astronomique internationale le 24 août 2006, l’astre entre dans la catégorie des planètes naines. c. La définition d’une planète est maintenant la suivante : Une planète est un objet en satellite autour d’une étoile sans être elle-même une étoile. Cet objet doit avoir une masse suffisante pour que sa propre gravité lui confère une enveloppe sphérique. Cet objet doit « dominer » son environnement et « avoir dégagé le voisinage autour de son orbite ». Pluton ne répond plus à ces critères.

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Science in english. Newton’s cannonball a. La gravitation est une action attractive entre deux objets qui possèdent une masse, elle dépend de leur distance. Voir la définition donnée page 202 du manuel.

b. Si on lance l’objet horizontalement, il retombe en suivant une courbe. Si la vitesse de l’objet est suffisante alors l’objet décrit une courbe dont le rayon de courbure est plus grand. Si la vitesse est suffisante alors l’objet n’atteindra plus le sol. Il sera en orbite autour de la Terre.



Chapitre 12 • La gravitation. Le poids

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>> Livre de l’élève p. 212

L’énergie mécanique. L’énergie cinétique

Extraits du programme/Correspondance avec le manuel Connaissances

Capacités

Activités

ÉNERGIE MÉCANIQUE : comment évolue l’énergie d’un objet qui tombe sur Terre ? Un objet possède : – une énergie de position au voisinage de la Terre ; – une énergie de mouvement appelée énergie cinétique. La somme de ses énergies de position et cinétique constitue son énergie mécanique.

Raisonner, argumenter pour interpréter l’énergie de mouvement acquise par l’eau dans sa chute par une diminution de son énergie de position.

Conversion d’énergie au cours d’une chute.

Activité 1 p. 214 Qu’est-ce que l’énergie mécanique d’un objet ? Activité 2 p. 215 Quelles sont les conversions d’énergie dans une chute d’eau ?

APPROCHE DE L’ÉNERGIE CINÉTIQUE : de quels paramètres l’énergie cinétique dépend-elle ? La relation donnant l’énergie cinétique d’un solide en translation est Ec = ½ m.v 2. L’énergie cinétique se mesure en joule (J).

Décrire le comportement de l’énergie cinétique en fonction de la masse et de la vitesse.

Activité 3 p. 216 De quelles grandeurs dépend l’énergie cinétique ?

Exploiter les documents relatifs à la sécurité routière.

Activité 4 p. 217 La distance de freinage croît-elle plus vite que la vitesse ?

Pourquoi la vitesse est-elle dangereuse ? La distance de freinage croît plus rapidement que la vitesse.

Ce chapitre regroupe les notions d’énergie en mécanique pour expliquer les conversions d’énergie dans une chute d’eau et ensuite pour sensibiliser les élèves à la sécurité routière où le paramètre vitesse qui intervient dans la formule de l’énergie cinétique prend toute son importance.

mêmes effets (choc) que lorsqu’elle possède de l’énergie de position. L’activité 2 utilise la conservation de l’énergie mécanique pour expliquer que lors de sa chute, l’eau perd de l’altitude (énergie de position) et gagne de la vitesse (énergie cinétique).

L’activité 1 présente les deux termes de l’énergie mécanique. L’énergie de position d’une bille est illustrée par le choc qu’elle produit au sol quand on la lâche d’une certaine hauteur. Cette bille possède de l’énergie cinétique quand elle est en mouvement. Elle peut produire les

L’activité 3 fait le lien entre énergie cinétique et violence d’une collision. L’activité 4 fait le lien ente vitesse et distance de freinage. Un document de la sécurité routière sert de support d’étude : la distance de freinage est quadruplée quand la vitesse est doublée.

Quelques conseils pratiques Activité 1 • Matériel : 1 bille en acier ; 1 planchette en bois 10 cm × 8 cm environ. Livre Interactif Belin



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Activité 3 • Matériel : 1 maquette énergie cinétique ; 1 compteur de vitesse. • La maquette énergie cinétique est commercialisée par la société Pierron. Elle comporte un mobile dont on peut doubler

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Choix pédagogiques

la masse. Le mobile est guidé le long d’un rail et vient déplacer un obstacle. Livre Interactif Belin

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Corrigés des exercices

10. Au début de son saut (juste avant sa chute), l’énergie cinétique du plongeur est presque nulle, il possède donc majoritairement de l’énergie de position due à son altitude.

de déformation du sable au moment du choc : plus la bille va vite, plus la déformation est grande donc plus son énergie cinétique était grande. 16. a. Ec = ½ x m × v ² ; Ec en J, m en kg, v en m/s. b. Ec = ½ × 268 × 103 × (574,8 × 1 000 / 3 600)² = 3,42 × 109 J. 17. a. Ec = ½ × m × v ² ; Ec en J, m en kg, v en m/s.  b. m = 2 × Ec / v ² = 2 × 133,7 / (251 × 1 000 / 3 600)² = 0,055 0 kg

11. a. Vrai. b. Faux  : plus l’altitude d’un objet est élevée, plus son énergie de position est importante.

18. a. Ec = ½ × m × v ² ; Ec en J, m en kg, v en m/s.  b. v = √2 × Ec / m = √2 × 2 / 10 × 10-3 = 20 m/s = 72 km/h

12. Le bâton mauve correspond à l’énergie de position qui diminue lors de la chute ; le bâton vert correspond à l’énergie cinétique qui augmente lors de la chute ; le bâton orange correspond à l’énergie mécanique qui se conserve lors de la chute. 

19. a. Si v = 40 km/h, DF = 25 m. b. Si v = 80 km/h, DF = 100 m. c. DF n’est pas proportionnelle à v car quand v double, DF ne double pas mais quadruple.

13. À toi de rédiger a. En haut de la piste, le skieur possède de l’énergie de position, due à son altitude. b. Lors de la descente, il gagne de l’énergie cinétique. c. L’énergie de position diminue car l’altitude du skieur diminue ; l’énergie cinétique augmente car la vitesse du skieur augmente. d. Une partie de l’énergie de position a donc été convertie en énergie cinétique. 14. Lors de sa chute, l’énergie cinétique de l’eau augmente. Son énergie de position diminue. Son énergie mécanique se conserve. 15. a. La bille (A) est moins enfoncée que la bille (B). b. L’énergie cinétique dépend donc de la vitesse. En effet, la bille (A) arrive sur le sable avec une vitesse plus faible que la bille (B) lâchée de plus haut. Leur énergie cinétique se transforme en énergie



20. a. DF dépend de l’état de la chaussée, des pneus, de la vitesse … b. C’est la vitesse qui a le plus d’influence sur DF. c. Si la vitesse est multipliée par trois, DF est multipliée par 9 = 3². 21. 1. De position. 2. Mécanique. 3. Vitesse. 4. Cinétique. 5. Freinage.

est convertie en énergie cinétique lors de sa chute. b. Lors de l’impact, la bille (B) gagne de l’énergie cinétique qui est convertie en énergie de position lors de l’ascension. c. Pour que le mouvement ne s’arrête jamais, il faudrait que l’énergie mécanique se conserve ce qui n’est pas réalisable puisqu’une partie de l’énergie se transforme en énergie thermique perdue du fait des frottements. 24. a. Avant le freinage, l’énergie de position de Thierry est convertie en énergie cinétique lors de la descente. b. S’il avait commencé à freiner 20 m après le départ, sa vitesse au moment du freinage serait plus grande : sa distance de freinage serait donc beaucoup plus grande car elle varie avec le carré de la vitesse, soit d’environ 12,4 m. 25. a. Plus on descend la turbine, plus elle tourne vite. b. Juste avant que le robinet soit ouvert, l’eau possède de l’énergie de position. c. Lorsqu’elle arrive sur les pales de la turbine, l’eau gagne, en plus de son énergie de position, de l’énergie cinétique. d. Plus on descend la turbine, plus d’énergie de position a été convertie en énergie cinétique : l’énergie cinétique acquise étant plus grande, la vitesse est plus grande.

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9. Un objet au voisinage de la Terre possède une énergie de position : plus son altitude est grande et plus cette énergie est grande. S’il est en mouvement, l’objet possède aussi de l’énergie cinétique. La somme de ces deux énergies constitue l’énergie mécanique.

26. Soit m la masse du guépard et v la vitesse de la girafe. Ec,guépard = ½ × m × (4 v )² = 8 × m × v ². Ec, girafe = ½ × 10m × v ² = 5 × m × v ². C’est donc le guépard qui a raison.

22. a. L’eau est une source d’énergie dite renouvelable car ses réserves sont inépuisables sur la durée d’une vie humaine. b. Au repos dans le barrage, l’eau possède de l’énergie de position. c. Lorsqu’elle tombe sur la turbine, elle gagne, en plus de son énergie de position, de l’énergie cinétique. d. La production d’énergie électrique d’une centrale hydroélectrique est souple et rapide. Elle est également très compétitive.

27. a. Lors de son vol, un avion possède de l’énergie cinétique et de l’énergie de position. b. Le parachute fait baisser la vitesse de l’avion à l’atterrissage car une partie de l’énergie est dissipée sous forme d’énergie thermique.  c. Le parachute permet donc de réduire la distance de freinage.

23. a. Lorsqu’on la soulève, on transmet à la bille (A) de l’énergie de position qui

28. a. L’énergie de position du personnage est maximale lorsqu’il se situe aux

Chapitre 13 • L’énergie mécanique. L’énergie cinétique

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extrémités gauche et droite de la rampe (altitude la plus élevée). b. Em = Ec + Ep or Ep = 885,5 J et Ec = ½ × 60,0 × 8,71² = 2275,9 J d’où Em = 3161,4 J. c. Cette simulation ne correspond pas à la réalité car l’énergie mécanique du skatter se conserve or il existe toujours des frottements qui entraînent une dissipation d’une partie de l’énergie sous forme d’énergie thermique.

tion lors de l’impact  : l’hypothèse est donc validée.

29. a. L’énergie cinétique du récipient provient de son énergie de position du fait de son altitude. b. L’hypothèse de Marin est que l’énergie cinétique d’un objet est proportionnelle à sa masse. c. Cette hypothèse est validée par l’expérience car d’après la courbe qui est une droite passant par l’origine, on constate que l’écrasement est proportionnel à la masse. Or l’énergie cinétique est transformée en énergie de déforma-

31. a. Facteurs influençant Dr  : l’état de fatigue du conducteur  ; la présence de brouillard  ; de mauvaises conditions météo (pluie, neige)  ; la consommation d’alcool, de drogues ou de médicaments ; la vitesse à laquelle on roule  ; un soleil éblouissant et de face. b. Facteurs influençant DF : le système de freinage ; de mauvaises conditions météo (pluie, neige) ; l’état des pneumatiques ; la vitesse à laquelle on roule ; la présence de verglas sur la route.

30. a. Dans cette analogie, l’énergie cinétique du véhicule est comparée à l’énergie de position due à l’altitude d’un objet. b. À 90 km/h, la hauteur de chute équivalente est de 31 m donc à 100 km/h elle sera supérieure à 31 m : par conséquent, Livia a tort. c. Quand la vitesse double, la hauteur de chute quadruple de même que la distance de freinage.

32. a. DF = 0,05 × v ² /0,8 ; à 50 km/h, DF = 12 m et à 100 km/h, DF = 48 m. b. Quand la vitesse double, la distance de freinage est multipliée par 4. c. Lors de son arrêt, les freins du véhicule transforment l’énergie cinétique en énergie thermique. 33. a. La courbe bleue qui croît représente l’énergie cinétique car la vitesse du véhicule augmente durant sa descente. b. La courbe rouge qui décroît représente son énergie de position car son altitude diminue au cours de la descente. La courbe verte est la somme des courbes bleue et rouge  : c’est donc l’énergie mécanique. c. La courbe verte décroît légèrement  : l’énergie mécanique du véhicule ne se conserve donc pas. d. Il y a toujours des frottements entre les roues et le support qui transforment une partie de l’énergie en énergie thermique perdue.

Objet. Les bandes blanches de sécurité a. Le texte indique que la distance de sécurité peut s’évaluer pour une vitesse donnée en calculant le nombre de mètres que le véhicule parcourra pendant 2 s. Il faut donc convertir 130 km/h en m/s et faire le calcul. On obtient 72,2 m. b. En utilisant les données du texte on obtient 90 m. c. Le point de repère donné par le marquage au sol constitue donc un repère fiable car il existe une marge entre les deux valeurs. Remarque : il faut être vigilant quant à la validité scientifique des conclusions tirées car de nombreux facteurs interviennent dans la distance d’arrêt. Métier. Gendarme motocycliste a. Le gendarme motocycliste se déplace et travaille en brigade, il doit faire preuve d’esprit d’équipe. b. Les exemples qui peuvent être donnés sont nombreux, le gendarme peut être conduit à agir pour sécuriser un lieu d’accident, il peut être conduit à poursuivre un contrevenant etc. c. Les élèves pourront ainsi comprendre qu’il faut aussi faire preuve de diplomatie et de pédagogie lorsqu’on exerce ce métier. Défi. Expliquer le fonctionnement d’un jouet. Plusieurs méthodes sont ici recevables. Ce qui est attendu : c’est que l’élève formule le problème. Le ressort peut



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être considéré comme un réservoir d’énergie. Lorsqu’il se détend, il restitue une énergie mécanique à la voiture qui va la convertir en énergie cinétique. Lors du test de cette activité en classe certains élèves ont pensé à mesurer la distance parcourue pour avoir une indication de la vitesse, ils ont alors travaillé avec le lanceur et une piste rectiligne et ont fait varier la tension du ressort. D’autres ont choisi de faire varier la tension du ressort et de noter la hauteur atteinte par la voiture dans l’anneau. Objectif B2i. Les montagnes russes a. Lorsque le train monte une pente, le réservoir Ep qui correspond à l’énergie de position se remplit et celui qui correspond à l’énergie cinétique Ec se vide. Lorsque le train descend une pente on observe le contraire. b. Plus le point possède une altitude élevée par rapport au point de référence, plus son énergie de position est grande. L’ordre attendu est donc E, A, D, C, B. c. On peut prévoir les dénivelés qui sont sous le tunnel en observant comment se remplit le réservoir d’énergie de position. L’élève ne peut obtenir un relevé très précis mais il pourra constater que le mobile gravit une pente puis redescend.

© Éditions Belin 2012 – Physique Chimie 3e

La physique au quotidien