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p. 1-19
Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Thème 2 : Mouvement et interactions
Thème 3 : L'énergie et ses conversions
Thème 4 : Des signaux pour observer et communiquer
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Chapitre 2

Exercices

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Je me teste

Je sais

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1
L'air est :




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2
La masse d'un litre d'air dans les conditions normales de température et de pression est de :




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3
Annote le schéma de la distillation.

Attribue à chaque numéro le mot correspondant, choisi dans la liste suivante :
1.

2.

3.

4.

5.

Placeholder pour Schéma distillation simple : ballon chauffé, réfrigérant, thermomètre, erlenmeyer recueillant le distillat.Schéma distillation simple : ballon chauffé, réfrigérant, thermomètre, erlenmeyer recueillant le distillat.
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4
La fumée est composée :




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5
Complète la grille de mots-croisés. Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

Vertical :
1. Technique de séparation des mélanges homogènes.
2. Composée de gaz et de particules solides.

Horizontal :
3. Gaz présent dans l'air intervenant lors de la corrosion du fer.
4. Gaz ou particules solides qui nuisent à la qualité de l'air.
5. Gaz représentant 80 % d'un volume d'air.

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Je sais faire

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6
Pour séparer les composants d'un mélange homogène, on réalise :




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7
Lors d'une distillation, on réalise :



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8
Pour montrer qu'il y a \dfrac{1}{5} de dioxygène de l'air :



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Exercice corrigé

Compétence : pratiquer le calcul numérique et le calcul littéral
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9
Selon les normes de la FIFA, le ballon doit peser entre 410 g et 450 g. Le ballon de foot de Tom a une masse de 442 g dégonflé. Pour le gonfler, il doit y ajouter 6 L d'air.

1. Quelle masse d'air doit ajouter Tom pour gonfler son ballon ?
2. Le ballon de Tom est-il conforme aux normes de la FIFA ?
Placeholder pour Gros plan ballon Adidas, blanc, rouge et noir, pour éliminatoires européens.Gros plan ballon Adidas, blanc, rouge et noir, pour éliminatoires européens.
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Étapes de la méthode.
1. Relever et noter la valeur donnée utile pour la question.
2. Écrire la valeur de la masse d'un litre d'air.
3. Vérifier que les unités des valeurs de l'exercice sont le litre ou le gramme, et sinon convertir.
4. Utiliser la relation de proportionnalité qui lie la masse et le volume d'air ; faire un tableau de proportionnalité.

Masse d'air (g)1,3x
Volume d'air (L)1V

d'où : x = \dfrac{1 \text{,} 3 \times \text{V}}{1}
5. Conclure avec une phrase.
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Corrigé.
\text{V}_\text{air} = 6 L ; \text{m}_\text{ballon dégonflé} = 442 g.

1. On sait qu'un litre d'air a une masse de 1,3 g. Le volume à ajouter est de 6 L.

Masse d'air (g)1,3x
Volume d'air (L)16

On utilise la proportionnalité : x = \dfrac{6 \times 1 \text{,} 3}{1} = 7 \text{,} 8 g. La masse d'air ajoutée sera de 7,8 g.

2. Pour savoir si le ballon correspond aux normes de la FIFA, il faut calculer la masse du ballon gonflé : 442 + 442 + 7,8 - 449,8 g \lt 450 g. Le ballon de Tom est donc conforme aux normes de la FIFA.
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Exercice similaire

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10
Certaines bouteilles d'air comprimé utilisées par les pompiers ont une masse de 2,6 kg lorsqu'elles sont vides. Une fois remplies, elles pèsent 4,2 kg.

1. Quelle masse d'air peut-on ajouter dans ces bouteilles ?
2. Calcule le volume d'air correspondant à cette masse.
Placeholder pour Pompier équipé ouvrant une porte bleuePompier équipé ouvrant une porte bleue
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Je m'entraine

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11
Corps purs et mélanges.

1. Qu'est-ce qu'un corps pur ? Donne un exemple.
2. Qu'est-ce qu'un mélange ? Donne un exemple.
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12
Masse de quelques volumes d'air.

1. Quelle est la masse d'un litre d'air ?
2. Quelle est la masse de 2 L d'air ?
3. Quelle est la masse de 1,5 L litre d'air ?
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13
Ballon de basket.

La masse d'un ballon de basket est de 619 g. On gonfle ce ballon en y ajoutant 1,5 L d'air.
1. Quelle est la masse du ballon après gonflage ?
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14
Un ballon dégonflé.

On réalise l'expérience représentée ci-dessous.

Placeholder pour Illustration : pesée d'un ballon de foot gonflé (413,60g) puis d�égonflé sur une balance.Illustration : pesée d'un ballon de foot gonflé (413,60g) puis dégonflé sur une balance.

1. La masse affichée sur la balance sera-t-elle supérieure, inférieure ou égale à la masse de départ ? Justifie ta réponse.
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15
Masse d'un litre d'air.

Pour déterminer la masse d'un litre d'air, on réalise l'expérience schématisée ci-dessous :

Placeholder pour Illustration : expérience scientifique pesant un ballon de basket avant et après avoir retiré 2 litres d'air. Le ballon pèse moins après.Illustration : expérience scientifique pesant un ballon de basket avant et après avoir retiré 2 litres d'air. Le ballon pèse moins après.

1. La technique utilisée pour récupérer le gaz s'appelle « le déplacement de l'eau ». Explique ce nom.
2. Quelle est la masse de l'air récupéré ?
3. Calcule la masse d'un litre d'air.
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16
Distillation.

Dans une distillation :

1. Quel est le changement d'état observé dans le récipient de chauffage ? De quelle grandeur physique fait-on, pour cela, varier la valeur ? Quelle est sa variation ?
2. Explique en quelques mots le rôle du réfrigérant.
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17
Représentation particulaire de l'air.

Compétence
Comprendre et interpréter des tableaux ou des documents graphiques
1. Rappelle les pourcentages des deux principaux gaz composant l'air.
2. Parmi les représentations suivantes, choisis celle qui représente l'air qui nous entoure en justifiant ton choix.

Placeholder pour Schéma: 4 étapes du mélange de molécules de diazote (bleu) et de dioxygène (rouge).Schéma: 4 étapes du mélange de molécules de diazote (bleu) et de dioxygène (rouge).
3. Explique pourquoi les autres représentations ne conviennent pas.
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18
Liquéfaction.

Compétence
Écrire des phrases claires, sans faute, en utilisant le vocabulaire adapté
Les schémas suivants représentent des changements d'état.

1. Lequel de ces schémas correspond à la liquéfaction ? Justifie ta réponse.

Placeholder pour Schéma : liquéfaction progressive de blocs bleus dans une fiole.Schéma : liquéfaction progressive de blocs bleus dans une fiole.
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19
Changement d'état.

Lorsqu'on diminue suffisamment la température d'un gaz, les molécules se rapprochent sans s'attacher et le gaz se transforme en liquide.

1. Explique à l'aide du modèle moléculaire ce qui va se produire si on diminue encore la température.
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20
Liquéfier l'air.

Compétence
Modéliser des phénomènes pour les expliquer
Pour extraire les différents gaz contenus dans l'air, il faut réaliser une distillation et pour cela, il faut le liquéfier.

1. Explique ce qu'il se passe au niveau des molécules lors de la liquéfaction.
2. Fais un schéma représentant les molécules des principaux gaz qui composent l'air avant et après liquéfaction (on représentera 10 molécules au total).
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21
Fumée ou gaz ?

Dans une casserole, Marie fait chauffer de l'eau pour faire du thé. Il fait froid dans la cuisine et l'air est humide. Un « nuage » blanc se forme au-dessus de la casserole. Elle s'étonne de la fumée produite. Paul lui répond que ce n'est pas de la fumée mais du brouillard.

1. Qui a raison ? Justifie ta réponse.
2. Quel est l'état physique des composants de ce brouillard ?
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Une notion, trois exercices
Différenciation

Compétence : Interpréter des résultats
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22-A
Volume de gaz libéré par une bouteille d'air comprimé. Une séance de paintball

Pour propulser les billes de peinture au paintball, on utilise des bouteilles d'air comprimé. La bouteille de 1,5 kg ne pèse plus que 1,0 kg en fin de partie.

1. Explique l'origine de la différence de masse de la bouteille entre le début et la fin de la partie.
2. Calcule la valeur de cette différence.
3. Convertis la masse que tu as trouvée en grammes.
4. Rappelle la valeur de la masse d'un litre d'air.
5. Calcule, à l'aide du tableau de proportionnalité ci-dessous, le volume d'air utilisé lors de cette partie de paintball.

Masse d'air (en grammes)
Volume d'air (en litres)1
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22-B
Volume de gaz libéré par une bouteille d'air comprimé. Un aérographe

Pour faire de la peinture sur carrosserie, on peut utiliser un aérographe. L'aérographe utilise de l'air comprimé d'une bouteille pour propulser la peinture. Après une semaine d'utilisation, la bouteille d'air comprimé est passée de 1,1 kg à 0,7 kg.
Placeholder pour Photographie : main gantée utilisant un aérographe chromé et blanc.Photographie : main gantée utilisant un aérographe chromé et blanc.

1. Calcule la masse d'air consommée lors de cette semaine.
2. Convertis cette masse en gramme.
3. Utilise la proportionnalité pour calculer le volume d'air utilisé.
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22-C
Volume de gaz libéré par une bouteille d'air comprimé. Des bouteilles d'air pour la plongée

Pour la plongée sous-marine, on utilise principalement des bouteilles d'air comprimé pour respirer. Une bouteille pleine pèse 6,2 kg. Après une séance de plongée, elle ne pèse plus que 5,2 kg.

1. Détermine le volume à pression atmosphérique de l'air utilisé lors de cette sortie.
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J'approfondis

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23
Comprimer de l'air.

Pour remplir une bouteille d'air comprimé, utilisée en plongée ou par les pompiers, on doit réaliser une compression. Pour cela, il faut diminuer le volume occupé par le gaz, ce qui fait augmenter la pression dans la bouteille.

1. Que va-t-il se passer du point de vue moléculaire lorsqu'on va comprimer le gaz ?
2. Le nombre de molécules a-t-il diminué lors de la compression ? Justifie ta réponse.
3. Dans deux rectangles de tailles différentes, schématise l'air avant et après la compression.
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24
L'atmosphère de Mars.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques
Le tableau ci-dessous rassemble des informations sur la composition de l'atmosphère de la planète Mars.

GazDioxyde de carboneDiazoteArgonAutres gaz (dont monoxyde de carbone)
Proportion en %95,32,71,60,4

1. Trace le diagramme circulaire représentant la composition de l'atmosphère de Mars.
2. Pourquoi est-il impossible de vivre en respirant l'atmosphère de la planète Mars ?
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25
Pompiers et calculs.

Les pompiers utilisent des bouteilles d'air comprimé afin de respirer sans danger sur les lieux d'incendie. Certaines bouteilles peuvent libérer 1 600 L d'air, ce qui leur permet d'intervenir sur un feu pendant 30 à 40 minutes. Une bouteille vide pèse 3,9 kg.

1. Rappelle la masse d'un litre d'air.
2. Calcule la masse d'une bouteille pleine.
3. Au retour d'une intervention, une des bouteilles utilisées pèse 5,2 kg. Calcule le volume de gaz libéré lors de cette sortie.
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26
Calcul et masse d'un litre d'air.

La masse d'un litre de dioxygène est de 1,43 g. La masse d'un litre de diazote est de 1,25 g.

1. Retrouve par le calcul la masse d'un litre d'air.
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27
L'atmosphère terrestre.

Compétence
Effectuer des recherches documentaires
L'atmosphère est une couche de gaz qui entoure la Terre. On compare parfois la Terre à une pomme : la peau correspondrait à l'atmosphère et la chair du fruit à la Terre. Cette comparaison donne une idée de l'ordre de grandeur de l'épaisseur de l'atmosphère par rapport au diamètre de la Terre. De plus, cette enveloppe de gaz est divisée en plusieurs « couches » dans lesquelles la température et la pression varient.

Placeholder pour Graphique : température moyenne de l'atmosphère terrestre selon l'altitude. Couches : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère ; couche d'ozone.Graphique : température moyenne de l'atmosphère terrestre selon l'altitude. Couches : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère ; couche d'ozone.

1. D'après l'énoncé, est-ce que l'atmosphère a une épaisseur importante par rapport à la Terre ? Justifie ta réponse.
2. D'après le schéma, dans quelle couche de l'atmosphère vivons-nous ?
3. À quelle altitude se déplace un avion de ligne ? Quelle est alors la température extérieure ?
4. Effectue une recherche pour déterminer quels sont les différents rôles de l'atmosphère terrestre.
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28
Les bouteilles de plongée

Pour pratiquer la plongée sous-marine, les plongeurs peuvent utiliser des bouteilles capables de libérer 2 400 L d'air.

1. Calcule les volumes de diazote et de dioxygène libérés à la même pression que l'atmosphère.
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29
Une autre utilisation de la distillation.

La distillation fractionnée, utilisée pour séparer les composants de l'air, est aussi utilisée dans le domaine de la pétrochimie. Elle permet d'obtenir différents carburants à partir du pétrole.

Placeholder pour Schéma du raffinage du pétrole brut: distillation fractionnée montrant les produits selon températures: gaz, essences, kérosène, fioul.Schéma du raffinage du pétrole brut: distillation fractionnée montrant les produits selon températures: gaz, essences, kérosène, fioul.

1. Quels sont les différents composants que cette distillation permet d'obtenir ?
2. D'après le schéma, à quelles températures récupère-t-on le super, le gazole et le fioul domestique ?
3. Explique le principe de fonctionnement de la distillation.
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30
La respiration.

Lors de la respiration, des échanges de gaz sont réalisés au niveau des alvéoles pulmonaires.

Placeholder pour Schéma illustrant les échanges gazeux pulmonaires entre alvéole et vaisseau sanguin, indiquant la composition de l'air inspiré et expiré.Schéma illustrant les échanges gazeux pulmonaires entre alvéole et vaisseau sanguin, indiquant la composition de l'air inspiré et expiré.

1. Complète le schéma en donnant les pourcentages de diazote et de dioxygène.
2. D'après le schéma, quel est le gaz qui est utilisé lors de la respiration ? Explique ta réponse.
3. Quel est son rôle dans notre organisme ?
4. Quel est le gaz qui est rejeté ? Imagine une expérience qui permettrait de le prouver.
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31
De l'air dans l'eau !

Compétence
Comprendre et interpréter des tableaux ou documents graphiques
L'air, et plus particulièrement le dioxygène, sont des gaz solubles dans l'eau.

1. En t'aidant du graphique suivant, explique pourquoi on trouve de grandes quantités de poissons dans les eaux froides.

Placeholder pour Graphique montrant la diminution du dioxygène dissous dans l'eau (mg/L) avec l'augmentation de la température (°C).Graphique montrant la diminution du dioxygène dissous dans l'eau (mg/L) avec l'augmentation de la température (°C).
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32
Représentation moléculaire des gaz.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques
En laboratoire, on réalise dans un flacon un mélange comportant 10 % de dioxygène, 20 % de dioxyde de carbone et 70 % de diazote.

1. Réalise dans un rectangle la représentation moléculaire du gaz obtenu à l'aide de modèles. Justifie ta réponse.
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33
L'air a-t-il toujours eu la même composition ?

Il y a 4 milliards d'années, l'atmosphère de la Terre était composée de 60 % de dioxyde de carbone et de 40 % de diazote.
Données :
Masse d'un litre de diazote : 1,25 g.
Masse d'un litre de dioxyde de carbone : 2 g.
Les masses précédentes sont données dans les mêmes conditions de température et de pression.

1. Calcule la masse d'un litre d'air à cette époque.
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Je résous un problème

Compétence : Interpréter des résultats
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En 1789, Lavoisier publia dans son Traité de chimie élémentaire le récit de son expérience de 1775 sur la composition de l'air.
Cette expérience aurait-elle pu permettre à Lavoisier de découvrir avec précision la proportion de dioxygène dans l'air ? Détaille ta réponse à l'aide d'un texte dans lequel devront aussi apparaitre des calculs.
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Doc. 1
Schéma de l'expérience de Lavoisier.

Placeholder pour Schéma : expérience de Lavoisier sur la combustion du mercure. Une cornue chauffée produit des gaz collectés sous une cloche à mercure.Schéma : expérience de Lavoisier sur la combustion du mercure. Une cornue chauffée produit des gaz collectés sous une cloche à mercure.

Lavoisier fait chauffer du mercure dans une cornue pendant 12 jours. Il observe alors l'apparition de particules rouges sur le mercure dans la cornue. Le niveau de mercure dans la cloche augmente et il n'y reste plus que 0,66 L de gaz.
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Doc. 2
Analyse du gaz restant par Lavoisier.

Lavoisier poursuit cette expérience par d'autres, puis conclut que le gaz restant dans la cloche « n'était plus propre à la respiration ni à la combustion car les petits animaux qu'on y introduisait périssaient en peu d'instants et les lumières s'y éteignaient sur le champ comme si on les eût plongées dans l'eau ». Il appela ce gaz « mofète » et le gaz qui avait disparu « air vital ».
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Exercices supplémentaires

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34
Analyse de la fumée.

1. Pour mettre en évidence les particules solides contenues dans la fumée, on peut utiliser :


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35
Pollution de l'air intérieur.

Les parents de Pierre ont installé une hotte aspirante à recyclage dans leur cuisine. Cette hotte est munie d'un filtre à graisse et d'un filtre à odeur. Ils l'utilisent avec une plaque à gaz qui produit donc différents gaz (oxydes d'azote, dioxyde de carbone, particules fines).Dans ce type de hotte, l'air est aspiré, traverse les filtres et est renvoyé dans la pièce, contrairement aux hottes d'évacuation qui permettent de rejeter l'air vers l'extérieur.

1. Penses-tu que les parents de Pierre ont choisi la hotte qui corresponde à leur besoin ? Justifie ta réponse.
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36
Traitement des déchets et polluants.

Les usines d'incinérations utilisent la combustion de déchets ménagers pour produire de l'électricité. De nombreux polluants sont alors produits (oxydes d'azote, dioxyde de soufre, monoxyde de carbone, particules solides,etc…). La fumée issue de cette combustion est traitée par différents procédés pour diminuer considérablement les proportions de gaz polluants. Plusieurs types de filtres sont alors utilisés pour éliminer les poussières et particules fines.

1. Quels sont les polluants produits lors de combustion des déchets ?
2. Les cheminées de ces usines libèrent, quand tout fonctionne bien, des sortes de nuages blancs. S'agit-il de nuages ou de fumées ? Justifie ta réponse en t'aidant du texte
3. L'air libéré est-il encore pollué ? Justifie ta réponse.
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37
Le gaz des boissons gazeuses.

On récupère dans une bouteille, par déplacement d'eau, 1,5 L du gaz dissous dans les boissons gazeuses.La masse de la bouteille pleine d'air et munie de son bouchon était de 42 g.Une fois remplie du gaz provenant de la boisson gazeuse, la bouteille fermée a une masse de 43 g.

1. Quel est le gaz contenu dans les boissons gazeuses ? Quel test pourrais-tu utiliser pour le prouver ?
2. Calcule la masse de 1,5 L d'air.
3. Déduis-en la masse de la matière plastique qui compose la bouteille.
4. Déduis la masse du gaz avec lequel on a rempli la bouteille.
5. Calcule la masse d'un litre de ce gaz.
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38
Air chaud et air froid.

Pour permettre aux montgolfières de s'élever, on envoie de l'air chaud dans l'enveloppe du ballon grâce à un ventilateur. Un brûleur permet de chauffer cet air. L'enveloppe étant ouverte, l'air n'est pas totalement prisonnier de l'enveloppe. La montgolfière va ensuite pouvoir s'envoler car l'air chaud est plus léger que l'air froid. Ce phénomène se produit aussi dans notre environnement, c'est la convection.

Placeholder pour Préparation d'un vol en montgolfière rouge. Plusieurs personnes utilisent un brûleur pour gonfler l'enveloppe. Une autre montgolfière est visible en arrière-plan.Préparation d'un vol en montgolfière rouge. Plusieurs personnes utilisent un brûleur pour gonfler l'enveloppe. Une autre montgolfière est visible en arrière-plan.

1. Explique à l'aide du modèle moléculaire pourquoi la masse d'un litre d'air chaud est plus petite que la masse d'un litre d'air froid.
2. L'air est chauffé à environ 85 °C et à cette température et à pression atmosphérique constante, la masse d'un litre d'air est de 0,99 g. Calcule la masse d'air contenue dans une montgolfière dont le ballon peut contenir 250 m3 d'air.
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Parcours de compétences

Compétence : Émettre des hypothèses
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Marie gonfle deux roues identiques à la même pression, l'une à l'air et l'autre au diazote. Elle s'étonne car la roue gonflée au diazote est plus légère.
« C'est pas de chance ! » dit Lou.
« C'est normal, moi je sais pourquoi ! » dit Isabelle.
« C'est la balance qui est détraquée ! » dit Tanor.
Et toi, quelle hypothèse peux-tu proposer à Marie ?
Données à pression atmosphérique :
  • masse pour 1 L de dioxygène : 1,31 g ;
  • masse pour 1 L de diazote : 1,25 g.
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Niveau 1
Je sais ce qu'est une hypothèse.
Coup de pouce
Parmi Lou, Tanor et Isabelle, qui propose une explication scientifique ?
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Niveau 2
Je comprends l'hypothèse qui m'est proposée.
Coup de pouce
Comment expliquer les résultats de Marie avec l'hypothèse de Tanor ?
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Niveau 3
Je propose une hypothèse en lien avec le problème.
Coup de pouce
À pressions égales, 1 L d'air et 1 L de diazote ont-ils la même masse ?
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Niveau 4
Je formule clairement l'hypothèse que j'ai émise pour me permettre de la valider.
Coup de pouce
Choisis une formulation de ton hypothèse soulignant le lien entre les causes et les effets.
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