Physique-Chimie 4e
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Thème 1 : Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
La matière, dans l'espace et dans l'Univers
Ch. 2
Que trouve-t-on dans l'air ?
Ch. 3
Les transformations chimiques et la pollution
Ch. 4
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 5
Introduction à la masse volumique
Thème 2 : Mouvement et interactions
Ch. 6
Repérage de mouvement et mesure de vitesse
Ch. 7
Les interactions
Thème 3 : L'énergie et ses conversions
Ch. 8
Conversion et transfert de l'énergie
Ch. 9
La tension et l'intensité
Ch. 10
Relations entre grandeurs dans les circuits électriques
Thème 4 : Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 11
Vitesse de propagation des signaux
Chapitre 8

La Physique-Chimie autrement

Histoire des sciences
L'expérience de Joule

Doc. 1
L'expérience de Joule.

Le matériel expérimental consiste en un cylindre rempli dans lequel tourne une roue à aubes. La roue à aubes est entrainée par la chute d'un poids. En tournant, les palettes de la roue « frottent » sur l'eau, ce qui élève la température de l'eau dans le cylindre. Joule parvient à mesurer cette élévation de température, bien qu'elle soit faible. Il en conclut que « pour chaque degré de chaleur dégagé par la friction sur l'eau, une puissance mécanique égale à celle qui peut soulever un poids de 16 livres à la hauteur d'un pied a été dépensée. »

Doc. 2
James Prescott Joule.

Doc. 2 : James Prescott Joule.
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Crédits : North Wind Picture Archives/Alamy

Doc. 3
La chute du poids entraine la roue à aubes à l'intérieur du cylindre ; on mesure une élévation de la température de l'eau.

Doc. 3 : La chute du poids entraine la roue à aubes à l'intérieur du cylindre ; on mesure une élévation de la température de l'eau.
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Crédits : The Print Collector/Alamy
Questions
En 1850, James Prescott Joule présente à Londres les résultats d'une expérience qui va permettre de mieux comprendre que l'énergie peut prendre différentes formes.

1. « Cette expérience montre que l'énergie mécanique est convertie en énergie thermique » : es-tu d'accord avec cette affirmation ? Justifie ta réponse.

2. Pour expliquer les transferts qui sont en jeu ici, tu peux construire la chaine énergétique complète du dispositif de Joule.

3. Connais-tu une situation du quotidien dans laquelle les frottements engendrent de la chaleur ?

4. D'autres travaux de Joule ont montré qu'on pouvait convertir de l'énergie électrique en énergie thermique : c'est l'effet Joule. Sais-tu dans quels appareils du quotidien il est mis à profit ?

Objet d'étude
Un bateau économe en énergie

Doc. 1
Stockage de l'énergie après sa conversion.

Doc. 1 : Stockage de l'énergie après sa conversion.
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Doc. 2
100 % Natural Energy : un bateau particulier.

La grand voile de 100 % Natural Energy comporte 12 m2 de panneaux photovoltaïques de puissance théorique 1 kW. Sous l'eau, le module Ocean Volt et son hélice récupèrent l'énergie nécessaire pour 24 heures en à peine 10 minutes. Ce module de 48 kW peut aussi servir de moteur.
D'après J.-L. Goudet, futura-sciences.com, nov. 2016.
Questions
Le Vendée Globe 2016 a vu arriver un concurrent innovant : Conrad Colman a décidé de rendre son bateau autonome en énergie et n'a pas embarqué de groupe électrogène à essence.

1. Peux-tu identifier le dispositif qui utilise un transfert d'énergie par rayonnement ? Et celui qui utilise un transfert mécanique ?

2. Détermine l'énergie électrique que Conrad Colman utilise en 24 heures.

La Physique-Chimie au quotidien
Esprit scientifique

Utiliser l'énergie du Soleil pour chauffer de l'eau !

Doc. 1
Disposition des demi-bouteilles et des thermomètres.

Doc. 1 : Disposition des demi-bouteilles et des thermomètres.
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Matériel

  • Deux bouteilles plastiques.
  • Du papier noir.
  • Du papier aluminium.
  • Du ruban adhésif.
  • Deux thermomètres (si possible).
  • Des ciseaux pointus.
  • Un jour de beau temps.
Questions

Étapes de la fabrication :

  • Découpe le goulot des bouteilles en plastique.
  • Entoure une demi-bouteille de papier noir et l'autre de papier aluminium.
  • Fixe le papier à la bouteille avec du ruban adhésif.
  • Place les deux thermomètres sous les demi-bouteilles, au soleil.
  • Attends 10 minutes et observe les températures mesurées.

Des questions à se poser :

1. Qu'obtiens-tu comme mesures de température ? Comment l'expliques-tu ?

Explication scientifique

La bouteille noire chauffe plus vite car elle absorbe la lumière et donc l'énergie de rayonnement émise par le Soleil. Au contraire, l'aluminium renvoie le rayonnement.

Le saviez-vous ?

  • En été, on évite souvent de mettre des vêtements foncés : comme les couleurs sombres absorbent l'énergie du soleil, on a vite trop chaud !
  • Dans les pays très ensoleillés, un simple réservoir peint en noir et posé sur le toit permet de fournir l'eau chaude de la maison !
  • En 1747, Buffon est parvenu à faire fondre un morceau d'argent (à plus de 1000°C) grâce à l'énergie solaire.

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