Physique-Chimie Cycle 4
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Thème 1 - Organisation et transformations de la matière
Ch. 1
L'eau que nous buvons est-elle pure ?
Ch. 2
La matière : états, masse et volume
Ch. 3
Les changements d'état de la matière
Ch. 4
Les mélanges
Ch. 5
La matière à l'échelle microscopique
Ch. 6
Que trouve-t-on dans l'air ?
Ch. 7
Les transformations chimiques et la pollution
Ch. 8
Modélisation des transformations chimiques
Ch. 9
Les ions dans notre quotidien
Ch. 10
Quand les acides et les bases réagissent
Ch. 11
Introduction à la masse volumique
Ch. 12
La masse volumique
Ch. 13
La matière, dans l'espace et dans l'Univers
Ch. 14
De l'Univers aux atomes
Thème 2 - Mouvement et interactions
Ch. 15
Introduction à la vitesse et au mouvement
Ch. 16
Repérage de mouvement et mesure de vitesse
Ch. 17
Vitesse et mouvement
Ch. 18
Les interactions
Ch. 19
Les forces
Ch. 20
Le poids
Thème 3 - L'énergie et ses conversions
Ch. 21
Introduire la notion d'énergie
Ch. 22
Conversion et transfert de l'énergie
Ch. 23
La conservation de l'énergie
Ch. 24
Les circuits électriques
Ch. 25
La tension et l'intensité
Ch. 26
Relations entre grandeurs dans les circuits électriques
Ch. 27
Résistance et loi d'Ohm
Ch. 28
Puissance et énergie en électricité
Thème 4 - Des signaux pour observer et communiquer
Ch. 29
Le son
Ch. 30
La lumière
Ch. 31
Vitesse de propagation des signaux
Ch. 32
Des signaux au-delà de la perception humaine
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.

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