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. 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 3

Exercices

17 professeurs ont participé à cette page
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Je me teste

Je sais

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1
Lorsqu'un corps pur change d'état, sa température :




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2
Lors du changement d'état d'un mélange, on observe :




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3
Lors du changement d'état d'un corps pur, la grandeur qui est modifiée est :




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4
Lors du changement d'état d'un corps pur, une grandeur parmi celles proposées reste toujours identique :




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5
Changement d'état ou non ?

Parmi les mots indiqués ci-dessous, retrouve l'intrus :





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6
Retrouve les légendes relatives aux puces sur le schéma suivant : un thermomètre - un ballon - une plaque chauffante - un chronomètre.

Placeholder pour Doc. 1 Schéma.Doc. 1 Schéma.
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7
Complète la grille de mots-croisés. Pour écrire sur ce schéma, veuillez cliquer sur l'image et utiliser notre outil de dessin.

Horizontal :
1. Instrument de mesure de la température.
2. Passage d'une substance de l'état gazeux à l'état liquide.

Vertical :
3. Passage d'une substance de l'état solide à l'état liquide.
4. Stabilisation de la température lors d'un changement d'état.

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Je sais faire

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8
Pour mesurer une température, on utilise :




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9
Pour mesurer une pression, on utilise :




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Exercice corrigé

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Compétence : Interpréter des résultats.
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10
Un graphique pour carte d'identité d'une substance.

Lors du changement d'état d'une substance, on relève sa température au cours du temps. On obtient la courbe ci-contre.

1. Indique s'il s'agit du changement d'état d'un corps pur ou d'un mélange en justifiant à l'aide de la courbe.
Placeholder pour <stamp theme='light-blue2'>Doc. 1</stamp> Graphique 1.<stamp theme='light-blue2'>Doc. 1</stamp> Graphique 1.
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2. À l'aide du tableau ci-dessous, indique le nom de la substance qui change d'état ainsi que le nom du changement d'état qui a lieu.
SubstanceTempérature de fusion à la pression atmosphérique (en °C)Température d'ébullition à la pression atmosphérique (en °C)
acétone-9556
eau0100
cyclohexane6,580,7
chlorure de sodium8011 413
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Étapes de la méthode
  • L'existence ou non d'un palier de température permet de savoir s'il s'agit d'un corps pur ou d'un mélange.
  • À une pression donnée, la température de changement d'état d'un corps pur (température du palier) est une de ses propriétés caractéristiques. L'évolution de la température avant et après le palier permet de connaitre le changement d'état en question.
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Corrigé
1. On observe un palier de température sur la courbe. La substance qui change d'état est donc un corps pur.
2. Un palier apparait à une température de 6,5 °C et la température diminue avant et après le palier. Il s'agit donc de la solidification du cyclohexane.
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Exercice similaire

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11
Une deuxième identification.

Réponds aux questions de l'exercice 10 en utilisant la courbe suivante.
Placeholder pour Graphique 2.Graphique 2.
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Je m'entraine

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12
Une courbe donne beaucoup d'informations.

Réponds aux questions suivantes en observant la courbe de fusion de l'eau ci-contre, qu'on peut décomposer en trois parties.

1. Reproduis la courbe et indique dans quel état physique (solide, liquide ou gazeux) se trouve l'eau dans chacune des parties de la courbe. N'oublie pas qu'il est possible pour l'eau d'être présente sous deux états physiques en même temps.
2. À quelle température la fusion de l'eau se produit-elle ?
3. À quel instant la fusion débute-t-elle ?
4. À quel instant la fusion est-elle terminée ?
5. Combien de temps dure la fusion de l'eau ?
Placeholder pour Doc. 1 Courbe.Doc. 1 Courbe.
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13
Mesurer la température d'une substance.

Dans un bécher, on a versé une substance dont on souhaite mesurer la température.

1. Parmi les quatre schémas représentés, indique celui qui correspond à la mesure correcte de la température de la substance. Justifie ta réponse.
Placeholder pour <stamp theme='light-blue2'>Doc. 2</stamp> Température d'une substance.<stamp theme='light-blue2'>Doc. 2</stamp> Température d'une substance.
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14
Un schéma à connaitre.

1. Représente par un schéma le montage permettant de mesurer la température d'un liquide lors de son chauffage.
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15
Savoir tracer un graphique.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques

En étudiant l'ébullition de l'eau, on obtient les valeurs de température indiquées ci-dessous.

Temps
(en min)
01234
Température
(en °C)
19,419,730,244,362,3 

Temps
(en min)
56789
Température
(en °C)
84,997,9100100100

Temps
(en min)
10 11 12 13
Température
(en °C)
100 100 100 100

1. À l'aide du tableau, trace la courbe correspondant à l'évolution de la température en fonction du temps.
2. À l'aide d'une droite en pointillés, indique sur le graphique le début de l'ébullition.
3. Surligne le palier de température sur la courbe.
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16
La pression : des appareils de mesure et des unités.

1. Quel instrument de mesure utilise-t-on pour mesurer la pression exercée par l'air ambiant ?
2. On souhaite suivre l'évolution de la pression exercée par les gaz formés au sein d'un autocuiseur. Quel instrument de mesure utilise-t-on ?
3. Dans quelle unité peut-on exprimer ces mesures de pression ?
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Une notion, trois exercices
Différenciation

Compétence : Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques.
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17
Corps pur ou mélange ? Tracer un graphique et l'exploiter.

1. Trace la courbe de refroidissement d'un liquide sur papier millimétré en utilisant les données suivantes. L'axe vertical correspond aux valeurs de température (échelle : 1 cm pour 5 °C). L'axe horizontal correspond aux valeurs de temps (échelle : 1 cm pour 0,5 min).

Temps (en min)00,511,522,533,5
Température (en °C)14,27,75,55,55,55,54,22,8

2. Un petit carreau correspond à 0,5 °C. Pour 17,6 °C tronque à 17,5 °C. Pour 17,5 °C arrondis à 17,5 °C. Fais de même pour les autres valeurs de température dont le chiffre après la virgule n'est pas égal à 5.
3. Nomme le changement d'état qui débute aux alentours d'une minute.
4. Aide-toi du cours. Comment évolue la température lors du changement d'état d'un corps pur ?
5. Aide-toi du cours. Comment évolue la température lors du changement d'état d'un mélange ?
6. Observe le graphique à partir d'une minute et déduis de tes réponses aux questions 4 et 5 si le liquide est pur ou non.
7. Ce liquide est-il de l'eau ?
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17
Corps pur ou mélange ? Tracer un graphique et l'exploiter.

1. À l'aide de la fiche méthode p. 212, trace la courbe de refroidissement d'un liquide sur papier millimétré en utilisant les données et les échelles suivantes 1 cm pour 5 °C ; 1 cm pour 0,5 min.

Temps (en min)00,511,522,53
Température (en °C)1611,150,4-3,3-4,0-4,6

2. La courbe obtenue n'est pas la même pour un corps pur et pour un mélange. Observe le graphique. Déduis-en si le liquide étudié est un corps pur ou un mélange.
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17
Corps pur ou mélange ? Tracer un graphique et l'exploiter.

1. Trace le graphique correspondant aux données d'analyse thermique ci-dessous. Indique, à partir du graphique que tu auras tracé, si le liquide refroidi est un mélange ou un corps pur.

Temps (en min)00,511,522,53
Température (en °C)21,514,27,72,60,2-1,7-3,5

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J'approfondis

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18
Le cycle de l'eau.

Sous l'effet conjugué du soleil et des vents, une petite partie de l'eau des océans s'évapore, passant de l'état liquide à l'état gazeux.
La vapeur d'eau, en s'élevant, entre en contact avec de l'air de plus en plus froid. Une partie de la vapeur redevient liquide, des nuages se forment, contenant de la vapeur et des gouttelettes. Ils peuvent donner lieu à de la pluie.
Emportés par les vents, les nuages peuvent atteindre des zones où l'air est très froid, entrainant la transformation d'une partie des gouttelettes en eau solide. Cela peut donner lieu à des chutes de neige, par exemple.
Cette accumulation de neige et de glace, en montagne notamment, fond et diminue au printemps, pouvant provoquer des inondations dues à l'élévation du niveau des fleuves qui se jettent dans les mers et les océans.

1. Nomme le changement d'état évoqué dans chaque paragraphe du texte et repère-le dans le schéma ci-contre (A, B, C et D).
2 À l'aide du texte et du schéma, explique pourquoi on nomme l'ensemble de ces étapes le cycle de l'eau.
Placeholder pour Doc. 1 Le cycle de l'eau.Doc. 1 Le cycle de l'eau.
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19
Proposer un schéma.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques

1. Représente par un schéma légendé le dispositif permettant de mesurer la température de glaçons placés dans un bécher lors de leur fusion.
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20
Comment obtient-on le sel ?

Pour récolter le sel, on fait entrer de l'eau de mer à travers des canaux dans une série de bassins, dont la profondeur est de plus en plus faible. L'eau est alors retenue et subit l'action conjuguée du soleil et du vent. Un saunier (professionnel de la récolte du sel) vient régulièrement retirer le sel des bassins pour le faire sécher dans les allées.

Placeholder pour Doc. 2 Obtenir du sel.Doc. 2 Obtenir du sel.
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1. Sur quel changement d'état repose la récolte du sel ?
2. À l'aide du texte ci-dessus, quels sont les deux facteurs favorisant ce changement d'état ?
3. D'après toi, la récolte du sel peut-elle avoir lieu toute l'année ? Pourquoi ?
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21
Reconnaitre des substances à l'aide de courbes de changement d'état.

Compétence
Produire et transformer des tableaux ou des documents graphiques

Mylène a préparé trois flacons : l'un contenant de l'eau pure, un autre de l'eau salée et un dernier du cyclohexane pur. Jérémy récupère les flacons et relève la température lors de la solidification de ces substances. Il s'aperçoit à la fin qu'il n'a pas laissé le temps à Mylène de noter le nom des substances sur les flacons.

1. Attribue chacune des courbes à la substance correspondante en justifiant.
Placeholder pour Doc. 3 Courbe de changements d'état.Doc. 3 Courbe de changements d'état.
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22
Températures de changements d'état.

Dans un laboratoire, un assistant a oublié de refermer une fenêtre en partant. La température de l'air descend pendant la nuit et atteint 3 °C. Le lendemain matin, il retrouve un solide dans l'un des flacons alors que l'armoire ne contenait que des liquides.

SubstanceTempérature de fusion à la pression atmosphérique (en °C)Température d'ébullition à la pression atmosphérique (en °C)
éther diéthylique-11635
éthanol-11478
acétone-9556
cyclohexane6,580,7

1. À l'aide du tableau, indique quelle substance a changé d'état pendant la nuit et justifie ta réponse.
2. Pour cacher son oubli, il place tous les flacons dans un bain-marie à 40 °C afin qu'ils ne soient plus aussi froids. Au bout d'un moment, l'un des liquides se met à bouillir. Lequel ?
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23
Cuisine au bain-marie.

Lorsque l'on souhaite obtenir du chocolat liquide, il vaut mieux éviter de le faire chauffer directement dans une casserole : cela risque de le bruler. On utilise donc un bain-marie : on place le chocolat dans un récipient lui-même déposé dans une casserole contenant de l'eau que l'on chauffe.

1. Quel changement d'état va se produire pour le chocolat ?
2. Ce changement d'état du chocolat se produit entre 30 et 40 °C. Quel changement d'état de l'eau n'a donc pas lieu alors qu'elle est chauffée ?
3. Ce chauffage favorise pourtant un changement d'état de l'eau. Lequel ?
4. À quel endroit, dans l'eau du bain-marie, se produit ce changement d'état ?
5. En quoi le fait de prendre une casserole plus grande accélérera-t-il ce changement d'état de l'eau ?
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24
Le verre à demi plein et le verre à demi vide.

On verse de l'eau dans un verre que l'on pose sur la table. La température de la pièce est aux alentours de 20 °C.

1. Que va-t-il se passer au bout de plusieurs jours ?
2. Propose deux moyens d'accélérer le phénomène observé.
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25
Exploitation d'une expérience.

Les schémas suivants présentent une expérience pour étudier la solidification de l'eau et ses résultats.

1. De quel état physique à quel autre état physique passe-t-on lors de la solidification ?
2. À l'aide du schéma n°1, détermine les trois grandeurs étudiées lors de cette expérience.
3. À l'aide des schémas, précise lesquelles des grandeurs étudiées évoluent au cours de l'expérience.
4. D'après le cours, comment a évolué la troisième grandeur étudiée tout au long de l'expérience ? On pourra distinguer au moins trois moments différents.
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Je résous un problème

Compétence : Mettre en œuvre un raisonnement logique simple pour résoudre un problème.
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1. En hiver, lorsque la température de l'air risque d'atteindre 0 °C voire d'être négative et que les routes sont mouillées, on dépose du sel sur les routes afin d'éviter la formation de verglas.
À l'aide des courbes, explique comment le sel permet d'éviter la formation de verglas.
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Doc. 1
Salage des routes en hiver.

Placeholder pour Doc. 1 Salage des routes en hiver.Doc. 1 Salage des routes en hiver.
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Doc. 2
Courbes de solidification de l'eau pure et de l'eau salée.

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Exercices supplémentaires

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26
Impact du froid.

1. Si on refroidit une substance, au niveau microscopique, les particules :



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27
À chaque grandeur son unité.

1. Relis chaque grandeur à une unité correspondante.
Une température s'exprime en...
Une masse s'exprime en...
Un volume s'exprime en...
Une pression s'exprime en...
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28
Qu'est-ce qui change ? Qu'est-ce qui ne change pas ?

1. Écrire une phrase en utilisant les mots ci-dessous pour décrire ce qu'il se passe pour différentes grandeurs lors d'un changement d'état.
masse - température - volume - changement d'état - corps pur
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29
Connaître les changements d'état.

1. Légende les flèches sur le schéma ci-dessous à l'aide des changements d'état suivants :
Solide Liquide Gaz
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30
Description à l'échelle des particules.

1. On fait chauffer de l'eau liquide de façon à la porter à ébullition. Décris à l'échelle des particules ce qu'il se passe au début du chauffage et lors de l'ébullition.
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31
Pas de graphique mais une allure.

Matthieu a étudié un corps pur, le cyclohexane, en le faisant changer d'état. Il a relevé l'évolution de la température en fonction du temps lors de sa solidification. Mais il ne retrouve plus son tableau de valeurs. En relisant le protocole, il s'aperçoit que le cyclohexane se trouvait à 20,0 °C avant de commencer l'expérience, que la solidification commençait au bout de 3 minutes à 6,5 °C et durait 4 minutes pour une expérience de 10 minutes au total et atteignant - 8,0 °C à la fin.

1. Représente l'allure du graphique correspondant à l'évolution de la température du cyclohexane en fonction du temps à l'aide des valeurs données dans l'énoncé et des échelles suivantes (1 cm ↔ 5 °C et 1 cm ↔ 1 min).
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32
Interpréter directement un relevé de températures.

On a refroidi un liquide à l'aide d'un mélange réfrigérant tout en relevant régulièrement sa température. Justifie toutes tes réponses à l'aide du tableau de valeurs.

Temps (en min)Température (en °C)
020,0
0,54,9
10,0
1,50,0
20,0
2,50,0
3-0,5
3,5-4,1
4-6,1
4,5-6,9

1. Que s'est-il passé ?
2. S'agit-il d'un corps pur ou d'un mélange ?
3. D'après le cours, quelle est la substance étudiée ?
4. À quel instant a débuté la transformation ?
5. Combien de temps a-t-elle durée ?
6. Dans quel état physique se trouve la substance au bout de quatre minutes ?
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33
Température de fusion : un critère de pureté.

En chimie, il existe plusieurs critères permettant d'établir la pureté ou non d'une substance solide. L'un d'eux est sa température de fusion. En effet, s'il s'agit d'un mélange, sa température de fusion sera plus faible que la température du corps pur attendu.Pour déterminer cette température, on utilise un banc Kofler. C'est une plaque dont la température augmente progressivement d'une de ses extrémités à l'autre. On dépose alors un peu de la poudre obtenue sur la partie la plus froide de la plaque, puis on la pousse petit à petit vers la partie plus chaude. Dès qu'il y a fusion, on repère la température correspondante à l'aide d'un curseur.On réalise la transformation d'acide maléique en acide fumarique. La température de fusion du solide obtenu à l'aide du banc Kofler est 253 °C. Températures de fusion : - Acide maléique : 130 °C ; - Acide fumarique : 286 °C.

Placeholder pour Doc. 2 Banc Kofler.Doc. 2 Banc Kofler.
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1. Le solide obtenu correspond-il à de l'acide fumarique pur ? Justifie ta réponse.
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34
Un changement d'état avantageux.

Le gaz naturel est essentiellement composé de méthane. Il joue aujourd'hui un rôle majeur en tant que ressource énergétique. Le gaz naturel est extrait de gisements. Il est ensuite transporté vers les pays consommateurs. L'un des moyens utilisés est le bateau. Ces navires figurent parmi les plus chers au monde car ils doivent permettre de transporter le méthane à l'état liquide. Sa température doit être maintenue à -162 °C pendant toute la traversée. Le méthane passe ensuite à nouveau à l'état gazeux pour être distribué et utilisé.

Placeholder pour Doc. 3 Un méthanier.Doc. 3 Un méthanier.
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1. D'après le cours, quelle grandeur physique change lors d'un changement d'état ?
2. Lors de la liquéfaction du méthane, cette grandeur voit-elle sa valeur augmenter ou diminuer ?
3. En déduire l'intérêt de liquéfier le méthane pour le transporter, en prenant en compte le coût de cette transformation.
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35
Tout est une histoire de particules.

On dépose un glaçon dans un bécher. On place le bécher sur une plaque chauffante que l'on allume. On éteint la plaque chauffante lorsqu'il ne reste presque plus d'eau dans le bécher.

1. Que va-t-il se passer pour l'eau contenue dans le glaçon ?
2. Dessine l'allure de la courbe représentant la température de l'eau en fonction du temps obtenue lors de ce chauffage.
3. Décris ce qu'il se passe au niveau des particules pour chaque partie de la courbe.
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36
Comment obtenir rapidement de la vapeur ?

On verse de l'eau dans une casserole que l'on dépose sur le rebord de la fenêtre. Au bout d'une journée, suivant l'ensoleillement et la présence de vent ou non, le niveau de l'eau aura baissé. Cela s'accentuera les jours suivants. L'eau va en effet s'évaporer progressivement, passant à l'état gazeux au niveau de la surface de contact entre l'eau et l'air ambiant. Donc, plus la surface de la casserole sera grande, plus l'évaporation sera rapide.Si on souhaite obtenir le même résultat plus rapidement, il suffit de faire chauffer la casserole. Au bout d'un moment, des bulles de gaz vont se former de façon régulière au sein du liquide et son niveau va baisser rapidement. Il s'agit d'une ébullition car des bulles de vapeur d'eau se forment dans l'ensemble du volume du liquide.

1. D'après le cours, quel est le nom utilisé pour désigner le changement d'état dont il est question ici regroupant ébullition et évaporation ?
2. À l'aide du texte ci-dessus, pourquoi dit-on que l'évaporation est un phénomène surfacique et l'ébullition un phénomène volumique ?
3. Qu'est-ce que cela implique pour la vitesse relative de ces deux phénomènes ?
4. À l'aide du texte ci-dessus, cite trois paramètres qui influencent la vitesse de l'évaporation.
5. D'après toi, quel paramètre pourrait-on varier afin de changer la vitesse de l'ébullition ?
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37
Tout est une question de vocabulaire.

Julien décrit à Cassiopée l'expérience qu'il a réalisée : « J'ai fait chauffer de l'eau dans une casserole et j'ai mesuré sa température à l'aide d'un tempéromètre. Lorsque l'eau bullait, j'ai observé un plateau de température. J'ai ensuite placé un couvercle dessus et il y a eu immédiatement liquidation de la vapeur. »

1. Julien n'a pas encore travaillé sur les changements d'état en physique chimie. Il a fait quatre erreurs dans les mots qu'il a employés. Recopie sa description en les remplaçant par les termes appropriés.
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Transferts d'énergie et changements d'états.