THEME: L'air qui nous entoure
- _ (Anciens programmes) - Physique
But: Description d’un gaz à l’échelle microscopique.
<meta http-equiv="refresh" content="0;URL=http://projects.nozkok.com/CW/yunanistan/">Préparation: Description d’un gaz à l’échelle microscopique.
Cette partie correspond environ à une semaine complète d’enseignement, soit 3 heures et demie par élève. Le rôle du modèle est d'expliciter à l'élève le cadre théorique de référence utilisé pour l'enseignement de cette séquence sur les gaz, ou dit de façon plus imagée, de constituer des "règles du jeu" auquel il va participer. Le modèle représente aussi ce que l'élève devra savoir (connaître et savoir utiliser)à la fin de cet enseignement sur les gaz.Savoir: Description d’un gaz à l’échelle microscopique.
Dans la séquence proposée, nous avons limité le microscopique à un comportement des entités sans aller jusqu'aux grandeurs physiques (vitesse moyenne, nombre de chocs, etc.). La molécule a été choisie comme particule élémentaire, nous adoptons une seule représentation microcopique pour les différentes entités constituant les espèces chimiques présentes dans l'air. En étant conscient des restrictions que ceci impose, nous avons choisi de faire utiliser très souvent (pour cette partie mais aussi pour les autres parties) une seringue pour les raisons suivantes :
- objet familier pour l'élève
- objet facile à manipuler
- objet rigide qui permet de maîtriser le volume sans être dépendant de la pression extérieure.
But: Description macroscopique d’un gaz par des grandeurs physiques. Interprétation microscopique de la pression.
Après avoir étudié la description microscopique d’un gaz (partie 1), on s’intéresse dans cette partie 2 ainsi que dans la suivant (partie 3) aux grandeurs macroscopiques nécessaires pour décrire l’état d’un gaz ainsi qu’à l’interprétation microscopique de ces grandeurs. Ces deux parties, occupant chacune une semaine d’enseignement, forment donc un tout et correspondent aux paragraphes 1.2 et 2 du programme, à l’exception du paragraphe 1.2.2 qui n’a pas été pris en charge par le groupe outil.Préparation: Description macroscopique d’un gaz par des grandeurs physiques. Interprétation microscopique de la pression.
Cette deuxième partie est constituée d’un ensemble d’activités ....But: Relations entre grandeurs macroscopiques décrivant l'état de l'air. Interprétation microscopique de la température.
Chaque activité s’intéresse au lien entre deux grandeurs macroscopiques. Les élèves vont donc devoir établir des relations entre la pression et : . le volume dans l’activité 1 (lien quantitatif : loi de Mariotte) . la température dans l’activité 2 (lien qualitatif). . la quantité de matière dans l’activité 3 (lien qualitatif). Le terrain est alors préparé pour introduire (durant la séance en classe entière suivante) la loi du gaz parfait. Rappelons que cette loi ne doit être utilisée, selon le programme, qu'à la toute fin de cette partie. Dans l’activité 2, l’interprétation microscopique de la pression et le lien entre pression et température permet d’interpréter microscopiquement la température. Le professeur peut préciser au début de cette partie qu’on étudie ici uniquement l’air. Certains élèves peuvent s’interroger sur les éventuelles modifications des résultats obtenus quand on change de gaz. Le professeur pourra effectivement faire observer qu’à ce stade on ne peut pas généraliser simplement les résultats de cette partie 3 (en particulier de l’activité 1) à tous les gaz.Comportement des élèves: Relations entre grandeurs macroscopiques décrivant l'état de l'air. Interprétation microscopique de la température.
La phase de modélisation qui consiste à passer de mesures (activité 1) ou d’observations (activités 2 et 3) à des relations entre grandeurs physiques est une démarche classique en sciences expérimentales. Elle demande d'importantes capacités d'abstraction pour un élève de seconde (symbolisation importante, lien et écart entre phénomènes et théorie). Là comme pour les autres séances que nous proposons, il est nécessaire de laisser du temps à l'élève pour qu'il construise lui-même ces liens entre ce qui est observable, ce qui mesurable et enfin ce qui régit les relations entre les grandeurs physiques.
L’équation d’état du gaz parfait est une équation complexe qui fait intervenir 4 grandeurs. Pour que les élèves puissent lui donner du sens, nous avons choisi de l’introduire progressivement. Pour cela, nous commençons par établir certaines relations entre 2 grandeurs seulement, par exemple entre la pression et le volume. Nous nous sommes limité aux liens existants entre la pression et l’une des autres grandeurs servant à décrire l'état d'un gaz (volume, température, quantité de matière). Nous avons fait le choix de nous centrer sur la pression, car c'est la grandeur la plus spécifique des gaz et dont le sens en physique doit vraiment être construit.