ÉVAPORATION PREJURY

CONCLUSION

Après les remarques reçu lors du pré-jury, nous avons du partir sur l'idée d'un objet autonome avec une structure porteuse qui nous permettrait de réaliser un pavillon auto-transpirant.

Z5 - Température des matériaux et conductivité thermique

OCTOPUS

1- But de l’expérience

Créer de la matière et observer ses compositions aléatoires.

2- Hypothèses

A- l’influence de l’hydrogène sur la réaction

3-Intuition

La réaction provoquerait de la mousse due à la présence de liquide vaisselle.

4-Experience

Expérience témoins :

- ¾ de verre d’eau

- 1 grande cuillère de permanganate de potassium

- Liquide vaisselle

- 1 verre d’hydrogène

Mélanger l’eau, le permanganate de potassium et le liquide vaisselle dans un récipient ouvert. Rajouter délicatement le verre d’hydrogène à la solution.

A- Nous avons rajouté l’hydrogène peu à peu pour étudier son comportement.

5-Mesure et observations

Lors du mélange entre le permanganate de potassium et l’eau la solution devient magenta. L’ajout d’hydrogène provoque une réaction immédiate. On observe la formation de mousse de couleur magenta. Cette réaction provoque beaucoup de chaleur et de gaz malodorant.

On observe au bout de 5minutes, lors du refroidissement de la mousse des zones qui se noircissent. Des  « poils » noirs apparaissent.

Après 15minutes la moitié de la mousse et noire et disparaît. On constate que lorsqu’on souffle dessus elle disparaît beaucoup plus vite.

Après 40minutes l’entièreté de la mousse avait disparue.

A- Plus on met d’hydrogène plus la formation de mousse est importante.

6-Analyse et discussion

La création de chaleur et surement dû à la réaction chimique entre le permanganate de potassium et l’hydrogène. Le gaz libéré est malodorant.

A- La création de mousse est proportionnelle à la quantité d’hydrogène et non pas à la quantité de liquide vaisselle comme nous aurions pu le penser au début.

7-Conclusion et perspective

La mousse tient longtemps. Nous devrions approfondi les recherches pour comprendre si c’est l’influence de la température qui crée la disparition de la mousse ou si c’est la présence de carbone dans l’air (lorsqu’on souffle).

LA STALACTITE SALEE

But :  Notre vœux était de travailler sur des phénomènes de la temporalité que nous pouvons observer durant notre vie. Alors nous avons voulu de reproduire le phénomène naturel de la stalactite avec de l’eau salée.

Hypothèse :L’hypothèse était que l’eau salée, par capillarité, remonterait pour ainsi créer une stalactite.

Outils :

-                           -   Deux verres

-                           -  Une ficelle

-                           -   Eau

-                           -    Sel

Expérience : Premièrement nous avons rempli les deux d’eau du robinet dans les gobelets puis nous avons ajouté du sel. Pour que le sel soit transporté par la capillarité de l’eau il a fallu remuer le tout pour créer un mélange homogène.

Une fois mis en place cela, nous avons disposé les deux bouts de la ficelle dans les deux verres.

Après une semaine d’expérience,

. Conclusion :  Du a la capillarité nous pouvons alors apercevoir la création d’une stalactite. L’eau absorber par la ficelle va alors stagner, puis tomber goutte à goutte. C’est alors que l’évaporation de l’eau salée va laisser place a la cristallisation du sel et donc créer cette « stalactite salée »

Convection Accélérée

1. But de l’expérimentation

Accélérer le refroidissement de l'eau dans un verre

2. Hypothèses

Créer un courant d'air autour du verre joue un rôle ici

3. Intuition

le courant d'air autour du verre va accélérer le refroidissement de l'eau

4. Expérience

A. Dans un verre, on verse 5cl d'eau à 45°C et on mesure la température de l'eau chaque

minute

B. Dans un verre, on verse 5cl d'eau à 45°C et on place un ventilateur créant un courant d'air

autour du verre et on mesure la température de l'eau chaque minute

5. Mesures et observations

Les expériences montrent que le verre ventilé refroidie plus rapidement

6. Analyse et discussion

Le refroidissement ou le réchauffement d'un corps peux s'établir sous 3 formes

- par rayonnement, comme le soleil ou un lampe

- par conduction, un corps en contact direct avec un autre, lorsque l'on touche un plat chaud

- par convection, l'échange de chaleur entre une surface et un fluide mobile à son contact, 

       exemple lorsqu'on place un plat chaud dehors sur l'appuie de fenêtre.

   

      Ici il y un transfert de chaleur par conduction entre l'eau et le verre, donc le verre chauffe       mais il y a un transfert de chaleur par convection au niveau de la surface du verre en             contact avec l'air. L'air autour du verre se réchauffe et monte, laissant place à de l'air             plus froide. Dans notre expérience on accélère la convection grâce au ventilateur ce qui       accélère le refroidissement de l'eau. 

Physique et intuition

DOUCET Matthieu – DE DRYVER Emile

Physique et intuition

Le but de cette expérience est de permettre de prouver qu’il y a moyen de refroidir de l’eau par différents moyens et différentes vitesses en changeant de simples facteurs.

Pour réaliser cette expérience, nous avons eu besoin de glaçons, de gobelets en plastiques, de l’eau, un chronomètre et un thermomètre.

 

1.     Expérience :

Nous avons réalisé quatre cas de figure avec la même quantité d'eau a 19 °C comme température de base.

A.     Premier cas de figure :

L’eau est statique et le verre est posé sur un glaçon.

Eau statique

Posé sur un glaçon

 

Température de base : 19 °C

Après 2min : 19 °C

Après 5min : 18 °C

Après 10min : 18 °C

Après 20min : 17 °C

B.     Deuxième cas de figure :

L’eau est statique et le verre est posé sur de la glace pilée.

Eau statique

Posé sur de la glace pilée

Température de base : 19 °C

Après 2min : 19 °C

Après 5min : 18 °C

Après 10min : 17 °C

Après 20min : 15 °C

C.     Troisième cas de figure :

L’eau est en mouvement et le verre est posé sur un glaçon.

Eau en mouvement

Posé sur un glaçon

Température de base : 19 °C

Après 2min : 18 °C

Après 5min : 17 °C

Après 10min : 15 °C

Après 20min : 12 °C

D.    Quatrième cas de figure :

L’eau est en mouvement et le verre est posé sur de la glace pilée.

Eau en mouvement

Posé sur de la glace pilée

Température de base : 19 °C

Après 2min : 16 °C

Après 5min : 9 °C

Après 10min : 5 °C

Après 20min : 5 °C

2. Analyse des données :

Le graphique effectué à partir des données récoltées révèle de manière significative une vitesse de refroidissement bien plus élevé lorsqu’on applique un mouvement continu à l’eau.

Le mouvement entraine le déplacement de l’ensemble des molécules d’eau. Elles sont ainsi en contacte direct avec la glace et cela provoque une meilleure conduction. Lorsque l’eau est statique, la conduction se fait uniquement par une partie des molécules d’eau ce qui entraine une vitesse plus réduite de propagation des températures.

3. Conclusion :

Afin d’être le plus performant pour réduire la température d’un liquide, il faut s’assurer que l’ensemble de ces molécules soit en contacte le plus direct avec la surface refroidissante assurant une bonne conduction, le mouvement continu en est un bon exemple.

Fountain in a bottle

Fontaine dans la bouteille

But de l’expérimentation

Observer les effets de la chaleur sur l'air.

Hypothèses

L'air à l'intérieur de la bouteille se dilate et créer un mouvement physique.

Intuition

A l'extrémité du tube, l'eau est expulsé.

Expérience

- un bouchon percé avec un tube, la bouteille posée à l'envers dont l'extrémité est plongé dans l'eau
- chauffer l'intérieur de la bouteille avec un sèche-cheveu
- Laisser refroidir la bouteille

Mesures et observations
- Réchauffement pendant 40s, des bulles se forment à la surface de l'eau dans le bac.
- 10 s de repos
- le jet d'eau commence et monte de plus en plus jusqu'à atteindre le sommet de la bouteille

Analyse et discussion

En chauffant la bouteille, l'air intérieur prend un volume plus important. En se refroidissant, l'effet inverse se produit créant un effet d'aspiration vers l'intérieur de la bouteille

Conclusions et perspectives

Avec peu de moyen, nous pouvons arriver à créer un mouvement physique à partir de la chaleur. L'une des perspective peut être utilisé dans la ventilation d'un bâtiment ou peut servir au mouvement mécanique d'un piston et actionner.

Tube capillaire percé au bouchon

Bouteille d'eau hermétique

Sèche cheveu

Ajout d'encre bleue

Bac d'eau

      

Expériences thermiques sur l'argile

Les expériences du vendredi 28 octobre sont liées aux expériences thermiques qu'on nous a montrées le matin. Elles sont guidées par deux questions:

Question A: Si on prend un matériau d'épaisseur h et que l'on double ensuite cette épaisseur, est-ce que le temps pour atteindre une certaine température double aussi?

Question B: Est-ce que le taux d'humidité d'un matériau influence sa température lorsqu'on le chauffe?

EXPERIENCE A

1) Observations: 
On constate que la température monte plus rapidement dans l’échantillon simple. Intuitivement, on s’attend à cela, vu que la chaleur doit traverser une couche d’argile plus épaisse, et met donc plus de temps. Comparons 2 couples de points pour illustrer ceci :
 • Pour atteindre environ 33°C, l’échantillon simple met 30 secondes, tandis que l’échantillon double met 90 secondes, soit 3 fois plus de temps.
• Pour atteindre 63°C, l’échantillon simple met 60 secondes, tandis que l’échantillon double met 270 secondes, soit 4,5 fois plus de temps.

On observe également ce qui semble être un plateau de température pour l’échantillon simple. La température stagne aux alentours de 113°C, avec un pic de température de 118°C à t=270 s. Pour l’autre échantillon on n’observe pas ceci. La température semble augmenter de façon linéaire. Il aurait éventuellement fallu attendre plus longtemps pour observer un plateau de température.

2) Explications:
Regardons quelles sont les quantités importantes en jeu pour comprendre le comportement de nos deux échantillons.
D : diffusivité thermique. Il s’agit de la capacité à disperser la chaleur. Elle est la même pour les 2 échantillons d’argile et est de l’ordre de grandeur de 10^(-6) m^2/s.
ρ : masse volumique de l’argile, de l’ordre de 10^3 kg/m^3
λ : conductivité thermique. C’est la capacité à conduire la chaleur. Pour l’argile elle vaut environ 1,28 W/(m*K)
c : capacité thermique. Il s’agit de la capacité à accumuler de l’énergie. Ces grandeurs sont reliées entre elles d’après

D=λ/ρc  

On suppose que la température est la même en-dessous des deux échantillons d’argile. Elle est approximativement égale à celle de la bougie, posée juste en-dessous. On sait qu’il devrait y avoir un déphasage thermique d’une part et d’autre de l’échantillon qui vaut

τ=h/√2Dω

où ω est la fréquence de déphasage, si on a affaire à des variations périodiques de températures. La relation entre le temps de déphasage et l’épaisseur h du matériau est donc linéaire. Théoriquement, si on double l’épaisseur, on devrait donc attendre 2 fois plus de temps avant d’observer la même température dans les 2 échantillons. Ceci n’est pas ce qu’on observe dans notre expérience, où il faut en général attendre encore plus longtemps pour que l’échantillon double atteigne la température de l’échantillon simple.

Pourquoi?

Ici, on n’a pas utilisé un échantillon d’épaisseur 2h, mais on a pris 2 échantillons h. Quand on les superpose, il reste une fine couche d’air entre les 2 plaques d’argile. L’air a un coefficient de conductivité thermique λ de 0,026 W/(m*K), elle conduit donc la chaleur environ 50 fois moins bien que l’argile. Ceci fait de l’air un bon isolant thermique. C’est certainement lié au caractère isolant de l’air que la température de l’échantillon double monte moins vite que ce à quoi on pourrait s’attendre.
 
3) Conclusions: On a vérifié qu’il existe un lien direct entre l’épaisseur d’un matériau et la température à sa surface lorsqu’on chauffe avec une source directe. La relation linéaire n’a pas pu être établie ici, en raison de la couche d’air comprise entre les 2 plaques d’argile de l’échantillon double.

EXPERIENCE B

1) Observations:
On constate que l’argile mouillée chauffe moins vite que l’argile humide, qui elle-même chauffe moins vite que l’argile sèche. Au bout d’environ 4 minutes cependant, l’échantillon humide dépasse la température de l’échantillon sec. Ceci correspond à un séchage complet de notre plaque d’argile, qui n’a été que mouillée en surface. L’eau s’est dès lors complètement évaporée au bout de 4 minutes. On observe de nouveau un plateau de température pour l’argile sèche après un certain temps. La température de l’argile mouillée semble augmenter de façon linéaire avec le temps. Elle reste tout le temps inférieure à celle des 2 autres échantillons.

2) Explications:
On doit fournir de l’énergie sous forme de chaleur pour que l’eau contenue dans l’argile s’évapore. Cette chaleur n’est donc pas utilisée pour chauffer la plaque d’argile. Seulement lorsque toute l’eau introduite dans l’argile s’est évaporée, la température de l’échantillon humide peut atteindre celle de l’échantillon sec. On peut faire une analogie avec la température de l’eau lorsqu’on la fait bouillir.

 

On observe un palier de température à 100°C. C’est la température à laquelle l’eau bout. L’énergie fournie est utilisée pour changer l’état de l’eau : elle passe d’une phase liquide à une phase gazeuse.

3) Conclusions:
On a montré que l’humidité dans un corps joue un rôle important lorsqu’on le chauffe. Plus un corps est humide (donc plus l’eau a pénétré dans le corps), moins ce corps va chauffer à un temps donné. On peut faire des analogies avec l’eau bouillante qui passe de la phase liquide à la phase gazeuse. Cette analogie pourrait aussi expliquer le palier de température observé à l’expérience A pour l’échantillon simple, et l’expérience B. On pourrait penser que l’eau contenue dans les micropores de l’argile s’évapore lorsqu’on continue de chauffer, ce qui empêche la température d’augmenter jusqu’à ce que toute l’eau se soit transformée en vapeur. A ce moment, on pourrait voir des craquelures ou des fissures à la surface de l’argile, chose qu’on n’a pas observée pendant nos expériences.


Elisabeth NILLES

Instructions : La physique et le sens du toucher

En lien avec l'activité du vendredi 28 octobre 2016, nous vous avions demandé de produire une vidéo stopmotion illustrant votre recherche expérimentale liant intuition et modèle physique.
Pourriez-vous la poster ici en labellisant votre post "Z5 Physique et intuition" + "Prénom et Nom" des  auteurs.