Sciences Physique

Comprendre notre univers en l'étudiant

Cette page, destinée aux Sciences Physiques, contiendra un survol de l'année scolaire agréé d'images et de vidéos voire des suppléments concernant des sujets collatéraux à ceux vus en classe. Mais avant de rentrer dans le vif commençons par vous décrire notre ambiance de travail, notre classe...
Notre professeur est monsieur Marion, c'est lui qui, tout au long de l'année a essayer de nous enseigner sa passion, ses connaissances : les Sciences Physique. Nous travaillons dans une salle spécialement conçue pour la matière : elle est composée, contrairement à une salle de cours classique, non pas de table mais de paillasses facilitant les manipulations de liquides et autres travaux pratiques ainsi que leur rangement.
Nos cours sont projetés aux tableau au moyen d'un vidéo projecteur. L'ensemble de l'année à été divisé en deux grands chapitre, eux-même divisés en sous-chapitre : La Physique et la Chimie. Nos cours étant basés principalement sur des expériences, comme l'oblige la matière, les leçons sont structurées, le plus souvent de la manière suivante :

1. Expérience (manipulations)
2. Observation(s)(que c'est-il passé?)
3. Conclusion(et parfois généralisation)

Maintenant que vous êtes renseignez sur le déroulement des cours, nous allons pouvoir entrer dans le vif du sujet!

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I-Sommaire

Liens vers les chapitres:
                                               L’électricité
                                               L'atmosphère
                                               La combustion et les molécules

 

                                    Physique                              

1.L'électricité 

                    I.  Représentation du courant électrique

1)    L’intensité du courant électrique

La lettre choisie pour représenter le courant électrique est I son unité est l’ampère: A

Exemples :

    Ampoule: 0,3 A

    Foudre: jusqu’à 300000 A
Courant mortel pour l’homme 30mA

2)Représentation du courant électrique

Le courant électrique sort de la borne+ du générateur,parcourt le circuit et revientpar la borne – du générateur.

On symbolise le courant électrique par une flèche orientée.

II.Mesure du courant électrique

1)Brancher un ampèremètre

Pour mesurer le courant électrique, on utilise un ampèremètre. Il doit être branché en série. Le courant doit entrer par la borne mA ou 10A IL doit ressortir par la borne COM.
On doit commencer par le calibre le plus grand :
2000mA pour la borne mA
10A pour la borne 10A

2)Mesure du courant dans un circuit

a)Expérience

Effectuer le montage ci-dessous, générateur sous 6V.
Mesurer le courant électrique entre la pile et la lampe :
I1=0,22A

Mesurer le courant électrique entre la a lampe et l’interrupteur :
I2=0,22A

Mesurer le courant électrique entre l’interrupteur et la pile I3=0,22A

b)Observation

Le courant est partout identique

c)Conclusion

Dans un circuit en série, tous les dipôles sont parcourus par le même courant électrique.

C’est la loi d’unicité de l’intensité!

III.Circuit en dérivation

a)Expérience

Effectuer le montage ci-dessous

Mesurer les courants électriques I1,I2,I3

b)Observation

On constate la relation suivante: I1=I2+I3

c) conclusion

Le courant électrique dans la branche principale est égal à la somme des courants électriques dans les branches dérivées. Deux dipôles en dérivation ont la même tension à leurs bornes On constate la relation suivante: I1=I2+I3

IV.Petit résumé des sujets sur l'électricité vus en classe

Une vidéo avec Fred et Jammy : C'est pas Sorcier ! L'électricité

Chimie

                 Chapitre 1.L'atmosphère              

I) Composition de l'air

a) Expérience

 

On observe une représentation de l'air en fonction du nombre de molécules d'oxygène

b) Observation

Voici ce que l'on observe :

pour 2 molécules de dioxygène, il y en a 8 de diazote 

pour 5 molécules de dioxygène, il y en a 20 de diazote

pour 10 molécules de dioxygène, il y en a 40 de diazote

c) Conclusion

Il y a toujours 4 fois plus de diazote que de dioxygène dans l'air!

Mais voici les mesures exactes :

  

II) L'atmosphère terrestre

Voici une coupe de l'atmosphère terrestre où l'on voit bien les différentes parties dont il est constitué.

              

Les différentes couches de l'atmosphère sont, dans l'ordre en partant de la surface de la Terre :

• La troposphère
• La mésosphère
• La thermosphère
• L’exosphère

 

L'atmosphère terrestre vue de l'espace

 

Maintenant, voyons celles-ci en détail:

1)La Troposphère :

Strate d’altitude faible, la pression et la densité y sont maximales car elle concentre les 9/10 des gaz atmosphériques. C'est aussi le lieu de présence des nuages. Sa température est plus élevée à sa base qu’à son sommet car le sol terrestre émet des IR et réchauffent l’air à son contact.
C'est dans cette zone que sont émis les polluants qui ont tendance à s'y accumuler à cause d’une différence de pression et d'un manque de convection avec la stratosphère.
Aussi à son niveau le radical OH qui est oxydant et très réactif peut intervenir dans des réactions chimiques avec des polluants et les neutraliser.

Nous notons la présence à 1km d’altitude d’une couche dite limite où s’effectuent les échanges OCÉANS/ ATMOSPHÈRE.
La plupart des nuages se trouvent dans la troposphère.

2)La Stratosphère:

Le plus remarquable dans cette strate, est la présence à une altitude d’environ 25 km d’une couche d’ozone de plusieurs kilomètres dont l’épaisseur est variable sur toute sa surface . Cette couche est fabriquée par la capture d’ultra violets ( notés U.V. de longueur d’onde de 200 à environ 400 nanomètres) permettant la photolyse de la molécule de dioxygène. On parle de "trou dans la couche d'ozone" au niveau des pôles terriens car à ces endroits, l'épaisseur de la couche d'ozone est moins importante que sur le reste de la planète et avec le réchauffement climatique, la taille de ces "trous" ne cesse d’augmenter rendant donc la surface de la Terre plus accessible au U.V !Les météorologues envoient leurs ballons sondes dans la stratosphère.

3)La Mésosphère:

Au niveau de cette couche,on distingue la ionosphère où les gaz sont ionisés et forment un plasma grâce à l’énergie suffisante de cette zone.
La pression dans la mésosphère est de 0.1 à 10 ^–3 mm Hg.
Ce fait permet la présence d’air et donc de dioxygène permettant la synthèse d’ozone (O₃ ) suivant le même mécanisme que dans la stratosphère.
Mais cette ozone ne forme pas de couche car la réaction de synthèse est immédiatement contrebalancée par une réaction de photo-dissociation.

C'est dans cette couche de l'atmosphère que l'on situe les aurores boréales.

4)L'Exosphère :

L'exosphère est la dernière couche d'atmosphère terrestre qui se situe au-dessus de la thermosphère. Cette couche se définit comme la région de l'atmosphère où les collisions entre particules sont rares, considérées comme négligeables. Les atomes s'y comportent librement, certains s'échappent même dans l'espace.

La base de l'exosphère (l'exobase) se situe entre 350 et 800 km d'altitude suivant la température à la thermopause, qui est liée à l'activité solaire. L'hélium et l'hydrogène y sont les éléments prépondérants (=le plus présent).
Elle s'étend jusqu'à la limite extrême de l'atmosphère, soit 50 000 kilomètres. On ne trouve plus là que quelques atomes d'hydrogène.
C'est dans cette couche, que la plupart des satellites sont placés en orbite.

Diagramme de l'atmosphère montrant la dimension des différentes couches. La taille globale de l'atmosphère

terrestre est d'environ 50 000 Km

Chapitre 2.La combustion et les molécules

 I.Combustion du carbone

1)Combustion du carbone dans l’air

                    a) Expérience
Mesurer la masse d’une bûchette de charbon et enflammer la au dessus
d’un tube à essai.
Verser dans ce tube de l’eau de chaux, agiter.
Une fois la bûchette refroidie mesurer sa nouvelle masse.

                 b) Observation
L’eau de chaux se trouble et la masse a diminué
  
                 c) Conclusion
Il y a une réaction chimique entre le carbone et le dioxygène avec formation de
dioxyde de carbone

2. Combustion du carbone dans le dioxygène

                 a) Expérience de combustion dans le dioxygène
Remplir le flacon de dioxygène par déplacement d’eau.
Introduire dans ce flacon une bûchette enflammée.
Une fois le flacon refroidit, ajouter de l’eau de chaux, agiter.

                  b) observation
La réaction est plus violente mais le produit de la réaction reste du dioxyde
de carbone, la masse totale se conserve lors de cette réaction

3. Interprétation de la réaction et généralisation

Lors de cette réaction chimique le carbone de la bûchette réagit avec le dioxygène de l’air
pour former du dioxyde de carbone, il y a une transformation chimique
Le bilan de cette réaction chimique est :
                            
                 
                      C        +    O2      →        CO2

Les constituants chimiques présents juste avant la réaction sont les réactifs
Ici les réactifs sont le carbone et le dioxygène
Les constituants chimiques présents juste après la réaction sont les produits
Ici il n’y a qu’un seul produit : le dioxyde de carbone

II) Combustion du fer

1. Combustion du fer dans l’air

             a) Expérience
Mesurer la masse de la paille de fer et enflammer la. Une fois la réaction
terminée mesurer sa nouvelle masse.

            b) observation
La masse a augmenté
            c) Conclusion
Il y a réaction chimique entre le fer et le dioxygène avec formation
d’oxyde de fer

                       2. Combustion du fer dans le dioxygène

La réaction et bien plus vive dans le dioxygène mais la masse        
 se conserve une fois la réaction terminée.

3. Interprétation de la réaction du fer dans le dioxygène

Les réactifs sont le fer et le dioxygène//////Le produit est l’oxyde de fer
                                      Le bilan de la réaction est :
                                 Fer + dioxygène → oxyde de fer

L'équation bilan est :

3Fe+ 2O2 → Fe3O4 

4. Vidéo de la combustion du fer dans le dioxygène

                                               5.Combustion du butane (et du méthane)

                       a) Expérience
Enflammer un briquet sous une soucoupe et sur un tube à essais.
Ajouter de l’eau de chaux dans le tube à essais puis agiter.

                       b) Observations
L’eau de chaux se trouble, si la flamme est suffisamment éloignée de la soucoupe on observe
de la vapeur d’eau se condenser.
Si la flamme est trop proche on observe une fumée noire et un dépôt de suie sur la soucoupe.

                      c) Interprétation

Lorsque la combustion est complète le butane réagit avec le dioxygène de l’air pour former de
l’eau et du dioxyde de carbone.
Les réactifs de cette transformation sont le butane et le dioxygène
Les produits de cette transformation sont l’eau et le dioxyde de carbone
Le bilan de cette transformation chimique est   
                   Butane + dioxygène→ eau + dioxyde de carbone
Et son schéma moléculaire est :

                              
                              
Et son équation bilan est :
                                          CH4 + 2O2 → CO2+ 2H2O

Le butane est un combustible
Le dioxygène un comburant
Si le dioxygène est en quantité insuffisante, il y a formation de fumée noire, constituée de
suie( carbone).
Mais la combustion incomplète peut conduire aussi à la formation d’un gaz toxique : le
monoxyde de carbone

                      d) La combustion du propane


             Schéma moléculaire :

                                       
                  Bilan :
 propane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau   

                Équation Bilan :

    C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

  

III) Atomes et molécules 

                      

                            1. Les atomes et leurs représentations

 Les atomes sont les parties les plus petites de la matière. Lorsque que l'on veut les représenter, on utilise des lettres majuscules suivie des fois d'une lettre minuscule comme H pour l'hydrogène ou Fe pour le fer. Nous en connaissons actuellement 118.

Voici le tableau utilisé habituellement pour les classer :

Usuellement, on les représentent aussi  comme  des sphères colorées dont les couleurs et les tailles servent à les différencier les uns des autres.

Voici un tableau classant les principaux atomes avec leurs représentations imagées :

                                      2.Les molécules

Les molécules sont des assemblages d'atomes qui peuvent être relativement simples (la molécule de dioxygène comprend 2 molécules d'oxygène) mais aussi extrêmement complexes, l'ADN par exemple. Chaque molécule a son écriture simplifiée (molécule d'eau, H2O). La formule simplifiée d'une molécule s'écrit à partir des atomes qui la composent : je m'explique, la molécule d'eau est constituée de 2 molécules d'hydrogène et d'une d'oxygène et sa formule est H2O ,on remarque facilement que l'on retrouve les lettres correspondantes aux atomes présents dans la molécule. De plus, on retrouve un petit 2 après le H de l'atome d'hydrogène or comme par hasard cette molécule se trouve en double dans la molécule!

Conclusion : La formule chimique d'une molécule s'écrit à partir des atomes la composant. Lorsque l'on veut indiquer qu'il y a plusieurs atomes identiques dans la même molécule on place, devant la lettre correspondant à l'atome multiple, un exposant au nombre voulu.

Voici un tableau classant les différentes molécules vues en classe :

Remarque : On trouve souvent dans le nom des molécules des indices sur leur composition.
Exemples: dioxygène (O2) → di- comme deux + oxygène

dioxyde de carbone(CO2)→di- comme deux + oxyde comme oxygène / carbone
monoxyde de carbone (CO) →mono- comme un +oxyde comme oxygène / carbone

Ainsi on retrouve assez souvent les mêmes mots indicatifs : di- comme deux ou mono- comme un et oxyde comme oxygène


 

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