Le mélange réfrigérant

Auteurs : Travail collectif(plus d'infos)
Résumé :
[Témoignage] - Quelle est la température atteinte par un mélange réfrigérant constitué de glace pilée et de gros sel ? Peut-on le savoir ? Comment ? En combien de temps de l'eau contenue dans un flacon se transforme-t-elle en glace au sein d'un tel mélange ?
Objectif :
Lire des température sur un thermomètre Identifier un changement d’état Connaître la température de la congélation de l’eau Utiliser un tableau de résultats pour interpréter une expérience
Durée :
1 ou 2 séances
Matériel :

Eau distillée
Tubes à essais
Une balance
Glaçons (ou glace pilée)
Thermomètres (-10°, 80°)
masses marquées
Sel de cuisine
Chronomètre
Bocaux ou verres à pied
Pince en bois (ou à linge)
Mélange réfrigérant : dans la proportion (en masse) de 3/4 de glace pilée pour 1/4 de sel de cuisine.

Copyright :
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Ce témoignage est issu du travail d'un groupe d’enseignants de Saint-Martin (Pointe à Pitre, Guadeloupe).

Déroulement

1/ Question de départ

Le maître demande : comment s’y prendre pour transformer de l’eau en glace ?
Il recueille dans les réponses des élèves des termes à exploiter (ou à rectifier) , par exemple :

  • réfrigérateur, freezer, congélateur
  • refroidir, enlever de la chaleur à l’eau
  • abaisser la température

2/ Mise en évidence de la congélation par l’expérimentation

La question posée est ici : comment suivre l’évolution de la température de l’eau que l’on veut congeler ? Peut-on le faire à l’extérieur d’un congélateur ?
On peut se référer à la fabrication d’un sorbet : où place-t-on le jus ? Qu’est-ce qui le refroidit ? 
Remarque : La constitution du mélange réfrigérant  est  de 3/4 de glace pilée pour 1/4 sel. On fait ici référence à une pratique peut-être plus usitée à la Guadeloupe qu'en métropole.

Recherche du protocole expérimental :

  • établir la liste du matériel nécessaire et son utilisation
  • se mettre d’accord sur les données à recueillir
  • comment les représenter ?

Mise en œuvre de l’expérience :

  • remplir le tube à essais d’eau distillée au 1/3 de sa hauteur
  • repérer sa température initiale
  • réaliser le mélange réfrigérant (couche alternative de glace et de sel) et placer le récipient contenant le liquide étudié
  • relever la température de l’eau du tube toutes les deux minutes
  • recueillir les données dans un tableau conçu suivant le modèle ci-dessous

Durée en minutes

Température en degrés

Etat physique du contenu du tube

0
2
4
6
8
10
12

 

 

Remarque
Réaliser un mélange réfrigérant témoin et repérer sa température à l’aide d’un thermomètre capable d’indiquer des températures au dessous de -10°.
Dans la proportion (en masse) de 3/4 de glace pilée pour 1/4 de sel de cuisine, le mélange atteint la température de -21.6°.
Dès que le thermomètre commence à coller au fond du tube supprimer ce contact en maintenant l’instrument à l’aide d’une pince à linge.

Exploitation des données :

  • combien de temps après le début de l’expérience le thermomètre colle-t-il au fond du tube ?
  • pourquoi colle-t-il ?
  • quelle température indique-t-il ?
  • pendant combien de temps la température est-elle restée constante ?
  • quelle est cette température ?
  • quelle était alors le contenu du tube ?

Trace écrite :
A 0°C, l’eau liquide change d’état physique. Elle se transforme en glace. Ce passage de l’eau de l’état liquide à l’état solide est la solidification ou congélation de l’eau. La température reste fixe et égale à 0°C tant que toute l’eau n’est pas transformée en glace.

3/ Le volume et la masse de l’eau ont-ils varié pendant la congélation ?

Les enfants recherchent un protocole expérimental et détermine le matériel nécessaire et son utilisation :

  • repérer le niveau de l’eau d’un tube à essais à moitié rempli
  • le placer sur le plateau d’une balance
  • rétablir l’équilibre à l’aide du sable
  • congeler l’eau du tube en le plaçant dans un mélange réfrigérant

Exploitation de l’expérience :
Bilan et trace écrite :
Pendant la congélation, l’eau augmente de volume mais n’augmente pas de masse (elle ne pèse pas plus lourd après sa transformation en glace).

Addons