L’eau - changement d’état

PROBLEME 1

Que se passe-t-il si on remplit des tonneaux de glace et qu’on les ferme ?
C’est la question que ce sont posés les navigateurs avec le capitaine Cook en 1773, lors de son second voyage où il est passé par l’Antarctique.
Certains pensent que les tonneaux vont exploser quand l’eau va fondre, d’autres non...
Et voilà ce que pense la classe :

Pour répondre à ce problème, nous avons mesuré la quantité de glace (dans verre ou seringue) puis mesuré à nouveau une fois que la glace ait fondu. Nous avons également pesé avant et après afin de savoir si de l’eau s’était évaporée.
Voilà nos résultats :

Conclusion : Les tonneaux n’auraient pas explosé car l’eau prend moins de place que la glace. Par contre, si on faisait l’inverse, par exemple, si on remplissait une bouteille entièrement d’eau liquide. En la mettant au congélateur, la bouteille exploserait car la glace aura besoin de plus de place.

PROBLEME 2

Que sont devenues les flaques d’eau dans la cour de l’école ?

Hypothèses des élèves :

 Les flaques se sont évaporées
 La terre a absorbé l’eau
 Les nuages les ont "aspirées", l’eau s’est transformée en gaz
 L’eau est devenue de l’humidité (l’air sera humide)
 elles ont séchées car le soleil est chaud
 elles se sont dispersées
 Elles ne peuvent pas s’évaporer car l’eau s’évapore à 100°C et devient de la vapeur

Pour savoir ce qu’est devenue l’eau, nous avons chercher des expériences pour trouver ce qui permet à l’eau de s’évaporer.

Propositions des élèves :

 faire chauffer l’eau dans casserole, sur radiateur, dans micro-onde, dans four
 mettre l’eau dans le fer à repasser, elle deviendra de la vapeur
 utiliser un sèche-cheveux (=> trop dangereux : EAU + ELECTRICITE = DANGER)
 mettre l’eau dans une plante, la plante va l’absorber
 mettre l’eau sur tissu, et utiliser le sèche cheveux
 la mettre dehors avec du vent

Expérience 1  : Est-ce que l’eau s’évapore plus vite selon la taille du contact eau/air ?
Nous avons mis la même quantité d’eau (100mL) dans :
 une bouteille fermée
 un bécher
 un petit aquarium
 une assiette

Après 20h, nous mesurons les quantités d’eau :

Conclusion  : Il n’y a pas d’eau évaporée dans la bouteille fermée. Plus la surface de l’eau est grande, plus l’eau s’évapore vite.

Expérience 2 : Est-ce que l’eau s’évapore plus vite s’il y a du vent ?
Les élèves ont utilisé des pompes et des évantails pour faire du vent.
Après beaucoup d’efforts, voici les résultats :

Conclusion  : Le vent a permis d’aider à l’évaporation de l’eau (pas pour le groupe 2)

Expérience 3 : Est-ce que l’eau s’évapore plus vite avec de la chaleur ?
On a mis 100mL dans un ballon et une casserole. Puis on a fait chauffé cela sur des plaques électriques avec des thermomètres.
Résultats : Dans le ballon, la température maximale a été de 50°C, on n’a pas constaté d’évaporation. Peut être que l’eau en s’évaporant retourne à l’état liquide sur les parois du ballon et donc, l’eau ne s’est pas évaporée.
Pour la casserole, la température maximale atteinte a été de 91°C. Après 10min, il reste 37,5mL

Conclusion  : La chaleur a permis à l’eau de s’évaporer. Cela va beaucoup plus vite qu’avec le vent ou en augmentant la surface. L’eau a bouilli, les bulles sont des bulles d’eau sous forme de gaz. On a commencé à voir des bulles bien avant d’atteindre les 91°C. Donc l’eau peut s’évaporer à moins de 91°C. Mais c’est moins rapide.
Attention, normalement, l’eau pure bout à 100°C mais nous avons utilisé l’eau du robinet.

Conclusion :
L’eau s’est évaporée, c’est-à-dire qu’elle est devenue un gaz. Ce gaz s’appelle « vapeur d’eau ». Celle-ci est invisible à l’œil nu.
On peut accélérer l’évaporation :
 en augmentant la température,
 en soufflant sur le récipient (comme le vent qui sèche le linge, c’est l’aération),
 en augmentant la surface de l’eau en contact avec l’air (on étend le linge mis à sécher).

L’eau liquide passe à l’état gazeux à 100°C. Ce changement d’état se nomme la vaporisation.
L’eau à l’état gazeux passe à l’état liquide à moins de 100°C. C’est la liquéfaction.

Ce qu’il faut retenir