La loi de Boyle-Mariotte[2]

[pic] CAHIER DE L'ÉLÈVE
Janvier 2009 Table des matières Il était une fois une machine surprenante! 3 Réchauffons-nous un peu 4 Théorie cinétique des gaz 6 Nombre de molécules et volume d'un gaz 9 Effet de la température sur le volume d'un gaz (La loi de Charles) 15 Effet de la pression sur le volume d'un gaz (La loi de Boyle-Mariotte) 21 Fonctionnement d'un manomètre à eau (facultatif) 27 Effet de la température sur la pression d'un gaz (La loi de Gay-Lussac) 36 Questionnaire sur la loi générale des gaz 43 Revenons maintenant au moteur Stirling 44 Nomenclature du moteur Stirling 45 Guide de mise en marche du moteur Stirling 46 Analyse du moteur Stirling de laboratoire 47 Intégration et réinvestissement 52 Webographie 54 Il était une fois une machine surprenante!
|NOTE |Cette activité a été élaborée dans le cadre de sessions de |
| |formation. Elle nécessite des adaptations avant de l'utiliser |
| |auprès d'élèves. |
Les gaz sont présents partout autour de nous. Dans certains cas, ils
entretiennent la vie comme le fait l'oxygène et dans d'autres ils sont
mortels comme le chlore. Les applications technologiques des gaz sont
nombreuses. Nous n'avons qu'à penser au coussin gonflable, au barbecue et
au moteur à explosions de nos automobiles pour nous en convaincre. Nous
vous invitons maintenant à découvrir une des plus incroyable machine
fonctionnant à l'aide d'un gaz. Le type de moteur que nous vous présentons
maintenant saura à coup sûr vous passionner.
En effet, le moteur à air chaud est une machine très surprenante. Dans ce
type de moteur, il n'y a aucune explosion comme dans les moteurs utilisés
dans nos véhicules actuels. Il est donc tout à fait sécuritaire pour une
étude en laboratoire.
Son invention ne date pas d'hier. En effet, le brevet du moteur à air
chaud (moteur Stirling) fut déposé le 27 septembre 1816. Pour des raisons
de compétitivité, le moteur de l'Écossais Robert Stirling n'a jamais connu
un succès commercial. Il a été supplanté tour à tour par la chaudière à
vapeur et par le moteur à combustion interne.
Cependant, avec un rendement nettement supérieur aux moteurs à explosions,
le moteur Stirling a sûrement un bel avenir. En effet, les préoccupations
écologiques actuelles en matière de conservation d'énergie et de
biocarburants rendent ce moteur très intéressant puisqu'il peut fonctionner
avec n'importe quel carburant (paille, bois, alcool, rayons solaires...)
Votre défi Nous vous proposons ici de découvrir expérimentalement les principes
scientifiques et technologiques utilisés dans la construction du moteur
Stirling. Pour ce faire, vous aurez à vous approprier les concepts liés
aux propriétés physiques des gaz. Par la suite, vous aurez l'occasion de
mettre en marche un vrai moteur Stirling de façon à analyser
scientifiquement cette belle application technologique. Pour débuter, nous vous invitons à découvrir ce moteur exceptionnel en
écoutant ce reportage d'à peine 7 minutes.
. http://leweb2zero.tv/video/alfred_42461927d59459f
Le début du reportage suivant vous présente une application actuelle du
moteur Stirling touchant la production d'énergie solaire (ce reportage est
en anglais).
. http://www.eco-energie.ch/content/view/112/47/ Réchauffons-nous un peu Voici maintenant un court vidéo vous montrant le moteur Stirling que vous
aurez à faire fonctionner un peu plus tard au cours du projet. Ce moteur a
été spécialement conçu pour vous. Sa faible vitesse de rotation ainsi que
son côté transparent vous permettent de bien voir ses composants en action.
Observez bien la façon dont il bouge et prenez des notes!
http://www2.cslaval.qc.ca/star/Le-moteur-Stirling
|À partir de vos |Se donner une représentation du moteur (croquis) |
|connaissances | |
|actuelles et de ce| |
|que vous avez | |
|compris des | |
|documents vidéos | |
|précédents, | |
|rédigez une | |
|explication | |
|sommaire du | |
|fonctionnement du | |
|moteur Stirling. | |
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| | |Construisez maintenant un réseau |Exemple d'un réseau de concepts |
|des concepts reliés à l'étude du |[pic] |
|fonctionnement du moteur Stirling.| |
|Bâtir ce réseau vous permettra | |
|d'organiser vos connaissances sous| |
|forme d'une carte visuelle. Cette | |
|carte donnera une bonne idée des | |
|stratégies qui vous permettront de| |
|mieux comprendre le fonctionnement| |
|du moteur Stirling. | |
|Réseau de concepts |
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Théorie cinétique des gaz
|Question : De quelle façon les gaz se comportent-ils? |
|Observer les démonstrations et compléter les textes suivant de façon à |
|retenir l'essentiel. |
|Carte d'exploration |
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|Expansion d'un gaz (mouvement moléculaire des gaz) |
| |Les molécules d'un gaz sont comme des petites ________ qui|
|Banque de mots |se déplacent dans toutes les directions. Normalement, ces|
|remplissent |particules se déplacent en ligne ________ à moins qu'ils |
|droite |ne frappent d'autres particules de gaz, de liquide ou de |
|billes |solide. De cette façon, les gaz _____________ toujours |
|forme |leur récipient en prenant tout l'espace disponible. Le |
| |ballon de soccer ci-contre en