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Version du 27 mars 2020 à 17:00
Que se passe-t-il quand le métal chauffe ?
Difficulté
Facile
Durée
10 minute(s)
Disciplines scientifiques
Astronomie, Science de la matière, Optique, Physique
Youtube
- Matériel et outils
Fil de fer 
Le terme fil de fer désigne rigoureusement, un fil métallique réalisé en fer.
Par extension et abus de langage, tout fil métallique, fil électrique, etc.
Bougie 
Une bougie est constituée d’un bloc de stéarine enrobé de paraffine dont le centre est traversé par une mèche, en fil de coton tressé imbibée d'acide borique
Pince coupante 
Pince coupante
Briquet 
Un briquet est une petite pièce d’acier dont on se servait pour créer par percussion avec un silex une étincelle, et par extension moderne un dispositif pyrotechnique autonome, destiné à produire une flamme ou une étincelle suffisamment puissante pour déclencher l'embrasement d'un combustible. Le carburant utilisé est stocké au sein d'un réservoir, et le comburant est le dioxygène présent dans l'air. Le briquet est souvent destiné à être transportable facilement et dans ce cas sa taille lui permet généralement d'être tenu dans une main.
Étape 1 - Préparation du matériel
Munis-toi de :
- 2 fils de fers de 20 cm environ
- 1 bougie
- 1 pince coupante
- 1 briquet (ou tout objet permettant d'allumer la bougie)
Étape 2 - Préparation de l'expérience
- Coupe deux fils de fer d'au moins 20 cm afin de ne pas te brûler.
- Fais une torsade avec les fils de fer.
- Allume la bougie.
Étape 3 - Expérimentation
- Expose les fils de fer à la flamme de la bougie. De quelle couleur est la partie au bord de la flamme ?
- Fais descendre les fils de fer jusqu'à la partie bleue de la flamme. Qu'est ce qui change sur le bout des fils de fer ?
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
Quand on expose les fils de fer à la flamme, on remarque un changement de couleur : ils deviennent rouges. Quand on fait descendre les fils dans la flamme, ils passent du bleu au blanc.
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Eteindre la flamme
Explications
Le métal chauffé prend différentes couleurs. A chaque fois que le métal atteint une température précise, il va changer de couleur. C'est ce qu'on appelle l'incandescence !
Plus d'explications
Pourquoi telle couleur est associée à telle température?
L'augmentation de la température crée une agitation des atomes, ils se choquent les uns les autres et cela excite leurs électrons : dans certains cas, un électron récupère de l'énergie venant du choc. Ensuite, l'électron reperd cette énergie, en émettant un photon.
Plus la température est élevée, plus le mouvement est puissant, plus l'énergie des chocs est grande, et plus les électrons sont excités. Donc l'énergie lumineuse augmente avec la température. Or la couleur d'un photon correspond à son énergie. Un photon infra-rouge (IR) a moins d'énergie qu'un photon rouge, qui en a moins qu'un jaune, qui en a moins qu'un bleu, qui en a moins qu'un ultra-violet... À température ambiante, les photons émis sont infra-rouges et invisibles. En augmentant la température, un mélange de photons IR et de photons rouges commence à être émis (cas du fer porté "au rouge"), puis en montant encore on obtient un mélange IR/rouge/jaune (on voit une couleur orangée), puis un mélange de tout le spectre visible (on voit du blanc), puis un mélange vu comme bleu, etc.
On peut associer le phénomène du métal chauffé à l'observation des astres. On peut en effet déterminer la température des étoiles dont on connaît la couleur. Par exemple une étoile bleue comme Rigel a une température de surface de 20000°C.
Applications : dans la vie de tous les jours
Grâce à cela, on comprend pourquoi notre soleil est jaune. On peut par le suite essayer de comprendre pourquoi il y a deux couleurs dans une flamme.
Éléments pédagogiques
Sources et ressources
https://fr.wikipedia.org/wiki/Incandescence
Dernière modification 22/05/2020 par user:Bolido.
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