Masse d un litre d air

Liens avec les recommandations académiques

Démarche expérimentale s’appuyant sur un support vidéo, pouvant être évaluée.

Nom de l’auteur/groupe : Groupe Collège

Établissement scolaire/académie : Créteil

Date de conception : Janvier 2014

Niveau : Quatrième

Durée : 45 minutes

Configuration : classe entière, groupe allégé

Partie du programme : A – De l’air qui nous entoure à la molécule / VOLUME ET MASSE DE L’AIR : l’air a-t-il un volume propre ? A-t-il une masse ?

Type d’activité : Démarche expérimentale s’appuyant sur un support vidéo, qui peut être évaluée.

Pré-requis :

• Un volume de gaz possède une masse.

Objectifs de la séance :

• Connaissances :
  • Un litre d’air a une masse d’environ un gramme dans les conditions usuelles de température et de pression.
• Capacités :
  • Comprendre qu’à une mesure est associée une incertitude (liée aux conditions expérimentales)

Liens avec les recommandations académiques :

• Travailler le dire (développer fortement la pratique de l’oral)
• Travailler l’écrire (renforcer la pratique de l’écriture et développer la production de textes)

Remarques sur la mise en œuvre :

• On présente deux fois la vidéo téléchargeable par le lien http://www.youtube.com/watch?v=sAY4xn1t3y0 aux élèves.
• La première fois permet d’avoir une vision globale de la manipulation et de commencer à comprendre quel est l’objectif visé. La seconde permet de mettre en relation les différentes étapes de la manipulation avec l’objectif visé : c’est bien la question du sens de chacune des étapes que l’élève doit se poser, pour mieux pouvoir ensuite remettre dans l’ordre ces différentes étapes. Pendant le visionnage, on peut encourager les élèves à prendre des notes sur un brouillon, ce qui facilitera ensuite la démarche de remise en ordre des étapes de la manipulation, d’une part, et la description de ces étapes, d’autre part. On est alors dans un écrit de travail, « pour soi », qui ne mérite pas d’être normé, mais qui pourra être reformulé pour passer dans l’écrit communicationnel demandé à la question 5.
• Si un élève utilise un coup de pouce, il suffit de l’indiquer sur sa copie en cochant la case correspondante.
• Pour faciliter la mise en œuvre et gagner du temps lors de la réalisation de l’activité, l’enseignant peut avoir découpé les étiquettes auparavant et les présenter dans des enveloppes (utiliser dans ce cas les planches de vignettes « par étape », disponibles en annexe). Il peut être également pertinent de prévoir quelques tubes de colle.
• Pour limiter le nombre d’appels, les élèves travaillent en binôme : ils doivent se mettre d’accord avant d’appeler le professeur sur ce qu’ils vont lui dire et l’enseignant peut interroger l’un ou l’autre des membres du binôme. Chacun, cependant, complète son propre document. Si l’on souhaite évaluer l’oral de chacun des élèves, il faut effectuer cette activité en groupe allégé (l’autre partie de la classe travaillant avec le professeur documentaliste au CDI sur une activité documentaire, par exemple).
• Il n’est bien sûr pas fait de différence, au moment de la correction, entre les vignettes correspondant au premier ou au second dégonflage.
• On conseille enfin de prévoir des exercices pour les élèves qui vont le plus vite car il y a de grandes différences dans les vitesses d’exécution de cette activité.

Item du socle commun, en lien avec le LPC, pouvant être évalué :

• À partir des documents élèves ramassés, en s’appuyant sur la qualité et la pertinence de la rédaction produite lors des descriptions des différentes étapes de la manipulation (question 5), on pourra évaluer l’item suivant :
  • [3. DS] Présenter-Communiquer (Exprimer les résultats (ordre des étapes, démarche))
• Pour la présentation aux élèves, l’explicitation de l’item peut bien sûr être reformulée.

Autres items travaillés :

• [1. Dire] Formuler clairement un propos simple
• [1. Ecrire] Ecrire (…) en respectant l’orthographe et la grammaire
• [1. Ecrire] Rédiger un texte bref (…) en réponse à une question ou à partir de consignes données
• [3. DS] Rechercher-Extraire l’info (Extraire d’un document les informations utiles)
• [3. DS] Raisonner-Argumenter (Mettre en relation)
• [3. DS] Présenter-Communiquer (Exprimer un résultat, une solution, une conclusion, par une phrase correcte)

 

Chapitre 2 : Volume, pression et masse de l’air

III La masse de l’air

1) L’air possède une masse

Si l’on gonfle un ballon de foot ou de basket avec une pompe, on se rend compte que sa masse augmente.
L’air introduit est responsable de cette augmentation de masse et la différence de masse correspond à la masse d’air ajoutée dans le ballon en pompant.

L’air, ainsi que tous les autres gaz, possèdent une masse.

2) Masse d’un litre d’air

Pour mesurer la masse d’un litre d’air on peut par exemple retirer un litre air d’un ballon. Ce litre d’air peu être retiré par déplacement d’eau en transférant l’air dans un récipient de contenant un litre d’eau.
La différence de masse entre le ballon gonflé et le ballon dégonflé permet de calculer la masse du litre d’air retiré de ce ballon.
Ce type d’expérience conduit en général à un résultat de l’ordre de 1 g. Mais des mesures plus précises permettent d’obtenir une masse de 1,2g.

La masse d’un litre d’air est de l’ordre de 1 g dans des conditions habituelles.
Plus précisément, à 20°C et sous une pression de 1013 hPa, la masse d’un litre d’air est de 1,2 g.

Remarque : comme les liquides, chaque gaz possède sa propre masse et un litre d’un autre gaz possède une masse différente de l’air.

Même si nous ne le ressentons pas, l’air possède bien une masse. C’est essentiellement le poids que celle-ci lui confère qui est responsable de la fameuse « pression atmosphérique ». Alors, combien pèse l’air ?

Pour se rendre compte que l’air pèse, on peut réaliser une expérience simple avec une balance à plateaux, des poids, un ballonballon rigide qui ne se déforme pas lorsqu’il est vide (ballon de foot, de handball…) et une pompe capable de comprimer l’air. Il est possible de calculer la masse volumique de l’air.

Tout d’abord, on équilibre sur la balance le ballon vide avec des poids. On retire le ballon et on le gonfle fortement d’air. Il faut atteindre au moins une pression de trois bars pour que la différence soit sensible. On replace ensuite le ballon gonflé sur la balance et on observe que, cette fois-ci, la balance n’est plus équilibrée et penche du côté du ballon. L’air que l’on a ajouté possède donc bien une massemasse, et ce comme tous les autres gazgaz.

Combien pèse un litre d’air ?

Si l’on mesure précisément la masse d’un mètre cube d’air sec, on obtient 1,204 kg pour une pression de 1.013,25 hectopascals (1 bar) et une température de 20 °C. Dans ces conditions, un litre d’air pèse 1,2 gramme à peu près.

Si l’on s’intéresse à la pression qu’exerce l’air sur notre corps, elle est de 1.033 grammes par centimètre carré. Autrement-dit, c’est comme s’il y avait un kilogramme posé sur chaque centimètre carré de notre corps !

Cette pression atmosphériquepression atmosphérique se mesure en pascal ou encore en bar. Au niveau de l’océan et sans phénomène météorologique particulier (anticycloneanticyclone, dépression), la pression de l’air est de 101.325 pascals (1.013,25 hectopascals), ce qui correspond à un bar.

Le corps humain n’a pas conscience de ce poids, car la pression atmosphérique qui s’exerce sur tout son corps est compensée par une pression interne à peu près équivalente.

Voir aussi

Quelle est la composition de l’air ?