Pour faire faire les deux manipulations en une seule heure en REP, c'est nécessaire que TOUT soit bien prêt et bien présenté auparavant à mon avis.
Les élèves doivent avoir revu l'utilisation du thermomètre, et les règles de classe sur le matériel, les déplacements dans la salle etc.
- deux béchers en plastique ou en verre par table.
- un mini-tubes à essais par table ( il faut des tubes dans lesquels les sondes des thermomètres arrivent jusqu'au fond, ce n'est pas le cas des tubes à essais classiques)
- un thermomètre numérique (la sonde est moins fragile et servira aussi un peu d'agitateur)
- une grande cuvette pour faire ton mélange réfrigérant paillasse prof( j'utilise deux plaques de glaçons d'habitude, il me semble quantité à adapter suivant ton nombre de groupes)
- du gros sel (1 ou 2kg )
- un chronomètre de salle sur l'ordi, j'utilise depuis plus 16 ans "chronos" vieux logiciel qui permet de faire des inter-bips mais ça devrait se trouver en plus moderne. Voir ici :
Chronos : chronomètre basique affichage plein écran et bips
Les températures sont à prendre toutes les 10 secondes si tu veux que les élèves soient ultra-concentrés (c'est dur !) ou toutes les 15 s ou 20 s si tu veux que ça soit plus souple, ce qui n'est pas forcément mieux. C'est à adapter avec ta quantité d'eau, la taille du tube et son épaisseur. Il faut l'avoir fait au moins deux fois tout seul avant avec ton matériel pour estimer le temps nécessaire à mon avis.
Est-ce que tu es à l'aise avec le mélange réfrigérant glace-sel ?
Si non, prendre des glaçons (deux plaques au moins) et rapidement les mettre dans une jambe découpée d'un vieux jean nouée d'un côté (bien plus efficace que dans un torchon), replier le côté ouvert pour que la glace ne puisse pas sortir et casser les glaçons au maillet ou marteau sur un sol dur an tapant plein de petits coups. Une fois la glace pilée, tarer la bassine ou la cuvette et verser la glace dedans, mesurer la masse obtenue puis rajouter rapidement un tiers de la valeur de la masse de glace obtenue en gros sel (3/4 glace pilée sèche, 1/4 gros sel en masse). Et prendre une grosse cuillère en bois ou un truc solide et malaxer l'ensemble afin que le sel touche toute la glace. On a alors une température qui s'effondre et va se stabiliser autour de -18°C -20°C pendant presque une heure donc à partir de là on est tranquille, plus besoin de se dépêcher.
On remplit à moitié ou aux trois quarts chaque bécher de ce mélange et on peut demander aux élèves de mesurer la température afin qu'il aient bien compris que c'est ça qui va servir de "congélateur" pour l'eau du tube par la suite.
Attention, certains élèves mélangent dans leur tête l'étude de solidification de l'eau dans le tube et ce qu'il y a dans le bécher... Donc je pense qu'il est utile de bien insister plusieurs fois sur le fait que le bécher ne sert que de "congélateur", et qu'on étudie seulement ce qui se passe pour l'eau dans le tube. (cette fois-ci)
Le mini-tube pour l'instant est dans le deuxième bécher (qui sert de porte tube car le tube est trop petit pour les porte tubes classiques)
- Faire mettre de l'eau environ à un tiers ou la moitié du mini-tube (ça dépend de tes tubes et du temps que tu veux que ça prenne)
- Faire mesure la température initiale tranquillement.
- Faire reporter cette valeur pour t=0 s dans le tableau (qu'il vaut mieux leur avoir distribué à l'avance... avec le nombre de cases en fonction de la vraie durée de ta solidification).
- bien prévenir tout le monde que quand on lance le chronomètre de classe il faudra mettre le tube avec le thermomètre dans le bécher "congélateur", puis qu'à chaque bip il faudra écrire la valeur lue de la température dans la case d'après.
- leur dire de tourner la sonde du thermomètre dans le tube en la levant et la baissant un peu sans sortir la sonde de l'eau à chaque lecture (évite la surfusion et permet une observation sympa de la solidification totale : "m'sieur ça a pris le thermomètre !" car ils soulèveront alors tout le tube quand il n'y aura plus d'eau)
- et lancer le chrono en ayant les yeux partout !
ouf !
- "m'sieur c'est bizarre moi ça ne refroidit plus ça reste à zéro !
Puis quand tout le monde a son thermomètre pris dans la glace et la température vers -10°C -15°C, on peut faire remplir le deuxième bécher d'eau du robinet, prévenir tout le monde qu'on passe au deuxième tableau faire sortir le mini tube du bécher "congélateur" et le placer dans l'eau du bécher "réchauffage" et on fait l'inverse, réchauffement de la glace, palier à zéro et réchauffement de l'eau.
Rinçage du thermomètre, récupération du mélange glace sel pour évaporation future et recyclage du sel et c'est fini !
Mais tracer les courbes ce n'est à mon avis pas faisable en temps réel ni même dans la même séance, sauf peut être avec le truc des thermomètres dessinés.