Expérience thermique pour enfant

Une petite expérience facile pour illustrer les échanges thermiques. Ou comment transformer un sachet de thé en minifusée.

Dans cette expérience nous reproduirons le même effet qui permet à une montgolfière de s’envoler.

Les explications de l’expérience pour réaliser une fusée facilement sont un peu plus bas dans la page

Pour commencer, j’aimerais que tu accompagnes ton enfant pour la réalisation de cette expérience.

Pourquoi ? Tout simplement parceque nous allons utiliser une flamme. Je préfère que tout se passe bien pour tous le monde.

Avant de réaliser l’expérience, je vais te parler rapidement du phénomène physique qui est mis en évidence dans cette activité scientifique.

Tu trouveras plus bas dans la page le protocole de l’expérience facile à faire sous surveillance !

Comprendre la science avec des enfants

Expérience pour comprendre les montgolfières

As-tu déjà observé une montgolfière ? Je te demande, car c’est exactement le même principe physique que nous allons voir dans cette expérience.

C’est-à-dire que nous allons mettre en condition notre sachet de thé pour qu’il soit soumis à des différences de dentiste entre l’air chaud et clair froid.

Comment volent les montgolfières ? Les montgolfières sont des ballons que l’on remplit d’air chaud, grâce à un bruleur à gaz qui produit une flamme.

Le pilote peut décider de monter ou de descendre suivant la quantité de chaleur qu’il libère dans le ballon.

Pourquoi la montgolfière monte-t-elle ? La montgolfière monte grâce à une différence de densité entre l’air qui se trouve à l’intérieur et l’air à l’extérieur.

Pour rentrer dans les détails, c’est une question de densité de l’air ! L’air chaud dans le ballon est moins dense.

Cela veut dire que si je remplis une bouteille de 1 litre d’air chaud et une bouteille de 1 litre d’air froid. La bouteille d’air froid sera plus lourde que la bouteille d’air chaud !

Les masses d’air sont soumises aux lois de la physique, cela implique que les éléments les plus massifs (lourd) seront plus attirés par la gravité !

L’air froid se place en bas et l’air chaud se place en haut.

Mais ce n’est pas tout, c’est également la même notion que la poussée d’Archimède qui intervient c’est-à-dire qu’un corps plongé en tout ou en partie dans un fluide (liquide ou gaz) soumis à un champ de gravité subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé !

Pour en revenir à notre ballon, cela veut dire que la montgolfière déplace une quantité d’air plus froide et plus lourde que celle présente dans le ballon.

Comme le dit la poussée d’Archimède, une force verticale de bas en haut s’exerce sur le ballon ce qui le pousse en altitude !

C’est exactement ce que nous allons observer dans notre expérience pour créer une fusée avec un sachet de thé !

Ou, j’aurais dû appeler ça une montgolfière, mais peut importe ! Je te donne tous de suite le protocole de l’expérience.

Pour les enfants les plus jeunes, je donne en bas de cette page une explication scientifique avec des bonbons sur le principe physique qui intervient dans cette expérience.

Construire une fusée pour enfants

Expérience du sachet de thé qui vole

Comme l’indique le nom de cette expérience, tu auras besoin d’un sachet de thé ! Pour rappel, il faut être vigilant avec utilisation du feu. C’est parti pour le décollage notre fusée !

Pour cette expérience de création de fusée nous aurons besoin :

  • Un sachet de thé
  • Un briquet

1Dégrafer le sachet de thé, enlever la cordelette et vider son contenu. Tu dois te retrouver avec un sachet de thé en forme de tube.

2 Déplier le sachet de thé et le poser à la verticale. Brûler la partie haute du sachet de thé et laisser la flamme le consumer.

Mes explications pour cette expérience :

Pourquoi le sachet de thé s’envole-t-il ?

Si l’on regarde le sachet de thé de plus près, on peut observer qu’il y a des micros trous. Cette enveloppe est donc une alternance de trous et de sachet de thé.

C’est ce qui permet à l’eau de passer dans le sachet, mais aux feuilles de thé sécher de rester à l’intérieur.

Lorsque le sachet de thé brûle, il réchauffe l’air proche qui l’entoure. Il faut savoir que l’air à une différence de densité, suivant sa température comme je l’expliquais plus haut.

C’est-à-dire que par exemple 1 litre d’air froid est plus lourd que 1 litre d’air chaud.

Pour en revenir au sachet de thé, l’air chaud généré par la flamme ce retrouve coincé dans les micros trous du sachet de thé.

Des micros bulles d’air chaud viennent se placer dans les minuscules trous du sachet de thé. La multiplication de ces petites bulles très chaude va enclencher un déséquilibre de densité avec l’air ambiant qui se trouve autour !

Ce déséquilibre va permettre au sachet de thé de s’envoler assez rapidement.

Pourquoi le sachet de thé ne monte-t-il pas plus longtemps ? Le sachet de thé et extrêmement inflammable. Une fois qu’on l’allume avec le briquet il prend feu.

La combustion est assez lente pour lui permettre de se laisser porter par les bulles d’air chaude prise au piège dans ses micros trous, mais trop rapide pour qu’il reste un certain temps en suspension ! De plus, la flamme consume la totalité du sachet.

Je vais maintenant te donner une approche différente avec des explications à base de bonbons.

Expliquer la science à un enfant

La science expliquée aux enfants avec des bonbons

C’est parti ! J’espère que tu as ta boite de bonbons à côté de toi pour que je t’explique le principe physique que l’on a pu observer dans cette expérience !

Prends une feuille blanche et trace 2 cercles de taille différente. On va dire un cercle de 10 centimètres de diamètre et un cercle de 5 centimètres de diamètre !

Nous allons prendre 2 fois 5 bonbons ! Les bonbons représentent l’air en quantité égale.

Qu’observe-t-on si l’on place 5 bonbons dans chaque cercle ? Dans le cercle de 10 centimètres, on remarque que les bonbons sont beaucoup plus espacés contrairement aux bonbons du cercle de 5 centimètres qui sont beaucoup plus rapproché. Ici tu as une illustration de ce qu’est la densité !

Pour compléter cette explication avec des bonbons il va falloir tracer un autre cercle de 10 centimètres de diamètre ! Dans ce nouveau cercle ajoute cette fois, non pas 5 bonbons, mais 10 bonbons !

Et voilà, tu as ici une représentation de 2 masses d’air. Une chaude et une froide.

Laquelle est la chaude ? Laquelle est la froide ? Si tu as bien compris les principes, tu pourrais deviner !

Voici la réponse : le cercle de 10 bonbons est celui de l’air froid. Les molécules y sont beaucoup plus nombreuses et concentrées !

Les molécules y sont plus nombreuses ? Oui, on peut donc en déduire que le cercle des 10 bonbons est plus lourd que celui des 5 bonbons !

Il se placera donc sous le cercle des 5 bonbons. Et voilà pour cette explication d’expérience avec des bonbons

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12 COMMENTAIRES

  1. Contrairement à ce qui est avancé dans cet article, le sachet s’envole parce que la chaleur créée par la combustion entraîne un courant ascendant, qui est suffisamment fort pour soulever le sachet qui, lui, a une masse très faible. C’est donc de l’air froid, celui qui vient remplacer par le bas l’air chaud ascensionné, qui est responsable de l’effet observé.
    L’idée d’une bulle d’air chaud pourrait être pertinente dans un liquide, mais pas dans… de l’air (!)

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