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Avant toute chose, quelques notions de physique :
Qu'est-ce que la chaleur?
La chaleur est une forme d'énergie échangée entre deux corps (deux objets de températures différentes par exemple). Quand un objet est chaud et l'autre froid, la chaleur va aller du plus chaud vers le plus froid, augmentant la température du deuxième.
Nous avons déjà parlé dans d'autres expériences de molécules ( ces tous petits morceaux de matière, formés d'atomes). Ces molécules ne sont pas immobiles. Elles sont plus ou moins agitées, et la température d'un objet dépend du degré d'agitation des molécules des matières qui le composent : plus les molécules sont agitées, plus la température est grande.
La chaleur a trois façons de se déplacer d'un corps vers un autre : la conduction, la convexion, et le rayonnement.
Nous nous intéresserons aujourd'hui aux deux premières, car ce sont celles-là qui interviennent dans notre expérience.
La conduction, c'est ce qui fait par exemple que si tu tiens une cuiller et que tu la chauffes à un bout sur une flamme, la chaleur arrive très vite à tes doigts et tu te brûles : la chaleur se déplace à l'intérieur de la matière solide, d'un bout à l'autre. Comment? Ce n'est pas encore très clair, mais ce qui est sûr, c'est que c'est lié avec le mouvement des électrons libres dans la matière chauffée (pour en savoir plus sur ces fameux électrons, va voir "Poivre? Vole!" dans les archives).
Comme les électrons n'ont pas la même facilité à se déplacer dans toutes les matières, il y a des matières qui "conduisent bien la chaleur", et d'autres qui la "conduisent mal". Le caoutchouc, par exemple, est un très mauvais conducteur de chaleur. Quand tu chauffes un ballon sur une flamme, la chaleur ne se répartit pas sur toute la surface du ballon, il n'ya que le petit endroit qui touche la flamme qui chauffe vraiment, et prend toute la quantité de chaleur donnée par la flamme. La température à cet endroit augmente donc très vite, le caoutchouc fond, et le ballon éclate quasiment tout de suite.
Maintenant, l'eau. L'eau est un fluide (une matière qui prend la forme du récipient dans lequel on la verse). Dans les fluides, la chaleur se transmet par convection : cela veut dire que le fluide chauffé se déplace des zones les plus chaudes vers les zones les plus froides. Par exemple, quand tu mets de l'eau à chauffer dans une casserole, l'eau du fond, qui est en contact avec le métal chaud, a sa température qui augmente. Comme l'eau du haut de la casserole est plus froide, l'eau chaude va se déplacer du fond de la casserole vers le haut, ce qui entraîne un brassage de l'eau à l'intérieur de la casserole. Ceci est du au fait que la densité de l'eau change avec sa température (de l'eau chaude est moins "lourde" que de l'eau froide, et a donc tendance à monter).
Revenons maintenant à notre ballon :
Quand il n'y a pas d'eau à l'intérieur, le point que tu poses sur la flamme chauffe très fort, le caoutchouc fond, et il éclate. Ceci se passe à une température précise. C'est à dire que jusqu'à une certaine température le caoutchouc est solide, et qu'à partir de cette température, il devient liquide.
Quand tu mets de l'eau dans le ballon, voici ce qui se passe : le caoutcouc chauffe toujours, mais l'eau qui est à l'intérieur en contact avec le ballon le refroidit. Le caoutchouc transmet une partie de la chaleur qu'il reçoit de la flamme à l'eau, et l'eau chauffe, la chaleur s'y transmettant par convection.
L'eau continue ainsi à chauffer jusqu'à 100 degrés, température à laquelle elle se transforme en vapeur. Ce qui veut dire que tant qu'il reste de l'eau à l'état liquide en contact avec le ballon, la température de cette eau n'est pas plus élevée que 100 degrés. Or la température à laquelle le caoutchouc fond est plus élevée. De l'eau à 100 degrés suffit donc à refroidir suffisament le caoutchouc pour que le ballon n'éclate pas.
Attention! La chaleur a d'autres effets : par exemple elle chauffe également l'air à l'intérieur du ballon, et cet air se dilate (il prend plus de place). Ceci, ajouté à la place prise par la vapeur d'eau peut finir par faire tellement gonfler le ballon qu'il explosera quand même. Ne reste donc pas trop longtemps sur la flamme.... Je t'aurai prévenu!
ou...
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