Questions aux experts
Matière et matériaux
L'air froid est-il plus lourd que l'air chaud ?
Je suis instituteur en cycle 3 (CE2) et nous avons travaillé sur les états de la matière depuis pas mal de temps.
Après avoir étudié les solides et les liquides et mené des expérimentations sur leurs propriétés, nous travaillons en ce moment sur les gaz.
Après mise en évidence de la présence de gaz (boîte de jus de fruit avec paille qui se vide du liquide puis de "quelque chose qu'on ne voit pas mais qui doit exister puisque si on continue à aspirer, la boîte s'écrase sur elle-même", échappement de gaz d'un tube à essai apparemment vide qui dégage des bulles quand on le plonge dans l'eau)
- notion de place (volume de gaz) dans le corps d'une pompe:
gaz comprimé = volume restreint mais "quantité" de gaz égale puisque le ballon se gonfle autant
Comme nous l'avons vu pour les liquides, nous cherchons à connaître des gaz plus légers ou plus lourds que d'autres.
Systématiquement, les enfants ont pensé à l'hélium qui a servi à gonfler les ballons de notre opération Téléthon et au ballon à air chaud. Pour cette dernière solution, un enfant a proposé de gonfler un ballon de baudruche en le "branchant" sur la soupape d'un autocuiseur "rempli d'air"
Nous n'avons pas encore réalisé cette expérience.
Nous avons également construit un ballon à air chaud au dessus d'un réchaud : sac plastique très léger soulevant un trombone.
Nous pensons donc maintenant prouver que l'air froid est plus lourd que l'air ambiant de notre classe.
Personnellement, les mises en évidence de ce phénomène sont faciles : courant d'air froid dans les pieds en ouvrant un "congélateur armoire" ou absence de couvercle sur les "congélateurs bahut" dans les grandes surfaces. Néanmoins, des comparaisons de relevés de température entre le haut et le bas d'un congélateur ne me paraissent pas totalement efficaces.
Auriez-vous donc un moyen expérimental simple d'apporter une réponse à cette interrogation : l'air froid est-il plus lourd ?
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Votre expérience sur l'air froid du congélateur est excellente, même si vous avez trouvé que la température est homogène à l'intérieur : en effet, l'air glacé du congélateur s'écoule en bas, non pas parce qu'il est plus froid qu'en haut, mais parce qu'il est au contact de l'air de la pièce qui est beaucoup plus chaud : du coup, il "tombe" vers le bas, alors que l'air de la pièce, lui, entre dans le congélateur en haut. La même expérience, classique, se fait en entrouvrant la porte d'une pièce quand il fait nettement plus froid dehors : la flamme d'une allumette est poussée vers l'extérieur en haut de la porte, et soufflée vers l'intérieur en bas. Dans ce même ordre d'idée, faire remarquer que les bacs à produits surgelés des grandes surfaces sont ouverts en plein air vers le haut, et néanmoins la température y reste de l'ordre de -18 °C. Quand il s'agit d'armoires qui s'ouvrent latéralement, elles sont soigneusement fermées par des fenêtres à double vitrage.
On peut littéralement, avec un dewar contenant de l'azote liquide, "verser" de l'air très froid et le visualiser : lorsqu'on le penche, l'air très froid coule vers le bas et se voit par la condensation d'eau qu'il produit et qui forme brouillard.