Comment faire monter l'eau?

Bien que vous puissiez faire monter le niveau d'eau de n'importe quel plan d'eau en y ajoutant plus de masse (par exemple, plus d'eau ou un autre matériau), il existe une expérience courante conçue pour faire "monter" l'eau dans un verre. Avec seulement quelques éléments, vous pouvez utiliser les principes de la loi de Charles (qui stipule que la température du gaz est directement proportionnelle au volume du gaz lorsqu'il est à pression constante) pour impressionner et intriguer un public avec cette expérience.

Méthode 1 sur 3: mise en place de l'expérience

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Remplissez une casserole d'eau. Le moule doit avoir une profondeur d'au moins 1 à 5 centimètres (2,5 à 5,1 cm). Vous avez besoin d'une casserole qui peut contenir suffisamment d'eau pour que tout ne soit pas aspiré dans le verre. Si toute l'eau est aspirée dans le verre, l'air pourra entrer. Comme l'eau est plus lourde que l'air, elle retombera hors du verre à cause de la gravité.
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Ajoutez du colorant alimentaire à l'eau si vous le souhaitez. Le colorant alimentaire ne contribue pas du tout à la science impliquée. Cependant, cela rend l'eau plus facile à voir lorsqu'elle monte dans le verre. Ceci est particulièrement important pour un large public qui pourrait ne pas être en mesure de s'approcher du verre.
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Rassemblez tous les autres matériaux nécessaires. Assurez-vous d'avoir un verre, une bougie et un briquet ou une allumette avant de commencer. Peu importe le type d'allumette ou de briquet que vous utilisez. Vous devez utiliser un verre et non un gobelet en plastique. L'utilisation d'une bougie courte empêche également la flamme de toucher directement le verre, cependant, la bougie doit être suffisamment haute pour que la mèche ne soit pas mouillée lorsque vous la mettez dans la casserole d'eau.
- Si vous essayez de remplacer un verre par un gobelet en plastique, il fondra et l'expérience échouera.
- Les bougies chauffe-plat fonctionnent bien pour cette expérience.

Méthode 2 sur 3: faire monter l'eau dans le verre

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Mettez la bougie dans la casserole d'eau. Assurez-vous de ne pas mouiller la mèche. Allumez la bougie au centre de la casserole d'eau.
- Si vous utilisez une bougie chauffe-plat, elle reposera toute seule dans la casserole. Si vous utilisez une bougie haute et fine, elle peut basculer. Pour éviter cela, utilisez un bougeoir court pour stabiliser la bougie.
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Placez le verre sur la bougie. Retournez le verre et placez-le au-dessus de la bougie. Assurez-vous que l'ouverture du verre est complètement immergée dans l'eau. Cela fournit un joint qui empêche l'air d'entrer dans le verre et permet à l'eau de monter dans le verre.
- Si la bougie touche le verre, vous pouvez soit vous procurer une bougie plus courte, soit un verre plus grand. Cela garantira le bon déroulement de l'expérience.
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Surveillez les bulles. Lorsque la bougie brûle, elle chauffe le gaz à l'intérieur du verre. Cela entraînera une expansion du gaz, augmentant la pression à l'intérieur du verre. Du gaz devra s'échapper du verre pour relâcher la pression. La seule façon pour le gaz de s'échapper est à travers l'eau au fond du verre. Une fois que la pression sera suffisamment élevée, le gaz n'aura d'autre choix que de bouillonner à travers l'eau.
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Laissez la bougie s'éteindre. La bougie allumée convertit 2 molécules d'oxygène (2O ₂) et 1 molécule de cire de paraffine (CH ₄) en 1 molécule de dioxyde de carbone (CO ₂) et 2 molécules d'eau (2H ₂ O). Sans air entrant dans le verre, la bougie brûlera tout l'oxygène disponible. Lorsque l'oxygène s'épuise, le feu de la bougie ne peut plus brûler.
- Bien qu'il puisse rester de l'oxygène dans le verre, la bougie s'éteindra lorsqu'elle aura épuisé tout l'oxygène suffisamment proche pour alimenter la flamme.
Le gaz ne peut pas pénétrer dans le verre car il est à l'envers dans l'eau, créant un joint.
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Regardez l'eau monter dans le verre. Lorsque la bougie s'éteint, le gaz restant se refroidira rapidement. Le gaz de refroidissement se contracte (réduit son volume) et crée un vide dans le verre. La pression extérieure forcera l'eau dans le verre pour remplir le vide.
- Ce sera plus facile à voir si vous choisissez de colorer l'eau avec du colorant alimentaire. Gardez à l'esprit que l'eau ne remplira qu'une partie du verre, car il y a encore du gaz piégé dans le verre.

Méthode 3 sur 3: comprendre pourquoi l'eau monte dans le verre

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Sachez quelle réaction chimique se produit. Il y a beaucoup d'explications incorrectes pour cette expérience. Afin de comprendre ce qui se passe réellement, vous devez savoir quelle chimie se produit. La réaction de combustion qui se produit est:
- 2O ₂ + CH ₄ → Co ₂ + 2H ₂ O
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Rappelez-vous la loi de Charles. La loi de Charles est un élément de la loi des gaz parfaits qui dit que le volume d'un gaz changera proportionnellement à la température (et vice versa) lorsque la pression extérieure et la masse du gaz restent constantes. Étant donné que les parois du verre ne modifient pas la quantité de pression qu'elles exercent sur le gaz à l'intérieur, la pression dans cette expérience reste constante. Le gaz ne peut pas pénétrer dans le verre car il est à l'envers dans l'eau, créant un joint.
- Techniquement, étant donné que la réaction de combustion convertit 2 molécules d' O _{2 en} molécules de 1 CO ₂ et 2 H ₂ O, la quantité de gaz augmente temporairement. Cependant, la bougie ne maintiendra pas la température à l'intérieur du verre au-dessus de 100°C et les molécules de 2 H ₂ O se condenseront en eau liquide. Cela signifie que la quantité de gaz dans le verre diminue efficacement pendant que la bougie brûle.
- La loi de Charles s'applique dans ce cas uniquement parce que la quantité de gaz dans le verre reste constante à partir du moment où la bougie s'éteint. Sans la combustion, plus aucun gaz n'est consommé ou produit. La source de chaleur disparaît simultanément, permettant au gaz de se refroidir et de diminuer de volume.
Cela fournit un joint qui empêche l'air d'entrer dans le verre et permet à l'eau de monter dans le verre.
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Considérez ce qui se passe lorsque le gaz se refroidit. Le volume du gaz étant proportionnel à la température, il diminue au fur et à mesure que le gaz se refroidit. Cette diminution de volume crée un vide à l'intérieur du verre. La pression à l'extérieur du verre reste la même, ce qui crée un différentiel de pression.
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Comprendre les différentiels de pression. Dans un système donné, les fluides se déplacent de l'extrémité haute pression vers l'extrémité basse pression. Avec l'air scellé hors du verre, l'eau est forcée de l'extrémité haute pression du système (à l'extérieur du verre) à l'extrémité basse pression du système (à l'intérieur du verre) jusqu'à ce que la pression à l'intérieur du verre soit égale à la pression à l'extérieur le verre.
- C'est un peu comme ouvrir un robinet. La pression à l'extérieur de la conduite d'eau est inférieure à la pression à l'intérieur de la conduite, de sorte que l'eau est forcée à travers la conduite et hors du robinet (même si elle doit aller contre la gravité pour le faire).

Conseils

Essayez l'expérience seul avant de la mener pour un public. Cela vous permet de résoudre tous les bogues de votre système sans que personne ne regarde.
Utilisez le colorant alimentaire pour rendre l'eau visible.

Mises en garde

N'utilisez pas de gobelets en plastique. La flamme fera fondre la tasse et fera échouer l'expérience.

Choses dont vous aurez besoin

Poêle
L'eau
Colorant alimentaire
Verre
Bougie
Allumettes/Briquet

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