[La chimie]

[Les lampes à lave]

Cette idée de projet te parvient de Aventures en génie et en sciences à Ottawa, en Ontario.

[Aventures en génie et en sciences]
[But:]
Démontrer comment la chaleur agit sur la densité. Démontrer les courants de convection.

[Théorie:]
  1. Densité
    • Le montant de particules qui sont dans un espace donné ou encore comment les atomes sont collés les uns sur les autres. Si un liquide est moins dense qu'un autre, il flottera automatiquement sur celui-ci. Par exemple, l'huile végétale est moins dense que l'eau. Si on mélange les deux liquides, puis on les laisse reposer, ils se sépareront en deux phases distinctes (l'huile et l'eau) et l'huile sera toujours sur le dessus.
  2. Immiscibilité
    • Deux liquides sont immiscibles s'il est impossible de les mélanger et d'obtenir une seule phase (un seul liquide uniforme). Si on reprend l'exemple précédant, l'eau et l'huile sont immiscibles.
  3. Hydrophobique, hydrophillique
    • Hydrophobique: qui n'aime pas l'eau
    • Hydrophillique: qui aime l'eau
    • Un liquide hydrophobique sera immiscible dans l'eau, alors qu'un liquide hydrophillique se mélangera parfaitement dans l'eau.
  4. Courants de convection
    • Lorsqu'on réchauffe une substance, des courants de convection sont créés dus aux changements de température qui existent dans la substance. En effet, en la chauffant, celle-ci devient moins dense. Par conséquent, elle cherche à monter. En s'éloignant de la source de chaleur, elle refroidit et sa densité augmente de nouveau, ce qui la fait redescendre. Ces mouvements de bas en haut et de haut en bas sont des courants de convection.

[Matériel:]
[Étudiant en chimie regardant les lampes à lave]

***l'alcool et l'huile minérale peuvent facilement être trouvés dans une pharmacie.

[Procédure:]
Pour la lampe à lave:
  1. Mesurer les deux alcools et l'eau et les verser dans la bouteille.
  2. Ajouter le colorant alimentaire et mélanger.
  3. Ajouter l'huile minérale.
  4. Brasser le tout.
  5. Dans le bouchon de la bouteille, faire un très petit trou avec le clou.
  6. Boucher le trou avec le morceau de ruban ou vinyle adhésif.

Pour le pied de la lampe:

  1. Couper le cintre comme illustré ci-dessous. Plier les cintres et les coller sur le dessus de la boîte de conserve avec le duct tape, de façon à former une grille. S'assurer de la solidité!!!
  2. [Couper le cintre]
  3. Recouvrir la boîte de conserve avec du papier de construction (pour l'esthétique).
  4. Si la prise pour l'ampoule ne rentre pas en dessous de la boîte de conserve, couper des encavures dans de bas de la boîte de conserve.

On peut maintenant placer la lumière dans la boîte de conserve et la bouteille sur la grille et observer! (Cela prend au moins 5-10 minutes avant de partir.) Pour commencer, on peut brasser légèrement la bouteille, de façon à former des bulles d'huile. Avec le temps, les bulles grossiront.

[La lampe à lave assemblée]

[Conclusions:]
Comment fonctionne la lampe à lave? Au départ, la lave (l'huile minérale) est moins dense que l'alcool isopropylique. En plaçant la bouteille au-dessus de l'ampoule allumée, le fond de la bouteille commence à se réchauffer. La densité de l'alcool diminue et l'alcool commence à monter vers le haut de la bouteille. Donc, c'est un peu comme s'il devenait plus léger que le reste du mélange et, par conséquent, il cherche à monter à la surface. Lorsque celui-ci atteint le haut de la bouteille, il commence à refroidir, étant plus éloigné de la source de chaleur. En refroidissant, il redevient plus dense et retombe au fond. Ces mouvements de bas en haut et de haut en bas sont en fait les courants de convection. Si on brasse la bouteille, de petites bulles d'huile se forment, qui suivent ces mouvements de convection. Puisque l'huile et l'alcool sont immiscibles, on peut facilement les voir. Après un certain temps, la température dans la bouteille devient uniforme et les courants de convection cessent. Voilà pourquoi après environ une demi-heure la lampe à lave ne fonctionne plus. Il faut donc la laisser refroidir; puis on peut à nouveau la remettre sur la lumière.

Le colorant alimentaire qu'on ajoute à l'alcool est hydrophillique. Il se mélange donc bien avec l'alcool qui est également hydrophillique. Cependant, l'huile minérale est hydrophobique. C'est pour ça que le colorant ne va pas dans l'huile minérale.

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Révisé la dernière fois le 14 août 1998.