L’immiscibilité de l’eau chaude et de l’eau froide

La densité de l’eau chaude et de l’eau froide.

Est-ce que l’eau se mélange toujours avec de l’eau ? Tu serais tenté de répondre par oui. Mais en vérité, certains paramètres comme la température et la gravité peuvent empêcher deux solutions de même nature de se mélanger. Avec cette expérience, tu comprendras tout !  

Tu auras besoin :

A partir de 6 ans

Difficulté : facile

Cette expérience requiert l'aide d'un adulte

Faisons l'expérience

eau froide bleue dans un verre

Remplis un verre avec de l’eau du robinet, ajoute quelques gouttes de colorants alimentaires et place-le au réfrigérateur pendant une nuit

eau chaude sur l'eau froide

Le lendemain, remplis à ras bord le second verre avec cette fois de l’eau chaude et ajoute quelques gouttes de colorants alimentaires. Dépose tes deux verres dans un plat.

Place ton morceau de plastique rigide sur le verre d’eau chaude et délicatement retourne-le pour le déposer en équilibre sur le verre d’eau froide. La pression atmosphérique dans la pièce devrait maintenir le plastique collé au verre.

densité eau froide et eau chaude

Avec l’aide d’un adulte, retire avec précaution le plastique rigide à l’interface et observe ce qu’il se passe. Est-ce que les couleurs se mélangent ?

Cette étape demande beaucoup d’agilité. Aussi, recommence si tu n’y arrives pas du premier coup

densité eau chaude et eau froide immiscible
densité eau chaude et eau froide immiscible
eau froide sur eau chaude

Maintenant, tu vas reproduire l’expérience et placer le verre d’eau froide au-dessus du verre d’eau chaude. Qu’observes-tu ?

miscibilité avec la gravité eau froide plus lourde que l'eau chaude

Comprendre l'expérience

Observations

De manière amusante, tu constates que les liquides colorés ne se mélangent pas quand on place le verre d’eau chaude au sommet. Par contre, les couleurs se mélangent quand tu utilises de l’eau tempérée dans chaque verre, ou quand tu places le verre d’eau froide au sommet. As-tu deviné ce qu’il se passe ?

L'eau chaude et l'eau froide ont des densités différentes

L’eau se mélange avec de l’eau non ? Et pourtant, tu observes que les couleurs restent chacune de leur côté. La température y serait-elle pour quelque chose ? Hé oui ! la température modifie la densité de l’eau. Dans l’eau froide, les molécules d’eau sont plus proches les unes des autres. L’eau froide est donc plus dense. Cela implique que l’eau froide pèse plus lourd que l’eau chaude. Les molécules d’eau dans l’eau chaude sont plus distantes. Donc l’eau chaude est moins dense que l’eau froide. Pour un même volume de liquide, l’eau chaude sera plus légère. 

Si tu déposes le verre d’eau chaude au dessus de celui d’eau froide, les couleurs ne se mélangent pas. Tu as même l’impression que la couleur jaune flotte sur la bleue. Quand tu retires le plastique, les deux solutions ne se mélangent pas, car l’eau froide, plus lourde, reste au fond. Tandis que l’eau chaude, plus légère, reste au-dessus.

Quand la gravité s’en mêle.

Si tu inverses les verres pour placer la solution d’eau froide au sommet, les solutions se mélangent. Ce qui est logique, car l’eau froide, plus lourde, sera attirée vers le bas par les forces de gravité. Elle coule, entraînant sur son passage un brassage des couleurs. C’est pour cela que tu obtiens du vert.

Pourquoi les icebergs flottent-ils ?

Si l’eau froide est plus lourde, pourquoi la glace ne coule-t-elle pas ? Et pourtant, les glaçons, la banquise et les icebergs flottent.

A l’état solide, les atomes et molécules sont plus proches les uns des autres. Les solides sont donc plus denses que les liquides. Sauf dans le cas de la glace. En se formant, les molécules d’eau laissent des espaces plus grands pour former des cristaux. Cette diminution de la densité les rend plus légers. 

De plus, les icebergs se forment avec de l’eau douce, issue des glaciers. Tandis que les mers polaires sont salées, donc plus denses. C’est pour toutes ces raisons que les icebergs flottent au lieu de couler.  

Le savais-tu ?

Les variations d’eau chaude et d’eau froide dans les mers et océans forment de puissants courants marins, circulant au fond et la surface des océans. Ces courants océaniques permettent de redistribuer la chaleur accumulée dans les océans d’un bout à l’autre de la planète et de réguler le climat.

Défi

Tu peux tenter la même expérience en utilisant cette fois du sel. L’eau salée est plus lourde que l’eau pure. En jouant sur la salinité de l’eau, tu peux reproduire les étages de densité dans un récipient vertical.

Disciplines

Comment faire monter l’eau dans un verre avec une bougie.

Avec cette expérience scientifique toute simple, tu vas extraire une pièce immergée sans toucher l’eau. Pour t’aider, emploie une bougie, un briquet et un verre. Avec une touche de science, tous les tours de magie sont possibles. Utilise ce truc pour surprendre tes copains, ta famille et tes instituteurs. […]

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