Simulateur de cinétique des gaz

Le simulateur gratuit « Atelier Théorie Cinétique des Gaz» a été réalisé par Chauvet F., Duprez C., Rouzé F. du SEMM (Service d’enseignement sur mesure médiatisé) de l’Université Lille I est un ensemble comprenant un logiciel de simulation et des documents d’accompagnement.

Le logiciel simule le mouvement incessant et désordonné des molécules qui constituent un gaz parfait et suivent les lois de la théorie cinétique des gaz.

Par des raisonnements simples (analogie, comparaison...), il permet aux élèves de donner une signification microscopique aux concepts de pression et de température, sous réserve d’un guidage approprié de l’enseignant.

Le logiciel fonctionne sous Windows 95 ou +, et un navigateur compatible InternetExplorer.

Les principaux effets pour l’apprentissage des élèves sont les suivants :

• Favoriser la distinction entre le niveau macroscopique (les phénomènes, les variables pression, température...) et le niveau microscopique (les particules, leur agitation, l’effet des chocs sur les parois).
• Identifier au niveau microscopique les variables correspondantes : masse et vitesse des particules.
• Expliciter les liens entre les propriétés des particules du modèle et les effets macroscopiques prévus et observés sur la simulation.
• Se construire une représentation mentale des concepts de pression et température tels qu’ils sont définis dans le cadre de la théorie cinétique.

Plus précisément, le travail d’expérimentation sur les situations simulées permet de :

• S’appuyer sur les lois de la mécanique déjà connues pour introduire l’idée de lois qui fondent la simulation. Cette première représentation du modèle en jeu permet de comprendre les actions des particules et leurs effets.
• Raisonner par analogie macro/micro pour analyser plus finement les effets des chocs : les effets des chocs dépendent de deux facteurs, leur fréquence et l’impulsion moyenne de chacun d’eux.
• Favoriser certains modes de raisonnement à plusieurs variables, sur un registre qualitatif et en termes de co-variation, de comparaison, de compensation.
• Permettre une approche intuitive d’un mode de pensée statistique, en considérant le comportement et les effets moyens d’un ensemble de particules.

Les ressources proposées portent sur une ou deux séances centrées sur l’utilisation du logiciel, complémentaires de celles consacrées à l’analyse des phénomènes et à la vérification expérimentale des lois macroscopiques (loi d’Avogadro), conformément aux instructions du programme.

Pour télécharger : Atelier Théorie Cinétique des Gaz