Activité didactique conçue par Irene Salmaso et Biagio Ambrosio pendant le cours de doctorat “Designing innovative public engagement activities” tenuto all’Università di Padova nel 2024.

Brève Description de l’activité

Qu’est-ce que l’entropie, et comment ça marche? Dans cette activité, par l’utilisation de couleurs et odeurs, il sera possible de perçevoir les différents degrés d’entropie qui existent dans des systèmes plus ou moins désordonnés, pour decouvrir comment elle évolue avec le temps.

Matériels

  • Couleurs à la tempera bleue, rouge, et jaune
  • 3 arômes alimentaires/huiles essentiels différents et reconnaissables (par example vanille, amande, citron)
  • Pinceaux
  • Verres, cuillères et soucoupes en plastique
  • Feuilles de papier (environ 20)
  • Papier absorbante
  • Pinces, ficelle er ruban pour accrocher les feuilles
  • Impression d’une galaxie en spirale (lien pour le téléchargement)
  • 6 ballons
  • 6 boîtes en carton
  • ciseaux
  • 1 aiguille

Préparation de l’activité

1. Associer à chaque odeur une couleur (par example bleu-vanille, rouge-amande, jaune-citron) et couvrir chaque fiole avec papier de la couleur associée.

2. Préparer 10 feuilles colorées d’un côté de cette façon:

    • 1 feuille blanche, sans couleurs
    • 1 feuille painte en jaune
    • 1 feuille painte en bleu
    • 1 feuille painte en rouge
    • 1 feuille painte en jaune et, une fois sèche, ajouter une couche de rouge, de sorte que vous ne voyez pas le jaune sous
    • 1 feuille painte en jaune, et une fois sèche, ajouter une couche de bleu, de sorte que vous ne voyez pas le jaune sous
    • 1 feuille painte en vert, obtenu par l’union de bleu et jaune
    • 1 feuille painte en orange, obtenu par l’union de rouge et jaune
    • 1 feuille painte en violet, obtenu par l’union de bleu et rouge
    • 1 feuille painte en marron, obtenu par l’union de rouge, bleu et jaune.

3. Accrocher les feuilles colorées sur la ficelle tendue avec des pinces à linge, de sorte que le côté blanc soit tourné vers le groupe de participants. Vaporiser sur ce côté les arômes associés aux couleurs utilisés (dans la feuille blanche ne vaporiser rien).

4. Dans les verres de plastique, mélanger un peu de tempéra avec l’arôme associé selon l’association choisie au point 1 (par example bleu-vanille, rouge-amande, jaune-citron). Le nombre des gouttes d’arôme à ajouter dépend de leur intensité, qui peut varier selon le type et la marque. Nous recommendons 4 à 8 gouttes pour un quart de verre.
Le mélange doit être continuement remuée pour éviter qu’il ne se sépare et ne sèche. En outre, pour ne pas utilisr trop de couleur, il est conseillé de fournir aux participants une petite quantité si nécessaire, en utilisand des cuillères de plastique (un pour chaque couleur pour eviter la contamination).

5. Préparer le dessin d’une galaxie en spirale, où le rouge représente la poussière, le jaune les étoiles et le bleu le gaz. Elle doît être similaire en forme et taille à celle de la photo réelle. Les deux images doivent être conservées et utilisées à la fin de l’ atelier.

6. Découper 18 morceaux de papier et peignez 6 bleus, 6 jaune et 6 rouge. Déposez-les de manière ordonnée sur un côté de la table de l’atelier, comme indiqué dans l’image.

7. À l’autre extrémité de la table, préparer les postes de peinture, chacune avec une feuille blanche, un pinceau, un plateau en plastique pour le mélange, un verre de plastique avec de l’eau et papier absorbant pour sécher le pinceau. Chaque poste est assignaé à 1/2 participants, selon la taille du groupe.

8. Gonfler 6 ballons, deux très gonflés, deux à moitié gonflés et deux presque dégonflés. Mettre chacun dans une boîte, pratiquant un trou qui permet de glisser une main et toucher le ballon sans le voir. Les boîtes seront utilisées dans la seconde partie de l’atelier.

Description de l’activité

Première partie

1. Après les présentations réciproques, demandez au groupe de donner des définitions de désordre. Par example, on peut les inviter à réfléchir sur l’état de leur chambre, sur la différence lorsque tous les jouets sont placés à leur place et lorsque ils sont dispersés sur le sol.

2. Racontez que les physiciens mesurent généralement le désordre, appelé entropie, de plusieurs façons compliqués, et que aujourd’hui ils utiliseront couleurs et parfums pour les répresenter.
Note. À partir de là répéter le mot entropie plusieurs fois au cours de l’activité, pour vous familiariser avec ce mot étrange.

3. À ce moment, faites sentir les flacons (dont le nome de l’arôme n’est pas visible car il est couvert d’un papier coloré) et faites deviner les odeurs associés aux couleurs.

4. Montrez les feuilles suspendus et inviter chacun/e à approcher pour les sentir et demander qu’est-ce qu’il ressent. Une fois les réponses collectées, tourner les feuilles et montrer les différentes couleurs. La feuille blanche a moins de desordre des couleurs primaires (et des parfums relatifs), qui à leur tour en ont moins de couleurs mélangés, etc.
Attention! Une feuille bleue et une feuille rouge cachent les couleurs sous-jacentes, mais le degré de désordre est encore percepible grâce au mélange des odeurs. La même chose se produit dans le domaine de la recherche: il est parfois utile et nécessaire d’utiliser des outils différents, comment nous faisons avec nos senses, pour comprendre mieux un phénomène.

5. Montrez les feuilles colorées disposées sur la table, explicant qu’ils ont été placées de cette façon pour représenter un état le plus ordonné que possible.
Puis, se déplacer à l’autre extremité de la table et faites asseoir les participants dans les différents postes.

6. Demandez-leur de faire un dessin quelconque, avec la seule régle qui doît être le plus de désordre possible. Donner environ 10 minutes pour cette phase.

7. Les dessins sont terminés; étudier-les un par un avec tous les participants, en demandant leur d’évaluer le degré de désordre dan chacun des dessins. Certains auront mélangé les couleurs et d’autres pas; ils auront donc des degrés de désordre plud ou moins élévés.

8. Après avoir discuté comment faire un dessin désordonnaé, replacer feuilles et eau dans les verres et demander de faire un autre dessin, cette fois avec le désordre le plus bas possible. Laisser toujour 10 minutes et puis évaler le degré de désordre tous ensemble. Faites noter que, bien que le désordre soit moindre dans les dessins individuels, l’eau dans les verres a été mélangée au couleur, révélant qu’il s’agit d’un processus inévitable et irréversible. Pour renforcer la discussion, on peut demander aux participants si, une fois mélangé la couleur vert, on peut le ramener à l’ètat initial de bleu et jaune.

9. Terminer en rappelant cet “étrange mot utilisé au début, entropie”, une grandeur physique qui nous aide à comprendre dans quelle direction le temps s’écoule. En fait, puisque nous ne pouvons pas remener les couleurs à leur état originaire, il y a une seule direction temporelle dans laquelle les faits se sont produits: avant, il y avait bleu et jaune, et après le vert: le contraire ne peut pas arriver.

10. Certaines participants ont peut-être remarqué qu’ils auraient pu laissar la feuille blanche (si personne pose la question, faites-le noter). Dèplacer donc l’attention sur les fiches au point 6 de la phase de préparation qui, à cause du vent, et des écousses à la table, etc., ils ont été déplacés de leur position initiale et mélangés. Demandez aux participants ce qu’il s’est passé selon eux, en leur faisant remarque que ça fait longtemps qu’ils n’ont pas été observe la dernière fois, au debut du laboratoire. Demander: “Si nous revenons à les regarder dans un moment, ils seront de retour?” Naturellement non; au cointraire, ils seront encore plus désordonnés. Plus le temps passe et plus le désordre augmente, donc, même si nous ne faisons rien (en laissant la feuille blanche), l’Univers lui-même tend naturellement à un état plus désordonné.

11. Vous montrez maintenant le dessin de la galaxie réalise au point 5 de l’étape de préparation. Vous recontez que l’Univers a à disposition gaz, étoiles et poussière, ainsi que les participants avaient trois couleurs disponibles, et les mélange pour former ces belles structures, qui sont cependant plus caotiques. Montrez aussi l’image originale par comparaison.
Donc, la prochaine fois que le parents diront de remettre la pièce en ordre, on peut répondre “Ce n’est pas le désordre, c’est l’entropie! L’Univers aussi le fait!”.

Seconde partie

12. Si vous avez le temps, prenez les boîtes avec les ballons et placez-les comme dans l’image, c’est à dire sur deux lignes, de sorte qu’il y ait, de gauche à droîte, un ballon gonfle, un demi-gonfle et un dégonflé. Sur l’autre rangée, c’est l’inverse, avec un ballon gonfle en face de celui qui dégonfle. Attention: l’image montre les ballons comme example, il est recommandé de les tenir dans la boîte, comme expliqué au point 8 de la phase de préparation.

 

 

13. Demander à deux participants de se placer devant les deux lignes des boîtes et invitez-les à mettre la main dans la boîte et décriver ce qu’ils ressentent. Répétez la procédure pour toutes les trois boîtes de la rangée. Éventuellement les aider avec des indice, par example en demandant de noter la différente quantité d’air qu’ils contiennent, et que, tandins que l’un a senti le ballon gonflé d’abord, l’autre ha trouvé au début ll’inizio celui qui était dégonflé.
Chaque parcours répresente l’èvolution dans le temps du ballon et les deux sont des voies possible. Nous pouvons avoir le ballon qui se gonfle en soufflant, et le ballon qui se dégonfle avec le temps.

14. Maintenant, retirer un des ballons gonflés, faites-le éclater avec l’aiguille et demander au groupe à quel bout de la table il faut le placer. Ils devraient répondre qu’il faut le mettre après le ballon gonflé. De cette façon, une direction de la ligne temporelle qui ne peut pas être parcorue vers l’arrière est identifiée, parce que le ballon éclaté ne peut pas revenire entier. Inviter-leur à penser à d’autres situations quotidiennes qui peuvent nous aider à definir la direction du temps, par example: l’oeuf qui se brise, … Reaffirmer le concept de temps comme direction dans laquelle l’entropie augmente toujours. L’activité peut être adaptée dans la durée des deux parties selon les préférences des participants: si le groupe n’aime pas colorier, ou est très rapide dans l’exécution des dessins, donner plus de poids à la partie avec les ballons. Si, au contraire, ils préferent colorier, vous pouvez sauter la partie avec les ballona et demander de faire un troisième dessin au plaisir.

Explication du processus physique

L’entropie est la mesure du “desordre” d’un objet ou d’un processus physique, c’est à dire de la mesure du hasard par lequel on peut distribuer les atomes impliqués, qui correspond au nombre de configurations possibles. Suivant la seconde loi de la thermodynamique, l’entropie peut être interpretée comme l’energie du système qui n’est pas disponible pour être convertie en travail.
Un système est en équilibre lorsque l’entropie est maximale, elle tend donc toujours à augmenter. Même si un certain phenomène semble presenter une variation d’entropie negative (donc, avoir un’entropie inférieure à la fin du processus par rapport au début, par example, l’eau qui se transforme en glace), il s’agit toujours de systèmes non isolés, tandis que l’entropie totale de l’Univers augmente toujours.
La definition de “temps” est étroitement liée à l’entropie: la direction ou flèche du temps est définie par la direction dans laquelle l’entropie augmente. Cesla est particulièrement clair en observant les transformations irréversibles: par example, on ne peut pas reconstituer un oeuf cassé, ou séparer l’eau mélangée avec les tempres. Même les transformations reversibles, comme ranger les feuilles disparsées par le vent, nécessitent de travail pour être accomplies et donc entraînent l’augmentation de l’entropie. En fait, dans chaque transformation il y a toujours une quantité d’énergie convertie en chaleur, qui donc passe naturallement d’un corps plus chaud à un corps plus froid, impliquant l’augmentation de l’entropie.