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2nde Thème : Sport TP n°28
Physique La pression et loi des gaz parfaits Chap.20
I. Définition de la pression
La pression est mesurée par un manomètre mais que représente-t-elle ? Comment varie-t-elle ?
Si un fluide exerce sur une surface d’aire S une action mécanique modélisée par une force pressante d’intensité F, alors on appelle pression P du fluide sur la surface la grandeur donnée par :
... ; F s’exprime en newton (N), S en mètre carré (m2) et P en pascal (Pa)
L’unité légale de la pression est le pascal de symbole Pa
Dans la pratique on utilise l’hectopascal : 1hPa = 100 Pa et le bar : 1 bar = 105 Pa ;
La pression de l’air qui nous entoure est appelée pression atmosphérique. Elle est notée Patm. Elle diminue lorsque l’altitude augmente et elle dépend des conditions météorologiques.
II. Loi de Boyle-Mariotte
Pour une température T donnée et une quantité de matière n de gaz constantes, la loi de Boyle-Mariotte donne la relation entre la pression P et le volume V de ce gaz.
Enoncé de la loi de Boyle-Mariotte
………..
………..
III. Effet de la pression sur la température d’ébullition
Plaçons un bécher rempli d’eau chaude (≈ 60°C) sous la cloche à vide. Aspirons l’air pour diminuer la pression de la cloche.
1) Qu’observe-t-on lorsque la pression diminue ?
...
2) Qu’observe-t-on lorsque la pression augmente de nouveau ?
...
3) Quelle est l’influence de la pression sur la température d’ébullition d’un liquide ?
...
IV. Comment évolue la pression P d’un gaz en fonction de la température T ?
Conditions : Il faut que la quantité n de gaz et le volume du gaz V restent constants au cours de l’expérience.
1. Protocole expérimental
Proposer un protocole expérimental qui permette de voir l’évolution de la pression en fonction de la température θ (en °C). Un tableau de mesures est nécessaire.
2. Exploitation de vos mesures avec Regressi
2.1. Que se passe-t-il pour la pression P quand la température augmente ? Quand la température diminue ?
Dans le logiciel Regressi, faire Fichier Nouveau puis Clavier.
Entrer comme grandeurs expérimentales (CTRL + Q) en °C puis P en hPa
Créer comme grandeur calculée T en K (kelvins) à l’aide de la relation T = + 273
Visualiser la pression P de l’air en fonction de la température absolue T.
2.2. Quelle est la grandeur en abscisses ? En ordonnées ?
2.3. Quelle est l’allure de la courbe ? Modéliser par une droite linéaire puis ajuster.
2.4. Quel est le coefficient directeur a de la droite tracée ?
2.5. En déduire l’évolution de P en fonction de T pour une quantité de matière n constante et pour un volume V de gaz constant.
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3. Conclusions
La loi de Mariotte nous indique que le produit P V = constante pour une quantité de matière n = constante et une température T = constante
L’expérience précédente nous indique que P = a T pour une quantité de matière n constante et un volume V = constant
Pour un gaz donné, l’équation appelée équation d’état des gaz parfaits est pour une pression P, un volume V, une quantité de matière n et une température T la suivante :
P V = n R T où R est une constante dite constante des gaz parfaits avec R = 8,31 (unités S.I.) Pour utiliser correctement cette équation, il faut exprimer P en Pa, V en m3, n en mol et T en K.
Si la température est exprimée en °C, il faut la convertir en kelvins (K) par la relation suivante : T(K) = (°C) + 273.
Remarque : comme P, V, n et R sont des grandeurs positives, il en va de même pour la température absolue T.
4. Application : le volume molaire VM d’un gaz
Par définition, le volume molaire VM d’un gaz est le volume occupé par une mole de gaz. Ce volume dépend de la température et de la pression du gaz
4.1. Exprimer V en fonction des autres grandeurs à l’aide de l’équation d’état des gaz parfaits.
4.2. Dans les conditions normales de température et de pression (C.N.T.P.), calculer le volume molaire V0 d’un gaz en L.mol-1. Données : P = 101 325 Pa ; = 0°C ; R = 8,31 S.I.
4.3. Calculer le volume molaire VM d’un gaz en L.mol-1 pour = 25°C et P = 1 bar.
