Chapitre 2 : Quelques propriétés physiques de l’air…
Volume d’un corps : Place occupée par un corps.
Masse : Grandeur qui caractérise la quantité de matière.
I. Volume de l’air
1) Qu’est-ce qu’un gaz ?
L’état gazeux est un des états possibles de la matière (comme l’état solide ou liquide). L’air est un gaz dans les conditions de notre planète, mais en abaissant la température, on pourrait imaginer obtenir de l’air liquide.
2) Compressibilité de l’air
Situation initiale : Problème de vie ou de mort ! Vous êtes ambulancier du SAMU, appelé à la suite d’un incendie. Vous devez emporter de l’eau et du dioxygène pour réhydrater et appliquer une aide respiratoire aux blessés. De manière à emporter le plus de dioxygène et d’eau possible (c’est un gros incendie), vous aimeriez arriver à réduire le volume de vos bouteilles d’eau et de dioxygène, sans diminuer la quantité d’eau ou de dioxygène à l’intérieur. Est-ce possible ?
Pour commencer, quelques définitions :
On dit qu’une substance est compressible lorsque le volume d’une certaine quantité de cette substance peut diminuer. On dit qu’elle est expansible, lorsqu’il peut augmenter.
On dit qu’une substance est incompressible lorsqu’une certaine quantité de cette substance a un volume propre qui ne peut pas être modifié.
Expérience :
Observations :
Lorsque l’on appuie sur le piston, le volume de l’air dans la seringue diminue.
Lorsque l’on tire sur le piston, le volume de l’air augmente.
Conclusion : Tout comme tous les gaz, l’air est compressible et expansible. Il n’a pas de volume propre.
Finalement, oui, on peut stocker plus de dioxygène dans les bouteilles, en prenant des bouteilles de dioxygène comprimé (ou d’air comprimé). D’ailleurs, appuyer sur le piston, c’est comprimer le dioxygène !
3) Remarque : Incompressibilité de l’eau
On refait la même expérience que pour l’air, mais on la fait cette fois pour l’eau.
Comme tous les liquides, l’eau est incompressible. Elle a un volume propre.
On ne peut pas stocker plus d’eau dans les bouteilles, car on ne peut pas la comprimer.
Plus on comprime l’air, plus il est difficile d’appuyer sur la seringue. Pourquoi ? A cause de la pression de l’air, c’est ce dont on va parler maintenant.
Après avoir poussé sur le piston :
Après avoir tiré sur le piston :
II. Notion de Pression
1) Expérience du verre d’eau Expérience :
Observation : La feuille de papier ne tombe pas lorsqu’on retourne le verre.
Interprétation : L’air sous la feuille applique une force qui compense le poids de l’eau dans le verre.
2) Définition et mesure de la pression
La pression d’un gaz est la force exercée par ce gaz sur une surface.
Son unité est le pascal (Pa).
Exemple : A 20°C, la pression de l’atmosphère est d’environ 101 300 Pa.
La pression se mesure avec un manomètre.
3) Lien entre pression et compression
Dans l’expérience du I, on mesure les pressions dans la seringue avant et après compression et détente : P0 = 100 000 Pa, Pcomp = 150 000 Pa, Pdétente = 70 000 Pa
Lorsqu’on comprime de l’air, sa pression augmente. (C’est pour cela qu’il est plus difficile d’appuyer sur le piston. Plus on appuie sur le piston, plus l’air veut sortir, donc plus il pousse fort et sa pression est importante.) Lorsqu’on détend de l’air, sa pression diminue.
III. Masse de l’air
1) L’air a-t-il une masse ?
Expérience : On pèse un ballon avant et après l’avoir gonflé.
Observation : Lorsqu’on gonfle le ballon, sa masse augmente.
Conclusion : Un volume d’air possède une masse.
Maintenant qu’on sait qu’un volume d’air a une masse, il serait intéressant de connaître cette masse…
2) Quelle est la masse d’1 L d’air ?
Protocole expérimental :
Peser le ballon gonflé. On mesure m1.
Oter 1 L d’air du ballon récupéré dans une bouteille par déplacement d’eau. (Vu en 5ème.) Peser le ballon ainsi dégonflé. On mesure m2.
Schéma et observations :
Interprétation : Masse d’1 L d’air ; = − = 1 g
Conclusion : A 20 °C et une pression de 101300 Pa (conditions usuelles), un litre d’air a une masse d’environ 1 g.
On ne sera pas plus précis que ça parce que notre protocole expérimental présente de nombreuses sources d’imprécision : eau ne contenant pas exactement 1 L d’air, pas exactement à une température connue…
Feuille de papier
Verre d’eau
m1 =283 g m2 = 282 g
