1/ Liquides et gaz à l’échelle microscopique. A/ Les molécules ont des mouvements désordonnés.

Chapitre 3 : Pression, plongée et sport en altitude Objectifs :

 Savoir que dans les liquides et dans les gaz la matière est constituée de molécules en mouvement.

 Utiliser la relation P =F

S , F étant la force pressante exercée sur une surface S, perpendiculairement à cette surface.

 Savoir que la différence de pression entre deux points d’un liquide dépend de la différence de profondeur.

 Savoir que la quantité maximale de gaz dissous dans un volume donné de liquide augmente avec la pression.

 Savoir que, à pression et température données, un nombre donné de molécules occupe un volume indépendant de la nature du gaz.

 Pratiquer une démarche expérimentale pour établir un modèle à partir d’une série de mesures.

Prérequis :

Il existe 3 états de la matière :

 L’état solide : Etat compact et très condensé des molécules : les molécules sont très rapprochées et très liées entre elles (quasi immobilité des molécules).

 L’état liquide : Etat condensé des molécules en mouvement désordonné et lent. Les molécules sont assez proches et un peu liées entre elles.

 L’état gazeux : Etat non condensé, molécules dispersées, non liées entre elles, en mouvement désordonné et rapide, séparées par une grande distance vide de matière.

 L’air qui nous entoure est un gaz, qui est à la fois COMPRESSIBLE et EXPANSIBLE.

1/ Liquides et gaz à l’échelle microscopique.

A/ Les molécules ont des mouvements désordonnés.

Expérience : De la fumée est observée dans la lumière d’un vidéoprojecteur. Un colorant alimentaire ou du vinaigre balsamique est introduit dans un liquide.

Conclusion : Les molécules de l’air et du liquide ont des mouvements ………... On dit qu’il s’agit d’un mouvement ……….. Ce mouvement aléatoire de la poussière dans le gaz ou dans un liquide est appelé ……….

B/ Les gaz sont miscibles.

Expérience et observation : Prenons 2 flacons. On remplit le 1^er avec un gaz coloré, le dioxyde d’azote (NO₂), de couleur rouge orangée (toxique). Le 2^ème flacon est rempli avec de l’air.On joint les 2 flacons entre eux en ôtant les bouchons.

Conclusion : 2 gaz sont ……… Certains liquides le sont, mais pas TOUS !

2/ Les forces pressantes

A/ Chocs sur une paroi

Les molécules du gaz exercent des chocs sur la paroi du récipient qui les contient. A l’échelle macroscopique, ces chocs se manifestent par une ……….., appliquée par le gaz sur la paroi.C’est la même chose pour les liquides : l’eau d’un barrage exerce une force pressante sur celui-ci.

B/ Mise en évidence des forces pressantes dans un gaz

Expérience sous cloche à vide : On dispose d’une cloche à vide dans laquelle on place un ballon de

baudruche préalablement fermé. On fait le vide partiel à l’intérieur de la cloche à l’aide d’une pompe. Le ballon se ……… progressivement plus on pompe l’air. Puis, on réintroduit de l’air sous la cloche.

Le ballon se dégonfle de nouveau et revient à son état initial.

Explication : Lorsqu’on pompe l’air à l’extérieur du ballon, la force pressante est plus ……… à l’intérieur du ballon et le ballon gonfle. En réintroduisant de l’air, le ballon se dégonfle car la force pressante à l’extérieur ………..

C/ Orientation et direction des forces pressantes.

Expérience : Une bouteille d'eau remplie d’air est trouée à sa base et plongée dans un récipient rempli d’eau.

On fait la même expérience avec une bouteille remplie d’eau.

Observations:Les bulles d’air et l’eau liquide sortent……….. à la surface de la bouteille.

Interprétation: Les forces pressantes sont donc dirigées ………. à la surface.

D/ Relation entre forces pressantes et pression Un alpiniste porte souvent des raquettes pour marcher sur de la neige fraiche.

Questions:

 Les traces laissées sur la neige sont-elles plus profondes avec des chaussures (surface petite) ou des raquettes (surface grande)?

 Les traces sont-elles plus profondes si l’alpiniste est lourd ou léger?

 Bilan: Choisir parmi les bonnes formules:

P = F x S P= F

S P= S F Expression:

E/ Unités et instrument de mesure de la pression Dans cette expression :

 La pression est exprimée en ………, symbole ……...

 La force pressante F est exprimée en ……….…. symbole ……..

 La surface S est exprimée en ……….

Air dans un pneu de VTT 2,5 bars

Air dans un pneu auto 3,5 bars

Pression atmosphérique à 2000 m 750 hPa

Gaz dans une lampe à incandescence éteinte 100 hPa

Tube cathodique de télévision 10^-5 hPa

Les autres unités usuelles sont :

Le bar : 1 bar = 10⁵ Pa ; Une pression de 1 bar correspond à une force de 1 Kg s'exerçant sur une surface de 1 cm².

L’atmosphère : 1 atm = 1.013 bar = 1.013 x 10⁵ Pa Le millimètre de Mercure : 750 mm Hg = 1 bar Le PSI : 1 livre par pouce carré = 703,06958 kg.m^-2

Pression atmosphérique

La pression de l’air qui nous entoure est appelée pression atmosphérique.

La pression atmosphérique, maximale à 0 m d’altitude (niveau de la mer) diminue avec l’altitude. Au niveau de la mer, la pression moyenne mesurée est :

Patm = ………Pa = ………..hPa = ………. atm

Instruments de mesures

 Le manomètre est l’instrument de mesure de la pression des gaz, mais aussi des liquides.

 Les capteurs de pression sont des dispositifs qui permettent de mesurer la pression d’un gaz en fournissant un signal qui dépend de la valeur de la pression.

Exercice 1 : Dans une salle de chimie, la pression de l’air est de 1 bar car il fait mauvais temps.

a) Calculer la pression à l’intérieur de la salle en Pa et en hPa.

b) Une porte permet l’accès à l’extérieur. Calculer la force pressante exercée sur la porte.

(Dimensions : 1m x 2m)

c) Quel serait la masse d’un solide dont le poids P serait égal à la valeur de la force pressante. (P = m x g, avec g = 10 N.kg^-1

Exercice 2 : On comprime le gaz contenu dans une seringue en exerçant une force sur le piston. La pression est alors de 2 bars.

a) Exprimer la pression du gaz en Pascal.

b) La surface du piston est de 20 cm². Quel est le sens, la direction et la valeur de la force pressante exercée par le gaz sur le piston.

c) La pression atmosphérique est de 1 bar. Quels sont le sens, la direction et la valeur de la force exercée par l’air extérieur sur la surface du piston.

d) En déduire la valeur, la direction et le sens de la force résultante de pression (addition des deux forces).

e) Préciser une méthode pour mesurer la pression à l’intérieur de la seringue.

3/ Plongée et pression

A/ activité

Cf. activité : pression et plongée

B/ Bilan : relation pression-profondeur et dissolution des gaz dans le sang

En plongée, nous sommes soumis à deux pressions additionnelles :

 La pression ……….. ou ……….Prel due à l’eau et qui dépend de la ………. : Elle augmente de …….bar tous les ……. m.

Son expression est P_rel =

 La pression ………P_a, due à l’air en surface qui appuie à la surface de l’eau.

Exemple : marées barométriques.

La pression absolue P_abs est donc la somme de ces deux pressions :

P

=

- La quantité maximale de gaz dissout dans un liquide ………. quand la pression

………. et quand la température ………

- La concentration maximale de gaz dissout est appelée ……….Quand cette quantité maximale est atteinte, la solution est ………

- Lors d’un remontée, il faut respecter des ………..pour que les bulles ne fassent pas éclater les tissus (veines, tympans, poumons…).

C/ Loi de Boyle-Mariotte

Enoncé de la loi :

D/ Loi d’Avogadro-Ampère

4/ Pression et sport en altitude.

La pression ……… avec l’altitude.

Par exemple, dans la plus haute ville du monde, Potosie (Bolivie, 4090 m) il règne en permanence une pression atmosphérique de ………hPa.

De nombreux sportifs se rendent en altitude pour augmenter leur taux de globules rouges dans le sang : en effet, la respiration n’amène pas suffisamment de dioxygène au corps. L’homme produit donc en grande quantité des porteurs d’oxygène.

Le mal des montagnes :

C’est un syndrome de souffrance, lié à une montée trop rapide en haute-altitude. Ses symptômes sont des nausées et des maux de tête violents.

B/ Bilan : ce qu’il faut savoir.

La pression ………. quand l’altitude augmente car le « poids de la colonne d’air au dessus de la tête