1ère Spécialité Physique Chimie La loi de MARIOTTE
I. Vérification de la loi de MARIOTTE
A l’aide des différents documents, proposer et réaliser un protocole expérimental permettant de vérifier la loi de MARIOTTE.
Document 1 : Énoncé loi de MARIOTTE
Pour une quantité de matière de gaz donnée, à température constante, le produit de la pression P du gaz par le volume V qu’il occupe est constant.
Document 2 : Matériel disponible au laboratoire - Une seringue graduée en volume avec piston à vis.
- Un tuyau souple avec un robinet en T.
- Un pressiomètre Initio©.
- Un ordinateur avec tableur-grapheur.
Document 3 : Pression et volume, unités et conversions
La pression d’un gaz s’exprime en pascal (Pa) dans le système international. On la trouve également exprimée en bar (bar), en atmosphère (atm) ou en millimètre de mercure (mmHg).
1 atm = 1,01325 bar = 1,01325.105 Pa = 760,001 mmHg
Le volume d’un gaz s’exprime en mètre cube (m3) dans le système international. On le trouve également souvent exprimé en litre (L), millilitre (mL) ou encore en centimètre cube (cm3).
1m3 = 1000 L et 1 L = 1000 mL = 1000 cm3
Document 4 : L’air
L’air un mélange de gaz. Il est principalement constitué de diazote et de dioxygène. (80% de N2 et 20% de O2 en volume).
On peut considérer que l’air se comporte comme si c’était un seul gaz.
II. Application de la loi de MARIOTTE à un ballon sonde standard
Un ballon sonde est gonflé avec un volume V = 3 m3 au niveau de la mer. Comment peut-on expliquer qu’il explose à 22 km d’altitude ?
Document 5 : Extrait de Wikipédia
(https://fr.wikipedia.org/wiki/Ballon-sonde).
Les ballons sondes standard sont gonflés en général à l'hélium et emportent des charges importantes en haute altitude. On utilise l’hydrogène dans les postes éloignés, comme dans l'Arctique canadien, car il est facile et peu coûteux à produire par hydrolyse, ce qui évite le transport coûteux d'hélium, mais sa manipulation est plus risquée. Le ballon est gonflé de façon à avoir une vitesse ascensionnelle d'environ 5 m/s. Il est fermé et en composés élastiques (latex, néoprène ou de polyéthylène6) ce qui implique qu'il éclate à des altitudes généralement comprises entre 10 et 35 km. À cause de la pression très faible qui règne à ces altitudes, l'enveloppe se distend jusqu'à la rupture, son diamètre pouvant augmenter de 400 %.
Document 6 : Extrait du site météofrance (http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/observer- le-temps/parametres-observes/pression)
Document 6 : Photo d’un ballon sonde
Document 7 : Données mathématiques
Volume V d’une sphère de rayon R : 𝑉 = 43𝜋𝑅3 Racine cubique : √𝑥3 3 = x
