Chapitre III Volume et Masse

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1 Chapitre III Volume et Masse I. Introduction Nous avons vu que la matière était présente sous différents états, qui nous permettent de classifier les éléments en trois familles : solides, liquides et gaz. Intéressons nous maintenant à la quantité de matière présente dans notre environnement. Combien de verres d eau puis-je servir avec une bouteille? Combien de glaçons dois-je faire fondre pour avoir un litre d eau? Afin de quantifier la matière, nous avons besoin de définir la notion de volume et de masse. Ce chapitre nous apprendra à mesurer des masses et des volumes, à construire et utiliser un tableau de conversion. II. Le volume 1. Définition Le volume correspond à la place occupée par la substance quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux). Le volume mesure l espace que prend un corps. Dans le système international d unité, le volume s exprime en mètre cube : m³. On utilise souvent des unités de capacité, le litre : L. A retenir : 1L = 1dm 3 2. Mesure de volume d un liquide Pour mesurer le volume d un liquide, on utilise une éprouvette graduée. Poser l éprouvette à plat sur la table. La surface libre du liquide n est pas plane ; elle forme un ménisque. On détermine correctement le volume en faisant correspondre le bas du ménisque avec la graduation voulue. Pour lire le volume d un liquide, il faut placer l œil au bas du ménisque. Ne pas oublier de noter le résultat avec son unité.

2 Pour effectuer une mesure correcte, il faut toujours commencer par regarder le volume correspondant à l intervalle entre 2 petites graduations. Pour cela, on choisit 2 graduations inscrites sur l éprouvette : 20 ml et 30 ml pour notre exemple ci-contre. Puis, on fait la différence entre ces deux graduations : 30 ml 20 ml = 10 ml On regarde ensuite le nombre d intervalles qu il y a entre ces deux graduations : ici 5 intervalles. On peut alors déterminer la valeur d un intervalle : ici 10 ml 5 = 2 ml. Donc pour l éprouvette ci-contre, chaque intervalle représente 2 ml. Dans cet exemple, quel est le volume du liquide présent dans l éprouvette? V = 26 ml 3. Mesure de volume d un solide Le volume d un solide se mesure par déplacement de liquide ou se calcule à partir d une formule mathématique. Méthode pour mesurer le volume d un solide par déplacement d eau : On met un certain volume d eau dans une éprouvette graduée. On relève alors le volume V1 d eau dans l éprouvette. Ici V1 = 26 ml On met ensuite (délicatement) l objet solide dont on veut connaître le volume dans l éprouvette. Le niveau de l eau monte et on relève alors le volume V2 qu indique l éprouvette. Ici V2 = 32 ml. On peut alors en déduire le volume du solide grâce au calcul suivant : V_solide = V2 V1 = 32 ml 26 ml = 6 ml.

3 Calcul du volume de quelques solides réguliers : Cube Parallélépipède rectangle Cylindre V cube = c x c x c V parallélépipède rectangle = L x l x h V cylindre = π x r x r x h 4. Tableau de volumes volume m 3 dm 3 cm 3 mm 3 capacité 1000 L 100 L 10 L 1 L 0,1 L 0,01 L 0,001 L hl dal L dl cl ml µl III. La masse 1. Définition La masse est liée à la quantité de matière que contient un corps. Dans le système international d unité, la masse s exprime en kilogramme (kg) kg 100 kg 10 kg 1 kg 100 g 10 g 1 g 0.1 g 0.01 g g tonne quintal kilogramme hectogramme décagramme gramme décigramme centigramme milligramme t q kg hg Dag g dg cg mg 2. Conversions On utilise un tableau pour effectuer les conversions. On remplit les cases correspondant aux données, et on complète avec des zéros pour répondre à la question t q kg hg dag g dg cg mg , 0 1 0, , g = 10000mg 1g = 0,01 hg 10mg = 0,001 dag 100kg = 0,1t

4 3. Mesure de la masse d un solide La masse d un corps se mesure à l aide d une balance (électronique, de Roberval, ). La balance électronique Elles affichent directement la masse mesurée. Elles permettent aussi de faire une «tare». La tare permet de remettre l indication de la balance sur zéro pour ne mesurer ensuite que la masse du contenu. La balance de Roberval : Quand le fléau de la balance est vertical, les deux plateaux sont en équilibre : la masse sur le plateau droit est égale à la masse sur le plateau de gauche. On dispose de boîtes de masses marquées qui permettent de réaliser l équilibre. 4. Mesure de la masse d un liquide Expérience : Détermination de la masse d un litre d eau On place une éprouvette graduée sur le plateau de la balance. On appuie sur le bouton TARE : la balance indique alors 0 g. La masse de l éprouvette n est plus prise en compte! On verse alors 250 ml d eau dans l éprouvette. On lit la masse sur la balance : 250 g La masse de 250 ml d eau est de 250 g. Or 1 L = 4 x 250 ml donc : 1L d eau pèse 4 x 250 g = 1000 g = 1 kg Conclusion : La masse d un litre d eau est d environ 1 kg.

5 IV. Volume et masse lors d un changement d état 1. La masse varie-t-elle au cours d un changement d état? Expérience : Conclusion : La masse d une substance ne varie pas lors d un changement d état. 2. Le volume change-t-il au cours d un changement d état? Exemple : Si on place une bouteille remplie d eau et bouchée dans un congélateur, la bouteille se brise. En effet, lorsque l eau se solidifie, le volume qu elle occupe augmente. Conclusion : Le volume d une substance varie lors d un changement d état.

6 QUIZ 1. Lecture de volumes 86mL 435mL 222mL 12mL 23mL 7,3mL 2. Volumes de solides Paul possède quatre billes. Il aimerait savoir quel est le volume d une bille. Il dispose d une éprouvette graduée contenant 100mL d eau. Après avoir ajouté les quatre billes, il trouve un volume de 124 ml. Quel est le volume d une bille? 6mL Pour déterminer le volume d'une pièce de 20 cents, Paul réalise l expérience suivante : Il place 100 ml d'eau dans une éprouvette graduée et place ensuite 10 pièces de monnaie dans l'éprouvette. Le volume qu'il lit ensuite est de 104 ml. En déduire le volume d'une pièce. 0,4mL 3. Conversion de masse & volume 45,9g = mg 52kg = 0,052 t 250g = 25 dag 0,54 q = 54 kg 25 dg = 2,5g 25dm 3 = 25 L 4,2m 3 = 4200 L 52L = 0,052m 3 0,52 hl = 520 dl 250L = 25 hl 4. Masses de liquides On place une éprouvette graduée sur une balance électronique et on appuie sur TARE. On verse alors exactement 100 ml d huile dans l éprouvette et la balance indique une masse de 90 g. En déduire la masse de 1 ml d huile. 0,9 g