Chapitre 2 De l air à la molécule

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1 Chapitre 2 De l air à la molécule OBJECTIFS Mettre en évidence le caractère compressible d un gaz Distinguer les notions de masse et de volume et retenir les unités Retenir la valeur de la masse de un litre d air Interpréter avec un modèle la compressibilité de l air Interpréter avec un modèle la non-compressibilité de l eau Introduction : vidéo baromètre I/ Expérience 1 : L air est-il compressible? 1

2 Blaise Pascal, né le 19 juin 1623 à Clermont- Ferrand en Auvergne et mort le 19 août 1662 à Paris, est un mathématicien, physicien, inventeur, philosophe, moraliste et théologien français. 1) Que mesure-t-on avec un manomètre? Quelle est l'unité de pression? Les tout premiers travaux de Pascal concernent les sciences naturelles et appliquées. Il contribue de manière importante à l étude des fluides. Il a clarifié les concepts de pression et de vide, en étendant le travail de Torricelli. Pascal a écrit des textes importants sur la méthode scientifique. Après trois ans de développement et 50 prototypes, il invente la machine à calculer en Dénommée la Pascaline, il en construira une vingtaine d'exemplaires On mesure une pression à l aide d un manomètre. L unité de pression est le Pascal. 1hPa=100 Pa hpa se lit hecto Pascal 2) Lorsque le piston de la seringue est au repos, quel est le volume d'air emprisonné dans la seringue? Quelle pression mesure-t-on? Quelle valeur de pression lit-on? 3) Lorsque l'on appuie sur le piston de la seringue ou lorsqu'on le tire, quelle est la valeur du volume d'air à la fin de ces opérations? Comment varie le volume de 1'air pendant ces opérations? 4) Lorsque l'on manœuvre le piston de la seringue, comment varie la pression? Quelle est la valeur de la pression de l'air à la fin de ces opérations? 5) Quelle propriété des gaz peut-on en déduire? Comment sont liés le volume et la pression d'une masse donnée de gaz? Un gaz est compressible car on peut diminuer son volume ce qui augmente sa pression. Inversement un gaz est expansible : son volume augmente et sa pression diminue. La pression d un gaz est mesurée avec un manomètre (ou baromètre ou pressiomètre). L unité légale de pression est le pascal (Pa) On trouve aussi le bar 1 bar=10 5 Pa = Pa= hpa L atmosphère normale 1 atm= Pa. (Le psi, de l'anglais pound per square inch (livre par pouce carré) 1 psi=6 894 Pa) 2

3 II/ Experience 2 : L eau est-elle compressible? 1) Quel est le volume d'eau, en ml, enfermé dans la seringue? (A) 2) Lorsque l'on appuie fortement sur le piston, que constate-t-on au niveau du doigt qui maintient l'embout fermé? (B) 3) Le volume de l'eau varie-t-il lorsque l'on appuie sur le piston? (B) 4) L'eau est-elle compressible? 5) La matière eau est-elle semblable à la matière air? L eau est pratiquement incompressible. C est le cas de tous les liquides 3

4 III/ Activité : modèle de l air et de l eau 1) Comment est modélisé l'air contenu dans la seringue? (A et B) L air est modélisé par des carrés rouges ayant beaucoup d espace entre eux. Les particules bougent beaucoup 2) Que se produit-il pour les grains de matière lorsque l'air est comprimé? (B) Les grains de matières se rapprochent les uns des autres. Il y a peu d espaces entre eux. Ils bougent moins facilement. 3) Comment est modélisée l'eau contenue dans la seringue? (C) L eau est modélisé par des triangles bleus ayant peut espaces entre eux. Les particules bougent peu. 4) Que se produit-il lorsque l'eau est comprimée? (D) Il ne se passe rien car les triangles sont trop proches pour pouvoir encore se rapprocher. 5) Quelles différences constate-t-on entre le modèle de l'air et le modèle de l'eau? Dans le modèle de l air il y a beaucoup d espaces entre les grains de matière, dans celui de l eau peu. Dans le modèle de l air les grains bougent beaucoup dans celui de l eau moins. 6) Ces modèles sont-ils suffisants pour expliquer la compressibilité d'un gaz et la non-compressibilité d'un liquide? oui ces modèles sont suffisant. 7) Imagine et dessine un modèle pour représenter des l eau sous forme de glace une seringue. La matière est formée de petits grains de matière : les molécules Dans un gaz, les molécules sont en mouvement, et dispersés et séparés par du vide. On peut les rapprocher : un gaz est compressible Dans un liquide, les molécules sont en contact et en mouvement. On ne peut pratiquement pas les rapprocher : un liquide est incompressible. Dans un gaz, la pression est le résultat des nombreux chocs des molécules entre eux et contre les parois du récipient. 4

5 IV/ Expérience : Mesure de la masse volumique de l air On recueille 3L d air du ballon grâce à une bouteille de volume 1,5L et d une aiguille reliée à un tuyau 1) Quelle est la masse du ballon avant l'extraction d'air? (A) 2) Quelle est la technique utilisée pour recueillir l'air (B)? Expliquer. 3) Quelle est la masse du ballon après avoir rempli d'air la bouteille? (C) 4) Quel est le volume de l'air recueilli dans la bouteille? Cet air est-il comprimé? 5) Le volume du ballon n'a pratiquement pas varié. Qu'est-ce qui a changé à l'intérieur du ballon? Comment le vérifier? 6) Déduire des mesures précédentes la masse de 1 L d'air sous la pression atmosphérique. La masse de 1L d air est de 1,3g dans les conditions normales de température et de pression. 5