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Facteur modifiant le volume d'un gaz:
la pression 

But de l'expérience:
 

      • Dans cette expérience, nous découvrirons ce qui arrive au volume d'un gaz lorsqu'on augmente ou diminue la pression.
      • Nous déterminerons la relation mathématique et graphique entre son volume et sa pression.
      • Nous verrons si le comportement sera le même selon la sorte de gaz utilisé.
 
Hypothèse: 
 
Lorsque la pression d'un gaz est grande, son volume est petit et lorsque la pression est petite, son volume est grand .  

Le comportement sera le même selon la sorte de gaz utilisé.

   
Matériel utilisé: 
 
      • 1 seringue de 10 mL bouchée à l'extrémité.
      • 1 support universel.
      • 1 pince à éprouvette.
      • une corde.
      • un ensemble de masse de 0,5 kg à 3 kg.
      • une source de gaz oxygène.
      • une source de gaz CO2.
 
Manipulation: 
 
      • Comme la pression atmosphérique et la surface du piston de la seringue ne varient pas, pour simplifier l'expérience et les calculs, nous ne nous en occuperons pas.
      • Faire le montage tel qu'indiqué par votre professeur.
      • Mette 10 mL d'oxygène, O2, dans la seringue.
      • Suspendre une masse de 0,5 kg et noter le volume du gaz dans la seringue.
      • Recommencer avec de plus grandes masses (1,0 kg et plus).
      • Une fois les résultats compilés, recommencer l'expérience avec le CO2.
 
Compilation des résultats et graphique: 
 
 
 

À noter qu'on indique  toujour "ce que nous cherchons" (ici le volume) sur l'ordonnée, dans un graphique.

 
Interprétation des résultats:
 
Lorsque la pression augmente, le volume diminue. 
La pression d'un gaz est inversement proportionnelle à son volume. 

1 / V 
P = K 1 / V 
PV = K 

Peu importe la sorte de gaz, la relation est toujours la même.  
La nature du gaz n'a pas d'effet sur la relation pression - volume. 

Nous obtenons sur le graphique une courbe de proportion inverse.

 
Conclusion: 
 
 
 

Loi de  Boyle  (1627-1691) et Mariotte (1620-1684):

À température constante, la pression d'un gaz est inversement proportionnelle à son volume.

PV = K 
PV = P1V1
 

Un échantillon de dioxyde de carbone, CO2 (g), est comprimé, à température ambiante, dans un cylindre d'acier muni d'un manomètre. Les données suivantes sont alors recueillies:
 

Lecture Pression (atm)
Volume (mL)
1
1,2
40,0
2
1,4
34,2
3
1,6
30,0
4
1,8
26,6
5
2,0
24,0
 
 


 


Quelques curiosités chimiques...
 
 
Le mal de caissons
 
 

      • En plongée sous-marine, les plongeurs doivent connaître les effets de la variation de la pression selon la profondeur de plongée. Pour chaque mètre de profondeur, il faut ajouter à la pression atmosphérique, la pression de l'eau qui est environ 10 kPa. Donc, à une profondeur de 10 mètres, la pression exercée sur les poumons est de 200 kPa (pression atmosphérique = 100 kPa et pression de l'eau = 100 kPa). Lors de la remontée, les plongeurs doivent respecter des paliers de décompression sinon ils s'exposent à de graves dangers allant jusqu'à la mort. Les gaz dissous dans le sang peuvent se dégager rapidement lors d'une décompression rapide. Ces bulles obstruent les vaisseaux capillaires et arrêtent la circulation.
       
        Un bon film dont j'ai oublié le titre raconte l'histoire de sous-mariniers captifs de leur vaisseau enlisé à plusieurs dizaines de mètres de profondeur. Ceux-ci, pour échapper à une mort certaine (manque d'air), doivent remonter à la surface sans appareils de plongée. Le film nous fait voir les atroces souffrances que vivent les hommes qui doivent remonter aussi rapidement que possible à la surface. Bien sûr, ce n'était que du cinéma mais ça avait l'air de faire bien mal !

        Imaginons un plongeur qui est à 30 mètres de profondeur (pression = 400 kPa). Le manque d'air dans ses bonbonnes l'oblige à remonter à la surface (pression = 100 kPa). Si le volume d'air dans les poumons est de 3,5 litres au fond de l'eau, que devra faire le plongeur ?
         

        • retenir le plus d'air possible dans ses poumons ?
        • expirer lentement en remontant ?
        • garder le moins d'air possible dans ses poumons ?
        Si on considère que le volume d'air résiduel (volume d'air qui reste dans les poumons après une respiration forcée) est de 1,5 litre, que deviendra ce volume une fois le plongeur remonté à la surface ?
         
 
 
Des soldats un peu gonflés
 
 
      • Durant la guerre du Golfe, au cours d'un vol de reconnaissance, la cabine de l'avion qui transportait un groupe de "soldats entraînés en mission de tous genres" s'est soudainement dépressurisée. Ces soldats qui portaient une veste de sécurité gonflable se sont rapidement retrouvés avec un problème... Il faut savoir que plus on monte en altitude, moins la pression est élevée. Les avions volent à une altitude de 10 000 mètres où la pression extérieure est de l'ordre de 35 kPa. Pour assurer le confort des passagers, on pressurise les avions à une pression d'environ 80 kPa.
       
        Revenons à nos soldats. Supposons que leurs flottes de sécurité contiennent 200 mL d'air à la pression normale au sol, soit 100 kPa. Quel serait le volume de l'air dans un avion pressurisé à 80 kPa ?

        Si la pressurisation de l'avion tombait subitement à 40 kPa, quel serait le volume d'air contenu dans les vestes de sécurité ? (On suppose que la température reste constante même si les "marines" ont eu bien chaud!)
         
         

 
Pleins de bulles
 
 
      • Lorsqu'un tunnel sous la Tamise à Londres fut achevé, les politiciens locaux célébrèrent l'événement au centre du tunnel, sous le fleuve. Malheureusement, ils trouvèrent le champagne plat et sans vie. Quand ils remontèrent à la surface, le champagne se mit à pétiller dans leurs estomacs, c'est tout juste si la mousse ne leur sortait pas par les oreilles. On dût ramener d'urgence un dignitaire (qui avait aimé un peu trop le champagne) au fond du tunnel pour que le gaz du champagne se recomprime.
       
      • Qu'est-il arrivé à nos dignitaires ?
       
        Plus on descend au dessous du niveau de la mer, plus la pression extérieure augmente. Dans le tunnel, la pression étant plus élevée, le gaz contenu dans le champagne a moins tendance à s'échapper du liquide (comme une bouteille bouchée). En remontant à la surface, les dignitaires se sont retrouvés à une pression moindre, le gaz carbonique aussi. C'est un peu comme si on débouchait une bouteille de boisson gazeuse: lorsque la bouteille est bouchée, la pression à l'intérieur de celle-ci empêche les bulles de gaz de se former.
         
        • Serait-il prudent de déboucher une bouteille de champagne à bord d'un avion ?
        • Pourquoi ?
         
         
 
Un p'tit coup de pompe
 
 
        • Quel travail que celui de gonfler un ballon de soccer avec une petite pompe à bicyclette. Le volume d'air que peut contenir le piston de la pompe est d'environ 100 mL à une pression de 100 kPa.  Un ballon de soccer contient environ 4 litres d'air mais la pression doit être suffisante pour qu'il rebondisse (150 kPa). Un pneu de bicyclette peut contenir 2,5 litres d'air à une pression de 350 kPa.
         
          Combien de "coups de pompe" seront nécessaires pour gonfler un ballon de soccer ?

          Combien de "coups de pompe" seront nécessaires pour gonfler un pneu de bicyclette ?

          Un petit débrouillard se demande s'il y a assez d'air dans le ballon de soccer pour gonfler le pneu de sa bicyclette ?

          Serait-il mieux de penser à faire le contraire, c'est-à-dire gonfler le ballon de soccer à l'aide de l'air du pneu ?

 
Plan des notes de cours
Module 2
Importance de
l'utilisation des gaz
Effet de la température
sur le volume
Température Kelvin
Effet de la température
sur la pression
Hypothèse d'Avogadro
Identification d'un gaz
Modèle mathématique
Problèmes sur les gaz
Les phases de la matière
Les mouvements
moléculaires



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Page mise à jour : le 7 mars 2005

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