Académie d'Aix-Marseille Pédagogie
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COMPRESSIBILITE DES GAZ

Martial Aude Jean-Claude Desarnaud

Programme

III- L'air qui nous entoure

Contenus

2. Lien entre agitation thermique et température : équation des gaz parfaits.

Compétences exigibles

……

Savoir que l'équation d'état PV = nRT définit le modèle de comportement du gaz parfait.

Exemples d'activités

Mises en œuvres de situations expérimentales simples permettant l'identification et la mesure des grandeurs macroscopiques décrivant l'état d'un gaz : mise en évidence de l'influence des paramètres V, n, T sur la pression d'un gaz.

Etude quantitative du comportement d'une quantité donnée de gaz à température constante : loi de Mariotte.


I - Loi de Mariotte

Objectif

Etudier le comportement d'une quantité de matière donnée d'un gaz (on prendra en fait un mélange de gaz : l'air) lorsqu'on le comprime lentement afin de maintenir sa température constante.

Expérience

  • Matériel
 

L'expérience utilise une seringue de 50 mL reliée par un petit tuyau semi-rigide à un capteur de pression.

Cette seringue est maintenue par une pince à quatre doigts qui commendera l'avancement du piston : le repérage des volumes est ainsi facilité, la main n'est pas en contact avec la seringue.

On utilise le capteur de pression de la Maison des Enseignants de Provence : le MPX 2200 AP de MOTOROLA.

Le capteur de pression est soit connecté à un voltmètre, soit directement connecté à l'ordinateur via une interface. Un logiciel d'acquisition généraliste quelconque auquel on aura fourni les paramètres du capteur, pilote l'acquisition.

seringue.jpg (74829 octets)
  • Mise en œuvre du capteur

On utilise un capteur de pression intégré (mfx 2200 AP de MOTOROLA ) qui délivre une tension proportionnelle à la pression mesurée. La tension disponible est de 20 mV pour 1000 hPa . Ce capteur est livré monté sur une platine qui comporte un étage amplificateur : convenablement réglée, la platine alimentée en +15 V, -15V, délivre une tension de 1,235 V pour 1000 hPa.

  • Alimenter la platine en +15 V, -15 V.
  • Mesurer la pression atmosphérique dans la classe à l’aide d’un baromètre :

760 mm de Hg ® 1013 hPa

  • Agir sur la petite vis de réglage de la platine de telle sorte que la tension de sortie corresponde à la valeur attendue.

Exemple : P = 765 mm Hg ® P = 1013*765/760 = 1019,7 hPa

Us = 1,235 * 1019,7 / 1000 = 1,259 V

La platine est prête à fonctionner

  • Connecter la platine à la voie 1 de l’interface ou à un voltmètre
  • Régler le piston de la seringue sur la graduation 50 mL afin que cela corresponde au volume d’air emprisonné. Celui contenu dans le petit tuyau peut être calculé : exemple, 1 mL).
  • Introduire l’embout de la seringue dans le petit tuyau solidaire du capteur de pression.
  • Mesures

Si on utilise un voltmètre, on relève les différentes valeurs des tensions de sortie pour différents volumes. On calcule la pression à l'aide d'un tableur et on effectue les représentations graphiques souhaitées.

tableau.jpg (32089 octets)

Si on utilise l'ordinateur, les mesures et les représentations graphiques sont effectuées en direct : la manipulation est totalement assistée.

On constatera sur les courbes un écart au gaz parfait. On peut se demander parallèlement si, la compressibilité est-elle bien isotherme, la seringue bien étanche ?

- avec EXCEL - acquisition automatique avec SYNCHRONIE

avec EXCEL

acquisition automatique avec SYNCHRONIE

Excel1.jpg (13816 octets) Synchro1.jpg (18026 octets)
Excel2.jpg (15827 octets) Synchro2.jpg (18621 octets)


II - Compressibilité isochore

Objectif

Etudier le comportement d'une quantité de matière donnée d'un gaz (on prendra en fait un mélange de gaz : l'air) lorsqu'on le chauffe à volume constant.

Expérience

  • Matériel
 

On utilise un bain-marie et un agitateur magnétique chauffant. Un ballon de 250 ml contenant de l'air est fermé par un bouchon à deux trous. Ce dernier laisse passer le capteur de température et un tube connecté au capteur de pression.

La manipulation est totalement assistée par ordinateur. Les capteurs de pression et de température utilisés précédemment transmettent les mesures au logiciel (SYNCHRONIE) qui assure la représentation graphique.

On déclenchera les mesures en régime permanent c'est à dire quelques minutes après avoir déclenché le chauffage.

bain_marie.jpg (117499 octets)
  • Mesures

Synchro3.jpg (25003 octets)

Là aussi, on constate un écart au gaz parfait. On pourra se demander si le dispositif est bien étanche, si la température du gaz est bien homogène ?