Les états de la matière

L’état solide
Les interactions sont intenses entre les particules (atomes ou molécules) ce qui donne un maintient fort à ces
molécules.
L’état solide est un état compact il y a peu de place entre les particules (état condensée) et la structure est ordonnée
sur une grande distance.
Chaque particule oscille atour de sa position d’origine.
Les solides sont généralement agencés sous forme de cristaux, mais aussi sous une forme désordonnées comme dans
les verres, ou lors d’un état amorphe.
Il peu y avoir un ordre à longue distance mais pas à courte distance.
Les particules sont fixée à une particule de façon à qu’elle soit le plus fixe possible, et il serra difficile de la déformer.
Chacune des particules coincés dans l'édifice qui peut être mobile, elle pourront bouger, mais elle ne pourront pas
migrer à l'intérieur du solide.
L’état liquide :
Les interactions sont faibles entre les particules qui restent en contact de façon éphémère (il suffira de déplacer
mécaniquement certaine de ces particules pour casser ces interactions) ou l’agitation thermique permettra de casser ces
liaisons.
Etat condensé (peu de place entre les particules) à peut près autant que l’état solide.
En général, la structure est désordonnée à grande distance (localement il peut y avoir un ordre) (migration rendu
possible par les interaction faibles).
Ex : les molécules d’eau peuvent s’ordonner de façon préférentielle.
Des liquides peuvent présenter parfois un ordre à longue distance, sans pour autant obtenir un état quasi-solide, cet
ordre à longue distance est caractéristique des cristaux liquides lorsqu’ils sont laissé au repos. On note la présence
d’une direction privilégiée.
Les particules glissent et roulent les unes sur les autres même si elles sont collés les unes aux autres.
Une particules à un instant donné va modifier sa position, suivant un trajet aléatoire.
L’état gazeux
Les interactions entre les particules sont quasi-inexistante (quasi car exception des gaz parfait)
C’est un état dispersée (les particules ne sont pas en contact les une avec les autres, un gaz c’est surtout du vide).
La structure est complètement désordonnée (par absence d'interaction)
Les particules se déplacement dans le vide, en ligne droite, jusqu'à ce qu'elle rencontre une parois ou une autre
particule.
Qu’observe t-on macroscopiquement ?
Solide :
•Peu compressible (comme l’état solide est compact, il est difficile de le compacter encore plus, on le peut mais c’est
très difficile)
•donc forme constante (souvent poly-cristallin)
•(masse volumique quasi-constante)
Liquide :
•Peu compressible (car il est compact, quasi-autant, que l’état solide)
•La masse volumique ne change pas de pas (quasi-constante)
Gaz :
•Compressible ou extensible (a volonté, car c’est du vide, des particules qui se déplacent librement dans le vide.
•(Masse volumique variable tel quel PV = nRT)
Les liquides et les gaz sont sans forme propres, ils s’écoulent et épousent la forme du récipient ce sont donc des fluides.
Dans toute cette partie consacrée à la statique des fluides, on considère des fluides à l’équilibre, statique du moins à
l’échelle macroscopique.
Les états de la matière

La pression :
Comment les fluides vont s’organiser sous une contrainte de pression ?
Un fluide peut exercer des force sur une solide (les chocs des particules d’un gaz ou d’un liquide sur les parois
augmentent la pression)(pour les liquides il y aussi des contraintes internes)
Si on met un liquide dans un récipient on remarque qu’un liquide émets des forces sur les parois du récipient de façon
perpendiculaire à cette parois.
F augmente proportionnellement à S (surface que l’on considère)
F = PxS
P est la pression, en N.m2 ou Pa (Pascal)
La pression en un point du fluide est la même dans toutes les directions (il ne faut pas s’imaginer qu’en orientant la
surface cela changera quelque chose).
La résultante des forces de pressions qui s’appliquent sur un petit volume de fluide est nulle (sur un espace
temps très brefs).
La force sera toujours dirigée vers l'extérieur du récipient.
Une fluide exerces une force sur les parois mais aussi sur tous solide présent dans le liquide (caillou dans l’eau), force
qui sera dirigée vers l’extérieur vu du liquide de façon perpendiculaire, donc vers l'intérieur du caillou et toujours
proportionnelle.
Pour mesurer une pression on peut utiliser un petit éléments de mesures (éléments de surface), et pour trouver la
pression on au juste à la diviser par la surface.
Théorème fondamentale de l’hydrostatique
Un liquide au repos soumis à la pesanteur, correspond à l’hydrostatique.
On considère un petit volume de liquide inclus dans un liquide (forme d’un rectangle), le liquide inclus dans l’eau subit
des forces dirigées vers l’intérieur.
Il y a des forces qui s’exerces sur toutes les faces, et la résultante des forces sera nul.
Une force qui existe sur la face avant et sur la face arrière vont s’équilibrer.
En ce qui concerne les forces qui s’exerce sur les face supérieur et inférieur on note un privilège, car ce liquide est
soumis à la pesanteur (on a donc un poids) : P = mg
Poids dirigée vers le bas, cependant le liquide est à l’équilibre (macroscopiquement), par conséquent la résultante est
nul.
Les forces :
FA (force supérieur)
La masse : c’est sa masse volume : donc p.g.h.s
Le module des forces est égale au module est égale à : p.g.h
Comme la masse volumique est non nul et h et non nul, cela signifie que les pressions sont non nul.
La pression au sein d’un liquide varie, mais varie verticalement.

Conséquence :
Dans le cas de plusieurs récipients de forme différentes, d’après le théorème
d’hydrostatique, la pression au fond du récipient est la même.
Principe de Pascal : Toute augmentation de pression se transmet intégralement dans un fluide. (Si on augmente la
pression à la surface d’un récipient, en n’importe quel point du récipient, la pression à la surface du liquide + p.g.h
La surface de séparation deux fluides non miscibles est horizontale. (applicable au liquide mais pas extrapolations
applicables aussi aux gaz).
Applications :
Presse hydraulique :
On considère 2 pistons, un qui coulisse à l'intérieur du tube avec une section S1 et un second avec un pistons de
sections S2 qui coulisse aussi mais S2 > S1.
Une fois que le système est à l’équilibre et les deux pistons sur la même horizontale on peut établir un certain nombre
d’observation.
La force F2 soit être supérieure à F1 pour maintenir l’équilibre.
Si les différence de section sont très différente, alors F1 très petit
pour maintenir F2, ce qui permet de créer des leviers.
Vase communicants :
Utilisation d’un tube en U, on positionne 2 liquides, 1 et 2, et après
stabilisation on remarque à l’équilibre un certain nombre de
points :
On peut mesurer des masses volumiques.
Le manomètre à liquide :
C’est une dispositif qui permet de mesurer directement une pression.
On désirer mesure la pression dans un récipient, on met le récipient en question
dans un tube en U, et on ajoute une liquide que l’on connait (souvent du mercure
Hg).
Si la pression dans le ballon est égale à la pression atmosphérique on devrait être
au même niveau, ce qui n’est pas le cas. On note petit H la différence entre la
dénivellation, et on reprend le principe fondamentale de l’hydrostatique.
Dans ce type de manomètre les pressions sont exprimées en mm de mercure (ou
torr).
1mmHg = 133 Pa.
La pression manométrique c’est l’excédent de pression atmosphérique, on peut
calculer alors la pression en P en connaissant la pression atmosphérique et les masses volumiques.

Mesure de la pression atmosphérique :
La pression atmosphérique se calcule grâce à un baromètre de torricelli.
On utilise un grande tube en verre et une tube fermé à un coté, et on remplis de grand tube de mercure, puis en retourne
le le tube dans le récipient remplis de mercure.
Et on remarque que le mercure descend et se stabilise à une hauteur h.
Au niveau de la mer la pression atmosphérique est de 760 mmHg.
Soit 10^5 Pascal qui correspond au bar ou 1 atmosphère.
Attention :
Strictement ∆P = ρ.g.h ne s'applique pas aux gaz car ρ dépend de la pression car ils sont compressible.
La pression atmosphérique décroît à peu près exponentiellement avec l’altitude.
A 5500 mère la pression est divisée par 2.
A 18000 mètre la pression est de 10%
Dans le baromètre de torriceli, le mercure va s’arrêter à 76cm.
Quand on pompe l’eau on ne peut pas dépasser 10,3 mètre en hauteur.
La pression sous l’eau.
La pression en profondeur dépend de la hauteur de la plongée.
La pression atteint 2 fois la pression atmosphérique au bout de 10 mètre 30.
Lorsqu’on descende 10 mètre on rajoute une pression de 1 atmosphère.
La quantité d’air varie à l’inverse de la pression.
La toxicité des gaz augmente avec la pression, c’est pour ça qu’il faut prévoir des mélanges gazeux suivant la
profondeur de plongée.
Dans une perfusion :
La pression manométrique de la perfusion (ρ.gρh) doit excéder celle de la veine (2.10^3Pa), il faudrait
rajouter la pression atmosphérique pour avoir la vrai pression.
La poche doit être à 20cm au moins au dessus de la veine.
La poussée d’archimède :
Solide immergé
La résultante des forces appliquées au solide appelée «poussée d’archimède» a pour module ρ.g.h.S = ρ.g.V
Il s’exerce sur le solide une fore plus importante vers le haut que vers le bas.
veine

Théorème d’archimède :
Tout corps immergé dans un fluide subit de la part de celui ci une poussée verticale dirigée vers le haut dont l'intensité
est égale au poids du fluide déplacé.
Applications :
Mesure de la masse volumique d’un liquide
Hydromètre ou densimètre.
Le flotteur lesté s’enfonce dans le liquide jusqu’à ce que sont poids soit compensé par la poussé d’archimède.
L'instrument est directement graduée en masse volumique (ou en densité)
Alcoomètre ou alcoolmètre ou pèse-alcool.
Pèse sirop (densité d’alcool, de sucre etc ...)
Mesure de la masse volumique d’un solide:
A l’air libre : Le dynamomètre mesure le poids du solide soit m.g
En immersion : Le dynamomètre mesure le poids apparents du solide (le poids qu’on mesure une fois immerger)
En immersion le poids du solide, c’est sont poids réel moins la poussé d’archimède.
La poussée d’archimède c’est le poids qu’a le volume d’eau déplacé.
On prend un solide on le pèse, on le trempe dans
l’eau et on regarde la masse d’eau qu’il déplace ce
qui nous permet de mesurer sa masse volumique.
Il existe des phénomènes ou le modèle est incomplet
(la surface libre d’un liquide doit être plate et
horizontale, de même que la surface entre 2 liquides
miscibles) : Si on regarde les parois de contact entre
l’eau et le verre, on remarque un ménisque, qui aura
une incurvation différente si on utilise un ménisque.
On met de l’eau dans un verre, en essayant de le
remplir, une fois qu’on rajoute au maximum, on
remarque un ménisque convexe légèrement au
dessus de la limite du verre.
On remplis un verre, on positionne une éponge et l’eau monte par capillarité.
Pourquoi une goutte prend la forme d’un sphère ?
La Tension superficielle
Interface entre 2 liquides non miscibles (interfacial)
Mouillage : comment un liquide se comporte lorsqu’on l’applique sur un solide.
Mise en évidence :