Chapitre 3 : pression dans les gaz – pression atmosphérique I. Date : Pression dans les gaz Interprétation cinétique de l’existence de la pression exercée par les gaz: Dans un gaz, les molécules se déplacent à grande vitesse à travers tout le récipient. Les molécules viennent donc frapper les parois et y rebondissent. Les parois sont donc soumises à un ensemble de forces :les forces pressantes. Si l’on considère un élément de paroi soumis à cette force pressante, on peut donc calculer la pression du gaz Fpressante p= S Facteurs influençant la valeur de la pression exercée par un gaz. II. Si la température augmente, la vitesse moyenne des molécules augmente, les chocs sont donc « plus forts », la pression augmente. Si le volume du récipient est diminué, le parcours entre 2 chocs successifs est plus court, le nombre de chocs par seconde est plus élevé et la pression augmente. Pression atmosphérique Rappel : La Terre est entourée d’une couche d’air qui est un mélange de gaz. Cette couche d’air constitue l’atmosphère. Tout comme les liquides, l’atmosphère qui nous entoure exerce des forces pressantes sur nous ainsi qui sur les faces de tous les objets. 1. Expérience historique des hémisphères de Magdebourg Lycée E. Jacqmain - Vanden Abeele - Physique 3° / Séquence 2 : la pression L'expérience des hémisphères de Magdebourg. Deux hémisphères a et b peuvent s'appliquer étroitement l'un contre l'autre pour constituer une cavité sphérique hermétiquement close lorsque le robinet, R, est fermé. Après avoir fait le vide à l'intérieur de cette cavité, on ne peut séparer les hémisphères qu'en appliquant en M et N des forces capables de vaincre les forces pressantes atmosphériques et dont l'intensité est d'autant plus grande que la surface de base des hémisphères est plus grande. Quand cette expérience fut réalisée pour la première fois par Otto de Guericke, le maire de Magdebourg (Allemagne) en 1654, avec des hémisphères de grand diamètre, il fallut la force de huit chevaux, tirant de part et d'autre, pour les séparer. 2013-2014 12 2. Mise en évidence de la pression atmosphérique : 1. Expérience du verre d’eau du carton : Observation : Le carton ne tombe pas Explication : peau < patm F p air > F p eau + Pcarton eau carton ⃗⃗⃗ Observation : le carton tient toujours Explication : la patm s’exerce dans toutes les directions. 2. Expérience de la bouteille que l’on vide de l’air qu’elle contient : Expérience : Vidons une bouteille en plastique de l’air qu’elle contient. Observation : Tant que l’on aspire, la bouteille se déforme ; elle s’écrase sur elle-même. Lorsqu’on arrête d’aspirer, la bouteille reste déformée mais aucun mouvement ne s’opère. Explication : 1. Lors de l’aspiration, la pression interne diminue et devient donc plus petite que la pression (atmosphérique) à l’extérieur de la bouteille. La bouteille subit donc une force pressante plus importante sur la paroi extérieure (vers l’intérieur) que sur la paroi intérieure (vers l’extérieur). la paroi se déplace vers l’intérieur. 2. Dans le même temps, le volume intérieur de la bouteille diminue et la pression interne va donc augmenter. Lycée E. Jacqmain - Vanden Abeele - Physique 3° / 2013-2014 13 Séquence 2 : la pression Conclusion : La pint est donc = patm ext pendant l’écrasement de la bouteille. 1. Mesure de la pression atmosphérique : Expérience de Torricelli : Remplissons de mercure un tube d’environ 1 m longueur. Bouchons le tube avec le doigt et renversons-le dans une cuve contenant du mercure. Observation : Le mercure descend et se stabilise à une hauteur d’environ 760 mm. Conclusion : C’est l’atmosphère qui exerce sur la surface libre du liquide de la cuve une force pressante qui équilibre le poids de la colonne de mercure contenu dans le tube. Calcul : La pression atmosphérique est égale à la pression exercée par cette colonne de mercure de 76 cm de hauteur. Hg 13600 kg m³ patm= 13600 . 9,81 . 0,76 = 101396,16 Pa Remarques : Observation : l’atmosphère (atm ) : 1 atm = pression atmosphérique normale le mm de mercure : 1 atm = 76 cm ou 760 mm de mercure le millibar (mb) / bar : 1 mb = 1 hPa 1 atm = 1013 mb Lycée E. Jacqmain - Vanden Abeele - Physique 3° / 2013-2014 14 Unités de mesure : Séquence 2 : la pression Quelle que soit l’inclinaison ou la forme du tube, la hauteur est la même.