Nous rappelons ici quelques expériences simples qui vous permettront de présenter les principaux paramètres atmosphériques et leurs variations. Le matériel utilisé ici existe dans tous les laboratoires de physique de lycée. Certaines de ces expériences sont également réalisables au collège avec du matériel plus simple, selon un mode opératoire parfois différent (se reporter au thème "expériences simples de physique"). Agitation moléculaire dans un gaz:Rappelons que l'air est un gaz, et un gaz est constitué de molécules qui s'agitent de manière désordonnée. L'agitation de ces molécules est permanente, et la température du gaz rend compte de cette agitation. Pour simuler cette agitation thermique, on utilise un appareillage comprenant un dispositif mécanique mettant en mouvement plus ou moins rapide des billes de diamètres et de masses différentes. Ces billes représentent les molécules de gaz et leur agitation plus ou moins forte se traduisant par des chocs plus ou moins violents et fréquents sur les parois du récipent permet également d'illustrer la notion de pression d'un gaz. Suivant la puissance appliquée par le dispositif, l'agitation des billes est plus ou moins importante.
Variation de volume et influence de la pression Principe de la manipulation: On étudie le comportement d'un volume d'air réduit (assimilable à une particule d'air atmosphérique) lors des variations de pression. Matériel nécessaire: Un ballon de baudruche; une cloche à vide reliée à une pompe à vide (électromécanique ou à eau); un manomètre. Manipulation: Sous la cloche à vide, on introduit le ballon de baudruche, peu gonflé (environ 1/5 de son volume total possible ; prévoir un lest pour éviter que le ballon ne vienne obstruer la sortie d'air). On réalise alors l'application du vide sous la cloche, de préférence étape par étape, pour visualiser le comportement du ballon (donc du volume d'air enfermé). Résultats: A partir de l'observation du comportement du ballon , on explicitera la relation unissant pression et volume d'une particule d'air.
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Mise en évidence de la pression atmosphérique Principe de la manipulation: En établissant le vide à l'intérieur d'une enceinte confinée, on désire montrer l'existence de la pression atmosphérique. Matériel nécessaire: Une cloche à vide reliée à une pompe à vide (électromécanique ou à eau); cylindre de métal ou d'altuglass sur lequel on tend à l'une des extrémité une membrane souple (caoutchouc ou plastique souple); billes de couleurs à répartir sur la membrane pour mieux visualiser les phénomènes. Manipulations: L'ouverture libre du cylindre est placée au dessus de l'orifice d'aspiration de l'air. On applique alors le vide dans le cylindre et on observe le comportement de la membrane. Visualisation des résultats:
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Relation Pression-Volume: Loi de MariottePrincipe de la manipulation: On désire par une manipulation simple, mettre en évidence la loi de Mariotte: PV=constante. On pourra ensuite aborder plus précisément la loi PV=nRT. Matériel nécessaire: Une pompe à vide; 3 ballons de même volume; 3 robinets à 3 voies et des tubes de verre et un manomètre pour réaliser le montage suivant.
R1, R2 et R3: robinets trois voies , R1 est relié à la pompe à vide. B1, B2 et B3: ballons. M :manomètre.(celui-ci enregistre ici la dépression dans notre montage) Manipulation:
Résultats: Les données enregistrées par le manomètre permettent d'établir la relation entre pression et volume. Une expérience similaire peut être réalisée selon le montage ci-dessous, à l'aide d'une grosse seringue et d'un capteur électronique de pression. La variation de volume doit évidemment être effectuée très progressivement pour éviter toute augmentation excessive de température.
Toutes les photos de cette page ont été réalisées par Sylvie Juan et Bertrand Pajot.
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