Volume – Masse de l’air – Cours – 4ème – Physique – Chimie – Collège

Volume – Masse de l’air– Cours – 4ème – Physique – Chimie – Collège

  • L’air possède-t-il un volume propre ?
  • Comment varie la pression quand le volume de l’air varie ?
  • Quelle est la masse d’un litre d’air ?
  • Ø Méthode : mesurer une pression

I. L’air possède une masse :

Expérience : On mesure la masse d’un ballon, après on gonfle le ballon et on fait une autre mesure du ballon après l’avoir gonflé.

Observations et interprétations : Si l’on gonfle un ballon de foot ou de basket avec une pompe on se rencontre que sa masse augmente:
l’air introduit est responsable de cette augmentation de masse et la différence de masse correspond à la masse d’air ajoutée dans le ballon en pompant.

Conclusion : L’air, ainsi que tous les autres gaz, possèdent une masse.

II. Relation entre pression et volume :

  1. 1.    La compression :

Expérimentation : On peut par exemple réaliser une compression avec une seringue bouchée dont l’air ne peut ni sortir ni rentrer et où sa quantité reste donc constante.

Observations et interprétations : Si on appuie sur le piston le volume occupé par l’air diminue : cette opération est donc une compression.

 

Pendant cette compression, plus on appuie sur le piston plus il est difficile de maintenir le doigt sur l’extrémité de la seringue et d’appuyer sur le piston:
Cela signifie que l’air dans la seringue pousse de plus en plus sur le piston: sa pression augmente.

Conclusion : Lors d’une compression la pression d’un gaz augmente d’autant plus que son volume diminue.
On dit qu’un gaz subit une compression si le volume occupé par ce gaz diminue.

2. La détente :
La détente, aussi appelée expansion est le contraire d’une compression:
On dit qu’un gaz subit une détente si son volume augmente. On peut, par exemple réaliser une détente en tirant sur le piston d’une seringue bouchée: Le volume occupé par l’air augmente bien.
Pendant cette détente plus on tire sur le piston plus le piston est aspiré par la seringue:
Cela signifie que l’air dans la seringue pousse moins que l’air de l’extérieur de la seringue: sa pression diminue.
Lors d’une détente la pression d’un gaz diminue d’autant plus que son volume augmente.
L’air (et les gaz en général) sont compressibles et expansibles

3. Les propriétés de l’air :

L’air a-t-il un volume propre ?

Exemple de l’eau : on transvase une certaine quantité d’eau d’une éprouvette

Une même quantité d’eau occupe toujours le même volume, on dit que l’eau a un volume propre.

Une même quantité d’air occupe-t-elle toujours le même volume

Expérience de diffusion d’un gaz :

Le flacon du bas contient une certaine quantité de gaz coloré. On enlève la soucoupe : on observe que le gaz se répand dans volume disponible, on dit qu’il diffuse.

Le volume de la même quantité de gaz a doublé.

Expérience avec une seringue

Conclusion :

  • L’air est élastique, car le piston reprend sa position initiale.
  • Même expérience avec de l’eau, impossible car l’eau à un volume propre
  • Une même quantité d’air peut occuper des volumes différents, donc n’a pas de volume propre.
  • L’air, comme tous les gaz, est compressible, inversement, il est expansible.

III. Masse d’un litre d’air

Pour mesurer la masse d’un litre d’air on peut par exemple retirer un litre d’air d’un ballon. Ce litre d’air peut être retiré par déplacement d’eau en transférant l’air dans un récipient de contenant un litre d’eau.

Dispositif expérimental : Comment retirer un litre d’air d’un ballon gonflé

Interprétation :

La différence de masse entre le ballon gonflé et le ballon dégonflé permet de calculer masse du litre d’air retiré de ce ballon.
Ce type d’expérience conduit en général à un résultat de l’ordre de 1 g
mais des mesures plus précises permettent d’obtenir une masse de 1,2g.

Conclusion :

La masse d’un litre d’air est de l’ordre de 1 g dans des conditions habituelles.
Plus précisément à 20°C et sous une pression de 1013 hPa la masse d’un litre d’air est de 1,2 g.

Remarque:

Comme les liquides chaque gaz possède sa propre masse et un litre d’un autre gaz possède une masse différente de l’air.

IV. La pression :

1. Quelques définitions :

 Qu’est-ce que la pression : Les gaz appuient, poussent sur toutes les surfaces avec lesquelles ils sont en contact : on dit qu’ils exercent une pression.

La pression atmosphérique : On appelle pression atmosphérique la pression exercée par l’air de l’atmosphère.
Expérience démontrant l’existence de la pression atmosphérique: on remplit complètement un verre d’eau puis on plaque à la surface une feuille de papier avant de le retourner.
L’eau reste dans le verre et ne s’écoule pas.
Malgré son poids l’eau est maintenue à l’intérieur du verre car la pression de l’air extérieur est plus forte.

2. Les unités de pression :

L’unité légale de pression est le Pascal (Pa)
On utilise aussi souvent :
– L’hectopascal (hPa)  1hPa = 100 Pa
– Le bar (bar) 1bar = 100 000 Pa

3.Comment mesurer une pression :

La pression atmosphérique se mesure grâce à un baromètre.
Au niveau de la mer elle est d’environ 101300 Pa soit 1013 hPa ou environ 1 bar mais elle peut varier et donner naissance à des hautes pressions (anticyclone) correspondant à des zones de beau temps ou à des faibles pressions (dépression) correspondant à des zones de mauvais temps.
Lorsqu’un gaz est enfermé dans une enceinte (récipient hermétiquement clos) sa pression se mesure grâce à un manomètre.



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