Définition d'un gaz parfait
Un gaz est dit parfait si ses molécules (ou particules) sont assimilées à des points matériels en mouvement rectiligne uniforme entre les chocs. On néglige donc :
- le poids des particules
- le volume des particules
- les interactions électrostatiques entre les particules ; à l’exception des chocs.
Un gaz parfait vérifiera alors l’équation suivante, appelée :
L'équation d'état d'un gaz parfait
P · V = n · R · T
- P : Pression en Pascal (Pa)
- V : Volume en mètre cube (m3)
- n : Quantité de matière (mol)
- T : Température en Kelvin (K)
- R : Constante des gaz parfait (R = 8,31 J·mol-1·K-1)
Conversions utiles :
Pour la pression : P = 1 bar = 105 Pa
Pour le volume : V = 1 m3 = 1000 L = 1 dm3
Objectifs de l'activité
- Exploiter l’équation d’état du gaz parfait pour décrire le comportement d’un gaz
- Identifier quelques limites du modèle du gaz parfait
Capacités et compétences travaillées
Autres cours à consulter
A l’aide de la simulation d’expérience « Propriétés des gaz » ci-dessous, réalisez le travail demandé sous l’animation.
Propriétés des gaz
Cette simulation permet de visualiser le comportement des particules d’un gaz suite à la modification des grandeurs mesurables : température, pression volume.
- Sur l’animation, sélectionner « Idéal »
- Donner 2 coups de pompe pour atteindre une pression d’environ 1200 kPa.
- Cocher « Largeur » à droite pour faire apparaitre une règle graduée.
- Notre système d’étude sera l’intérieur de cette enceinte qui est un cube.
- En faisant attention aux chiffres significatifs, mesurer les conditions initiales de notre système : son volume V1 , sa température T1 et sa pression P1
La température
- Chauffer le gaz de 300 K = 27°C jusqu’à T2 = 900 K.
- Quel est l’impact de cette hausse de température sur le comportement des particules ?
- Mesurer la nouvelle pression P2.
- Calculer le rapport P2 /P1. Le comparer au rapport T2/T1. Conclure
- Refroidissez votre système à une température T1 = 300 K.
- Chauffer-le de 300 K = 27°C jusqu’à 80°C.
- Répondre aux mêmes questions que précédemment. Conclure.
La quantité de matière
- Revenez aux conditions initiales : V1 , T1 , P1
- Calculer la quantité de matière n1 de notre système.
- Quelle limite à cette simulation ce calcul met-il en évidence ?
- Donner 6 nouveaux coups de pompe
- Quelle grandeur fait-on directement varier ?
- Mesurer la nouvelle pression P3
- On peut considérer que le nombre de coups de pompe est proportionnel à la quantité de matière. Calculer le rapport n3/n1. Le comparer au rapport P3 / P1. Conclure.
La pression
Constats des mesures précédentes :
- la pression augmente si le volume diminue.
- la pression augmente si la température augmente.
- Ces constatations sont-elles en accord avec l’équation de gaz parfaits ?
- La pression se retrouve aussi dans la formule P = F / S ; une force sur une surface. Interpréter les constats précédents avec cette formule.
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