Physique thermique

Lois des gaz

Explorez les états d'un gaz parfait sur un diagramme p–V en modifiant T, V, n. Vérifiez $pV = nRT$ et les trois lois particulières : isotherme $pV = \text{const}$ , isobare $V/T = \text{const}$ , isochore $p/T = \text{const}$ .

Lycée

⚠ Simulation virtuelle ; avec de vrais gaz, ne jamais surcomprimer ni surchauffer un récipient scellé — la pression peut le faire éclater.

Matériel

Cylindre de gaz virtuel avec piston sur un diagramme p–V
Curseurs de température T, volume V et quantité n
Trois boutons de processus : isotherme, isobare, isochore
Ligne d'affichage des états initial et final

Protocole

Processus isotherme
Choisissez le bouton Isotherme et déplacez le curseur de volume V : la température est verrouillée, la pression varie en sens inverse de V. Notez deux couples (V, p) de l'affichage ; vérifiez que le produit $pV$ reste constant — la courbe est l'hyperbole $p = nRT/V$ .
Processus isobare et isochore
Choisissez Isobare : augmenter T fait dilater le piston à p constant — vérifiez $V/T = \text{const}$ (T en kelvin). Choisissez Isochore : V est verrouillé, faites varier T et lisez p, en vérifiant $p/T = \text{const}$ . La ligne pointillée relie les états initial et final de chaque processus.
Modifier la quantité de gaz et prévoir
Augmentez la quantité n à T, V fixes : la pression doit croître proportionnellement selon $p = nRT/V$ . Avant de déplacer le curseur, prédisez la nouvelle pression puis comparez à l'affichage ; cherchez le n qui double p pour un état donné.

Simulation

Histoire de l’expérience

En 1662, Robert Boyle publia la relation

pV = \text{const}

mesurée sur de l'air comprimé dans un tube en J. Jacques Charles étudia la dilatation des gaz avec la température dans les années 1780 (sans publier), et Joseph Louis Gay-Lussac mesura cette loi quantitativement en 1802. En 1834, Émile Clapeyron fusionna ces résultats en

pV = nRT

. Amedeo Avogadro (1811) ajouta la notion de quantité de matière : à V, p, T égaux, tout gaz contient le même nombre de molécules. William Thomson (lord Kelvin) proposa l'échelle de température absolue en 1848, à partir des travaux de Carnot — condition qui permet aux lois des gaz de prendre des formes proportionnelles simples.

Physiciens associés

Rudolf Clausius James Prescott Joule William Thomson (Lord Kelvin)Ludwig Eduard Boltzmann James Clerk Maxwell

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