Physique thermique

Équation d'état du gaz parfait

Vérifiez la dépendance de la pression en T, n et V selon l'équation d'état et lisez les isothermes sur le graphe p–V. Mesurez pression et volume lorsque la température ou la quantité de gaz varie, puis vérifiez $pV = nRT$ .

Lycée

⚠ Le gaz en cylindre est simulé ; ne fabriquez pas de récipient fermé et ne chauffez pas de gaz dans un matériel non conçu pour la pression.

Matériel

Cylindre à piston contenant des particules de gaz parfait
Curseurs de T, V et quantité n ; graphe p–V

Protocole

Vérifier les variables d'état
Gardez n constant, augmentez T avec son curseur et suivez la pression affichée et l'isotherme active. Rétablissez T, puis réduisez V et observez la hausse de p. Enfin, gardez T et V fixes, augmentez n et comparez la pression. Reliez chaque variation à pV = nRT ; particules animées et graphe illustrent le modèle du gaz parfait. Comparez les valeurs affichées à $pV = nRT$ .
Comparer les isothermes
Gardez n fixe, essayez plusieurs valeurs de T et observez les courbes du graphe p–V. Augmentez T, comparez la pression au même V et vérifiez que pV = nRT augmente avec T. Comparez les valeurs affichées à $pV = nRT$ .
Faire varier volume et quantité de gaz
Gardez T et n constants, réduisez V et observez la hausse de p ; rétablissez ensuite V et augmentez n pour comparer. Vérifiez chaque cas avec p = nRT/V et notez les variables maintenues fixes. Comparez les valeurs affichées à $p = nRT/V$ .

Simulation

Histoire de l’expérience

La théorie cinétique explique les grandeurs thermiques macroscopiques par le mouvement d'un très grand nombre de molécules. Au XIXe siècle, des physiciens comme Rudolf Clausius et James Prescott Joule développèrent les liens entre chaleur, travail et mouvement microscopique, posant les bases de la conception moderne du gaz parfait. Si les molécules se heurtent de façon élastique et que leurs interactions entre collisions sont négligeables, la pression est liée au transfert de quantité de mouvement sur les parois, tandis que la température reflète l'énergie cinétique moyenne de translation. L'équation d'état pV = nRT relie pression p, volume V, quantité de matière n et température absolue T à l'équilibre. À variables constantes, p augmente avec T ou n et diminue lorsque V augmente ; chaque température fixe donne une isotherme sur le graphe p–V. Les gaz réels n'approchent ce modèle que dans certaines conditions, notamment à densité modérée et lorsque les interactions moléculaires sont faibles. Les particules animées et le graphe illustrent des tendances sans représenter tous les chocs, la taille moléculaire ou chaque écart d'un gaz réel.

Physiciens associés

Rudolf Clausius James Prescott Joule

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