Gaz: pression, volume et température

Michael et Léon jouent au tennis de table. Oups! J'ai marché sur le ballon. Regarde, elle est cabossée. On ne peut plus jouer avec, elle est cassée !

Eh bien en fait, la balle n'est pas cassée, le plastique est juste cabossé, il n'y a pas de trou, donc l'air est toujours dedans. Oh, je sais comment arranger ça ! Il faut la mettre dans l'eau chaude ! Léon a raison, chauffer la balle abîmée peut la réparer. Mais comment ça marche ?

Cela fonctionne grâce à la relation entre pression, volume, et la température du gaz qui remplit la balle. Prenons d'abord le volume et la température. La balle de ping pong est une sphère en plastique contenant une certaine quantité d'air. L'air ne peut pas entrer ou sortir de la balle. Lorsque vous mettez la balle cabossée dans l'eau chaude, l'air à l'intérieur se réchauffe et se dilate.

L'air en expansion prend plus de place, donc pousse sur les parois intérieures de la balle et force le plastique cabossé vers l'extérieur. Cela redonne à la balle sa forme ronde. Cette relation entre le volume et la température d'un gaz est connue sous le nom de loi de Charles. Selon cette loi, le rapport du volume à la température d'une quantité donnée de gaz, est constant lorsque la pression est constante. Cela signifie que, si la pression reste la même, le volume d'une certaine quantité de gaz augmente proportionnellement à l'augmentation de la température.

Une baisse de température, en revanche, entraînera une diminution proportionnelle du volume. Ok, donc nous savons comment la température et le volume sont liés. Qu'en est-il de la température et de la pression ? Pour cela, nous aurons besoin d'un autre exemple. Avez-vous remarqué que les bombes aérosol, comme les peintures en aérosol, avaient un avertissement indiquant que vous deviez les éloigner des sources de chaleur?

Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi? Les bombes aérosols contiennent des ingrédients qui sont sous haute pression. Lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, la pression du gaz à l'intérieur de la bombe augmente. Après quelque temps, le gaz exerce tellement de pression sur les parois du récipient qu'il explose. Cet exemple montre que lorsque le volume est constant, l'augmentation de la température entraîne une augmentation de la pression.

La relation entre la pression et la température d'un gaz est décrite par la loi d'Amonton, également appelée loi de Gay-Lussac. Cette loi stipule que la pression d'un gaz de masse fixe et de volume fixe est directement proportionnelle à la température absolue du gaz. En d'autres termes, le rapport de la pression à la température est constant lorsque le volume est constant. Maintenant, qu'en est-il de la pression et du volume ? Reprenons cette bombe aérosol. À l'intérieur de la bombe, il y a deux ingrédients principaux : du gaz et de la peinture.

Le gaz est fortement comprimé, il prend donc peu de place. Mais quand vous appuyez sur la buse, la pression diminue drastiquement et le volume du gaz augmente. C'est pourquoi vous pouvez couvrir une grande surface avec une seule bombe de peinture en aérosol. Cet exemple démontre que la diminution du volume d'un gaz contenu augmentera sa pression, et l'augmentation de son volume, diminuera sa pression. Et quand la pression diminue, le volume augmente.

Cette relation est énoncée dans la loi de Boyle : Le volume d'une quantité donnée de gaz à température constante est inversement proportionnel à la pression sous laquelle il est mesuré. Les relations décrites par la loi de Charles, Loi de Gay-Lussac et loi de Boyle sont trois des soi-disant lois des gaz. Les lois des gaz peuvent être appliquées plus ou moins à tous les gaz. La balle est réparée! Une autre partie, Michael ?

Bien-sûr!