Un gaz dans un piston : pression, volume, température
Comprimer et chauffer un gaz de particules en mouvement pour comprendre pourquoi PV = nRT.
Objectif
Tester les lois de Boyle et de Gay-Lussac et les relier au mouvement des particules.
Matériel et réactifs
Un cylindre à piston mobile contenant un gaz parfait ; un thermomètre et un manomètre.
Procédure
- À T = 300 K et n = 1 mol, faites passer V de 10 L à 5 L. Notez la pression.
- Revenez à V = 10 L et faites monter T de 300 K à 600 K.
- Doublez la quantité de gaz à T et V fixés.
À observer
- Diviser V par 2 double P (2,49 → 4,99 bar) ; doubler T double P ; doubler n double P.
- Les particules vont plus vite quand T est plus élevée (vitesse en √T) et heurtent plus souvent les parois quand V est plus petit.
Explication
La pression vient d’innombrables chocs contre les parois. Un volume plus petit donne plus de chocs par seconde, donc à et fixés. Une température plus haute donne des particules plus rapides qui frappent plus fort et plus souvent, donc à fixé ; plus de particules donne plus de chocs, donc . Ensemble : . La pression affichée vient de cette loi et les particules l’illustrent : elles ne se heurtent pas entre elles, comme dans un gaz parfait.
Histoire de l’expérience
Chimistes associés
Sujets liés
Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.