ENSEIGNER
dimanche 19 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Etude des gaz (Marrakech)
Maroc  -  Première (2ème année)  -  Gaz

Activité 2: Chauffage d’un gaz à pression constante

 
Suivez bien votre professeur qui réalise l’expérience du montage représenté par la figure 8. On enferme avec un peu d’eau colorée une quantité d’un gaz (air) dans un ballon. On augmente la température en ajoutant de l’eau chaude dans le cristallisoir.


Figure 8 : Chauffage d’un volume air à pression constante

Discutez en dyade avant de donner une réponse commune aux questions suivantes :
  1. Comment évolue le volume de l’air dans le ballon lorsque la température augmente ?
  2. Déterminer la relation entre la pression du gaz et sa température.
T = t (°C) +273,15 (K)  
h (m)  
p (Pa)  

Corrigé: Chauffage d’un gaz à pression constante

En représentant les variations de T en fonction du volume on obtient unr droite qui passe par l'origine des axes. On en déduit que le rapport entre le volume et la température est constant :
V/T = cte.
Ce résultat exprime la loi de Guy-Lussac : sous pression constante, le volume d'une quantité de gaz est directement proportionnel à sa température absolue;
Interprétation : toute augmentation de température entraîne une augmentation d'agitation thermique; Ainsi, pour que la pression reste constante il faut augmenter le volume pour diminuer le nombre de chocs entre les particules du gaz et les chocs avec les parois du récipient contenant le gaz.

But: Chauffage d’un gaz à pression constante

L’objectif principal de cette activité est de conduire les élèves à chercher la relation entre la température d’un gaz et son volume à pression constante. Les élèves sont aussi amenés à expliquer que l’augmentation de la température (microscopiquement c’est l’augmentation de l’agitation des particules du gaz) entraîne l’augmentation du volume à pression constante. Cette interprétation doit faire appel au modèle microscopique des gaz.

Cette activité vise à ce que les élèves arrivent à :
  • Déterminer expérimentalement la relation entre le volume d’un gaz et sa température à pression constante ;
  • Interpréter la relation établie à l’aide du modèle microscopique.

Préparation: Chauffage d’un gaz à pression constante

Au départ, les élèves doivent indiquer les grandeurs qui décrivent l'état d'un gaz et qui doivent rester constantes pour mener cette étude ; on considérera que ces conditions seront respectées durant toute la durée de l'expérience. Cette activité pose problème au niveau de la réalisation de l'expérience. Si on augmente légèrement la température, l'index se déplace rapidement ; l'expérience ne permet pas de prendre des mesures. En revanche, la réalisation qualitative de l'expérience suffit pour donner aux élèves une idée sur l'évolution du volume lors de l'augmentation de la température.

Comportement des élèves: Chauffage d’un gaz à pression constante

Les élèves éprouvent beaucoup de difficultés à concevoir la constance de la pression. En effet, ils raisonnent sur les notions de température et de volume sans faire intervenir la pression comme variable qui ne change pas au cours de la transformation étudiée. D’après l’analyse des productions d’élèves qui ont suivi cette unité d’enseignement (un renvoi sur un texte sur les analyses), on s’attend à ce que les élèves fournissent des réponses qui ressemblent aux :
  • L’augmentation de la température entraîne l’augmentation du volume
  • Lorsque la température augmente, les molécules occupent l’espace créé par la dilatation du gaz
  • Lors de la dilatation du gaz, les molécules occupent le vide qui se trouve entre ces dernières
  • Lors de l’augmentation de la température, le volume se dilate c’et-à-dire qu’il cherche un espace dans lequel il peut se dilater
Ce résultat exprime la loi de Guy-Lussac : sous pression constante, le volume d’une quantité de gaz est directement proportionnel à sa température absolue.
Interprétation : toute augmentation de température entraîne une augmentation d’agitation thermique. Ainsi, pour que la pression reste constante il faut augmenter le volume pour diminuer le nombre de chocs entre les particules du gaz et les chocs avec les parois du récipient contenant le gaz.