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Corrigé activité 22 les gaz parfaits

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« Thème Energie : Conversion et transferts / Chapitre 15 Modèle du gaz parfait Activité n°22 : La loi des gaz parfaits (Corrigé) (Activité d’investigation et d’exploration – Classe inversée) Contexte J. L. Gay-Lussac (1778-1850) Un gaz est modélisé à l’échelle microscopique par un mouvement désordonné d’entités (atomes, molécules, ions, …). Pourtant, un gaz peut être caractérisé par des grandeurs macroscopiques constantes telles que la pression, la température ou encore la quantité de matière. En 1802, le physicien français Joseph Louis Gay-Lussac complète la loi de Mariotte en énonçant une loi reliant la pression et la température d’un gaz à volume constant. En 1873, le physicien néerlandais Johannes Diderik Van der Waals propose un nouveau modèle permettant d’affiner le modèle du gaz parfait. Il prend en compte la dimension des molécules qui ne sont plus alors considérées comme des points matériels. En 1910, il reçoit le prix Nobel de physique pour ses travaux concernant l’étude du comportement des gaz. J. D. Van der Waals (1837-1923) Problématique : Pour un gaz, quelle relation relie donc volume, pression, température et quantité de matière ? Documents d’appui : (Extraits du livre Bordas/Collection Espace) Doc. 1 : Le gaz parfait Doc. 2 : Modèle microscopique du gaz parfait Le gaz parfait est un modèle, c’est-à-dire une simplification de la réalité. Dans ce modèle, à l’échelle microscopique, les molécules sont assimilées à des points matériels et animées d’un mouvement rectiligne uniforme entre deux chocs. A l’échelle macroscopique, les valeurs des grandeurs physiques p, V, n et T mesurées sont liées par une relation mathématique nommée l’équation d’état du gaz parfait. Un gaz, supposé parfait, est enfermé dans un récipient. Les valeurs du volume V occupé, de la quantité n de gaz emprisonné et de la température thermodynamique T peuvent être doublées. On observe le comportement des constituants microscopiques du gaz et l’effet sur la pression.  Animations sur le comportement du gaz parfait (p 378) Doc. 3 : Dispositif expérimental Doc. 4 : Exemple de résultats possibles À 20 °C, un erlenmeyer clos contenant de l’air est refroidi dans un bain de glace puis chauffé au moyen d’un bainmarie. Un manomètre (ou pressiomètre) et un thermomètre permettent de mesurer la pression p et la température θ de l’air à l’intérieur du ballon. Photo : https://www.belin-education.com/physique-chimie-terminale Démarche d’investigation 1. Lien entre le comportement des constituants microscopiques et : - la pression p mesurée : Plus la fréquence des chocs des constituants microscopiques d’un gaz sur une paroi est grande, plus la valeur de la pression p mesurée augmente. Ainsi, par exemple, pour un volume de gaz donné, plus les molécules sont rapides et/ou nombreuses, plus la pression mesurée est importante. - la température T mesurée : Plus le degré d’agitation des constituants microscopiques d’un gaz est important, plus la valeur de la température T mesurée augmente. Ainsi, par exemple, pour un volume de gaz donné, plus les molécules sont rapides, plus la température mesurée est importante. »

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