Propriétés et Lois des Gaz PDF

Propriétés et Lois des Gaz Dans l'espace qui nous entoure circule un mélange invisible de gaz. Bien que nous ne puissions pas voir les molécules individuelles, les gaz possèdent des propriétés physiques mesurables et obéissent à des lois spécifiques. Ce guide explorera en détail les caractéristiques...

Propriétés et Lois des Gaz Dans l'espace qui nous entoure circule un mélange invisible de gaz. Bien que nous ne puissions pas voir les molécules individuelles, les gaz possèdent des propriétés physiques mesurables et obéissent à des lois spécifiques. Ce guide explorera en détail les caractéristiques des gaz et des liquides, essentielles à la compréhension des systèmes de réfrigération et de climatisation. Nous examinerons les propriétés des gaz, la pression atmosphérique, les lois des gaz parfaits, ainsi que certaines propriétés des liquides pertinentes pour les futurs frigoristes. fl par francois lajoie Compressibilité des Gaz Facilement Compressibles Les gaz peuvent être facilement comprimés. Lorsqu'une force est appliquée sur le piston d'un réservoir contenant un gaz confiné, celui-ci s'enfonce aisément, réduisant ainsi le volume du gaz. Réduction du Volume La compression d'un gaz entraîne une diminution de son volume, contrairement aux liquides et aux solides qui sont difficilement compressibles. Volume Occupé par un Gaz 1 Occupation Totale Un gaz confiné occupe tout l'espace disponible dans son contenant. 2 Dispersion Lorsqu'un récipient contenant un gaz est ouvert, celui-ci s'échappe et se disperse rapidement dans toute la pièce. 3 Masse Constante Malgré l'expansion du volume, la masse totale du gaz reste inchangée. Dilatation et Contraction des Gaz 1 Effet de la Chaleur Sous l'effet de la chaleur, un gaz se dilate et occupe un plus grand volume. 2 Effet du Refroidissement Lorsqu'il est refroidi, un gaz se contracte et occupe un plus petit volume. 3 Comparaison avec Solides et Liquides Les liquides et les solides se dilatent et se contractent également, mais dans une moindre mesure que les gaz. Masse d'un Gaz Présence de Masse Exemple de Mesure Malgré son invisibilité, un gaz possède une masse Dans une expérience, un flacon vide pesant 150 g, mesurable. une fois rempli de gaz, pèse 157 g. La masse du gaz est donc de 7 g. Pression Exercée par les Gaz Origine de la Pression La pression exercée par un gaz provient des forces exercées par les molécules qui entrent en collision avec les parois du récipient. Pression Atmosphérique Au niveau de la mer, l'air exerce une force de 10,13 N sur chaque centimètre carré de surface. Exemple Concret La surface d'une main d'environ 20 po² subirait une force de 294 lb (133,6 kg) si l'air était retiré d'un côté. Différence entre Force et Pression Force Pression Exemple La force est une action exercée sur un objet, mesurée en newtons (N) La pression est la force exercée par unité de surface, mesurée en Un talon aiguille de 0,4 cm² exerce une pression de 1500 N/cm², tandis ou en livres (lb). pascals (Pa) ou en livres par pouce carré (psi). qu'un talon plat de 5 cm² exerce une pression de 120 N/cm² pour le même poids. Pression Atmosphérique 1 Définition La pression atmosphérique est la pression exercée par les molécules de l'air sur les objets et les êtres vivants à la surface de la Terre. 2 Mesure Elle se mesure à l'aide d'un baromètre, inventé par Evangelista Torricelli il y a plus de 300 ans. 3 Valeur Standard Au niveau de la mer, la pression atmosphérique standard est de 760 mm de mercure, équivalent à 1 atmosphère (atm) ou 101,3 kPa. Unités de Mesure de la Pression Unité Équivalence 1 atm 760 mm de Hg 760 torr 101,3 kPa 14,7 lb/po² 101 300 N/m² 33 pi d'eau 10,3 m d'eau Preuves de l'Existence de la Pression Atmosphérique 1 Expérience de la Paille L'aspiration dans une paille crée une différence de pression, permettant au liquide de monter. 2 Pompe à Eau Manuelle La pression atmosphérique permet de pomper l'eau jusqu'à une hauteur maximale de 10 mètres. 3 Vide sur la Lune L'absence d'atmosphère sur la Lune démontre que le vide n'attire rien par lui-même. Mesure de la Pression d'un Gaz Confiné Manomètre à Tube Ouvert Manomètre à Tube Fermé Utilisé pour mesurer la différence entre la pression Permet de mesurer la pression absolue d'un gaz atmosphérique et celle d'un gaz confiné. confiné, particulièrement utile pour les pressions inférieures à la pression atmosphérique. Manomètres en Réfrigération Manomètre Basse Pression Manomètre Haute Pression Nourrice (Manifold) Mesure les pressions inférieures à la Utilisé pour mesurer les pressions Pièce équipée de deux robinets pression atmosphérique, gradué en élevées dans le système, gradué de 0 manuels et d'une prise centrale, PSIG et en pouces de Hg. à 500 lb/po². permettant de connecter les manomètres au système. Loi de Boyle Relation Inverse Le volume d'un gaz est inversement proportionnel à la pression lorsque la température est constante. Formule P1V1 = P2V2, où P est la pression et V le volume. Application Quand la pression double, le volume diminue de moitié, et vice versa. Loi de Charles 1 Relation Directe Le volume d'un gaz est directement proportionnel à sa température Kelvin lorsque la pression est constante. 2 Formule V1/T1 = V2/T2, où V est le volume et T la température en Kelvin. 3 Échelle Kelvin Utilise le zéro absolu (-273°C) comme point de référence pour simplifier les calculs. Comparaison des Échelles de Température Échelle Point de Point Zéro Congélatio d'Ébullition Absolu n de l'Eau de l'Eau Celsius 0°C 100°C -273,15°C (°C) Fahrenheit 32°F 212°F -459,67°F (°F) Kelvin (K) 273,15K 373,15K 0K Loi de Gay-Lussac 1 Principe La pression exercée par un gaz confiné est directement proportionnelle à sa température Kelvin lorsque le volume est constant. 2 Formule P1/T1 = P2/T2, où P est la pression et T la température en Kelvin. 3 Application Si la température Kelvin double, la pression exercée par le gaz double également. Théorie Cinétique des Gaz 1 Particules en Mouvement Les gaz sont constitués de petites particules en mouvement désordonné. 2 Espace entre Particules La distance entre les particules est très grande, créant beaucoup d'espace vide. 3 Absence de Forces d'Attraction On suppose qu'il n'y a pas de force d'attraction entre les particules. 4 Collisions Élastiques Les particules entrent en collision sans perte d'énergie cinétique. Condensation des Gaz (Liquéfaction) Compression Refroidissement Dilatation Rapide Le gaz est comprimé, La chaleur de compression est Le gaz refroidi et comprimé se augmentant sa température et absorbée par un médium dilate rapidement, provoquant rapprochant les molécules. refroidissant. une baisse de température et la liquéfaction. Température Critique et Pression Critique Température Critique Température maximale à laquelle il est possible de liquéfier un gaz par compression. Pression Critique Pression nécessaire pour liquéfier un gaz à sa température critique. Importance Au-delà de la température critique, un gaz ne peut être liquéfié quelle que soit la pression exercée. Propriétés Uniques de l'Eau Polarité Dilatation en Gelant Point d'Ébullition Élevé La molécule d'eau est L'eau se dilate en gelant, L'eau a un point d'ébullition polaire, avec des charges contrairement à la plupart relativement élevé dû aux positives et négatives. des substances. liaisons hydrogène. Pression de Vapeur en Vase Clos Évaporation Certaines molécules s'échappent de la surface du liquide. Pression de Vapeur Les molécules gazeuses exercent une pression constante sur les parois et la surface du liquide. Facteurs d'Influence La pression de vapeur dépend de la nature du liquide et de sa température. Point d'Ébullition des Liquides Définition Température à laquelle la pression de vapeur d'un liquide égale la pression atmosphérique. Formation de Bulles Les bulles se forment quand la pression de vapeur à l'intérieur égale la pression atmosphérique. Influence de la Pression Une augmentation de la pression atmosphérique élève le point d'ébullition, une diminution l'abaisse. Effet de la Pression sur la Température d'Ébullition 1 Basse Pression Une diminution de la pression abaisse le point d'ébullition. 2 Haute Altitude L'eau bout à une température plus basse en altitude due à la pression atmosphérique réduite. 3 Haute Pression Une augmentation de la pression (comme dans une cocotte-minute) élève le point d'ébullition. Applications Pratiques des Propriétés des Gaz et Liquides Réfrigération Climatisation Cuisson en Altitude Utilisation des changements de phase Manipulation des propriétés des gaz Ajustement des temps de cuisson en et de pression pour créer un effet de pour contrôler la température et fonction de la pression atmosphérique refroidissement. l'humidité. réduite. Conclusion Importance pour les Applications Diverses Évolution Constante Frigoristes Ces connaissances s'appliquent à Les avancées technologiques La compréhension des propriétés de nombreux domaines, de la continuent d'exploiter ces principes des gaz et des liquides est cuisine à haute altitude à la pour développer des systèmes plus fondamentale pour les conception de systèmes de performants et écologiques. professionnels de la réfrigération et refroidissement efficaces. de la climatisation.