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Lois des gaz parfaits

LycéePhysiqueGaz parfait à l’équilibre, PV = nRT ; le piston et les particules sont représentés de manière schématique

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À propos de cette expérience

Explorez la relation entre la pression et le volume d’un gaz parfait dans un cylindre. En mode température constante, déplacez le piston pour tracer une isotherme. Passez en mode volume constant pour chauffer ou refroidir le gaz le long d’une droite verticale sur le diagramme pression-volume. Les points indiquent schématiquement la quantité de gaz ; il s’agit d’un calcul d’équilibre et non d’une simulation de collisions moléculaires.

Objectifs pédagogiques

  • Appliquez l’équation des gaz parfaits avec des unités de pression et de volume cohérentes
  • Vérifiez la loi de Boyle à température et quantité de gaz constantes
  • Comparez les variations isothermes et à volume constant sur un graphique pression-volume

Comment l’utiliser

  1. 1Lisez la pression à 20 L pour 300 K et 1 mol.
  2. 2En mode température constante, divisez le volume par deux et comparez la pression et le produit PV.
  3. 3Passez en mode volume constant. Doublez la température et comparez P/T.
  4. 4Modifiez la quantité de gaz en maintenant le volume et la température constants. Prévoyez puis vérifiez le rapport des pressions.

Le modèle

Équation des gaz parfaits, avec R = 8.314462618 J/(mol K)
Loi de Boyle pour une transformation isotherme
À volume constant, la pression est proportionnelle à la température absolue.

Hypothèses

  • Le gaz est idéal : le volume moléculaire est négligeable et il n’y a pas de forces intermoléculaires.
  • Tous les états affichés sont en équilibre thermique et mécanique uniforme. Le chauffage transitoire et l’accélération du piston sont ignorés.
  • La pression est absolue, la température est exprimée en kelvins et 1 kPa·L équivaut à 1 J.
  • Modifier la quantité de gaz sélectionne un nouvel état d’équilibre à comparer ; cela ne simule pas un processus d’injection.

À essayer en classe

  1. Q1Quelle pression 1 mol devrait-elle exercer à 300 K dans un récipient de 20 L ?
  2. Q2Pourquoi la température doit-elle être mesurée en kelvins lorsqu’on compare des rapports de pression ?
  3. Q3Quel processus suit une trajectoire verticale sur le graphique pression-volume, et pourquoi ?

Foire aux questions

Pourquoi la pression augmente-t-elle lorsque le volume diminue ?

À température et quantité de gaz constantes, l’équation des gaz parfaits donne P = nRT/V. La pression double donc si le volume est divisé par deux.

Pourquoi ne peut-on déplacer qu’un seul des curseurs de température et de volume ?

Le processus sélectionné maintient une variable fixe. Changer de processus conserve l’état d’équilibre actuel et modifie la variable qui peut être ajustée.