L'état gazeux

Exercice 1

On désire mesurer la pression du gaz de ville en utilisant un manomètre relatif. On réalise pour cela l'expérience schématisée ci-contre. La différence entre la pression du gaz de ville et la pression atmosphérique est proportionnelle à la hauteur h de la colonne d'eau. A une dénivellation de 1,0cm, il correspond une différence de pression de 1,0hPa.

1. La pression du gaz de ville est-elle supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique? Justifier la réponse.

2. Déterminer la pression du gaz de ville si h=20cm. La pression atmosphérique est p(atm)=1013hPa dans les conditions de l'expérience.

3. Déterminer la dénivellation h' d'eau si la pression atmosphérique devient égale à 1000hPa (la pression du gaz reste inchangée).

Exercice 2

On veut interpréter l'expérience suivante: On remplit complètement un verre avec de l'eau. On pose sur le verre, au contact de l'eau, une feuille de papier. On retourne rapidement l'ensemble. On constate que l'eau ne s'écoule pas (voir photographie ci-contre).
La masse d'eau contenue dans le verre est m=400g. L'ouverture du verre a un diamètre D=60mm. La pression atmosphérique au moment de l'expérience est p(atm)=1013hPa et on donne g=9,8N/kg.

1. Déterminer le poids de l'eau contenue dans le verre.

2. Déterminer la valeur, la direction et le sens de la force pressante exercée par l'atmosphère sur la feuille de papier.

3. Expliquer pourquoi l'eau ne peut pas s'écouler?

Exercice 3

Lors du dernier cours de physique, la pression atmosphérique était p(atm)=0,980bar (il ne faisait pas très beau).

1. Déterminer la valeur, la direction et le sens de la force pressante qui s'exerçait sur la face extérieure d'une vitre de la salle de classe de surface S=1,50m2.

2. Représenter la vitre et la force pressante avec l'échelle suivante: 1cm <—>105N.

3. Déterminer la masse d'un solide dont le poids serait égal à cette force pressante.

4. Comment peut-on expliquer que sous l'action d'une telle force pressante la vitre ne se brise pas?

Exercice 4

Un ballon de baudruche, hermétiquement fermé, contient un volume V1=1,00L d'air à 0°C (cet état est appelé état thermique 1). La masse d'air ainsi enfermé est de 1,3g. On chauffe le ballon pour l'amener à une température de 25°C (état thermique 2). Son volume est alors V2=1,09L. A la température de 50°C (état thermique 3), son volume est V3=1,18L.

1. Quel est le phénomène physique, lié à l'élévation de température, mis en évidence lors du passage de l'état thermique 1 à l'état thermique 2, puis à l'état thermique 3?

2. Quelle est la masse d'air contenu dans le ballon dans les états thermiques 2 et 3?

3. Représenter les variations de volume de l'air contenu dans le ballon en fonction de la température.

4. En utilisant la courbe obtenue, déterminer le volume occupé par l'air si sa température est 15°C.

5. Montrer que ce dispositif (ballon et courbe d'étalonnage) peut servir de thermomètre (peut pratique il est vrai).