exercices de physique

Posté par natacha2004 natacha2004

Bonjour à tous,

J'ai quelque difficultés avec un exercice de physique. Pourriez-vous m'aider? Merci d'avance. Voici le sujet.

On adapte sur un récipient cylindrique, une membrane plastique et on réalise un vide partiel à la pression de 7,60 mm de mercure Hg à l'aide d'une pompe à vide. La pression atmosphérique normale correspond à 760 mm de mercure.
1) Convertir la pression, àl'intérieur du récipient, en pascal.
2) Comment varie le nombre de molécules du gaz(air) contenu dans le récipient?
3) Expliquer pourquoi la pression P int exercée à l'intérieur par les molécules sur la membrane est plus faible que la pression P ext à l'extérieur.
4) Exprimer et calculer la valeur F int de la foce pressante exercée à l'intérieur des molécules sur la membrane.
J'ai de réel problèmes à partir de la question 2).

Posté par Coll Coll

Bonjour,

Peux-tu donner ta réponse pour la première question ?

Deuxième question : Les molécules sont comptées non pas une par une, mais mole par mole...
Tu connais sans doute la loi des gaz parfaits :
P.V = n.R.T
. Dans un récipient de volume V (m³)
. où régne la pression d'un gaz (l'air ici) P (Pa)
. il y a n moles de gaz
. à la température absolue T (K)
. R étant une constante qui vaut ici environ 8,314 J.K^-1.mol^-1

Quelle réponse proposes-tu pour cette question ?

Troisième question : Une première réponse est "parce qu'on a fait un vide partiel" ; mais je pense que ce n'est pas la réponse qui est attendue.
D'où vient la pression qu'exerce un gaz sur une paroi ? Quels sont les paramètres du phénomène qui est à l'origine de la pression (cette question n'est pas très facile, mais tu vas bien progresser en la comprenant).

Quatrième question : il manque une donnée pour faire le calcul : le rayon (ou le diamètre) du récipient.

Posté par natacha2004 natacha2004

Bonjour,
Pour la première question je propose 1,3322 Pa, mais je ne suis pas sûre de cela.
Pour la deuxième question, je pense pouvoir le faire. Je n'avais pas fait la relation entre la formule et la question.
Pour la troisième et la quatrième, je ne vois pas du tout et pour la dernière je n'ai aucune donée de plus.
Merci. A bientôt.

Posté par natacha2004 natacha2004

rectification,j'ai le diamètre de la membrane: 20 cm

Posté par Coll Coll

1 atmosphère = 760 mm Hg = 1 013,25 hPa = 101 325 Pa

Donc... recommence la relation de proportionnalité pour la première question.

Pour la quatrième, on pourra "exprimer" F mais on ne pourra pas "calculer" F sans les dimensions du cylindre (son rayon ou son diamètre).

Posté par natacha2004 natacha2004

Je suis désolé mais pour la question 2 je ne vois pas comment calculer parce que je n'ai pas ni le volume, ni la quantité de matière ni la température.Pouvez-vous m'éclairer?

Posté par Coll Coll

1) Je voudrais bien voir ta réponse à la première question. Ce que tu as posté à 09 h 48 est faux.

2) En effet, si tu ne possèdes pas les dimensions du cylindre, tu ne peux pas calculer son volume et donc tu ne peux pas calculer le nombre de moles d'air. Mais ce n'est pas ce que demande l'énoncé :



Donc, supposons qu'avant de faire le vide partiel il y ait eu N moles d'air dans le cylindre.
Comment ce nombre varie-t-il ?
Eventuellement, quel est le nouveau nombre (littéralement) ?

Posté par natacha2004 natacha2004

Pour la question 1, est ce que c'est 101 063,8 Pa.
Pour la question 2, le nombre de mole va diminuée puisqu'on diminue la pression en faisant un vide partiel.

Posté par Coll Coll

Bravo pour la question 2.
Tu peux, si tu le souhaites, dire que le nombre de moles d'air qui était de N va devenir N/10 quand la pression aura été divisée par 10 (on suppose que la température est constante)

pour la question 1

760 mm Hg 101 325 Pa
7,60 mm Hg ...?... Pa

Posté par natacha2004 natacha2004

7,60*101 325/760=1013,25 Pa

Posté par Coll Coll



Et il faut corriger ce que j'ai écrit à 10 h 31 ! !

Question 2 :
Puisque la pression dans le cylindre est divisée par 100 le nombre de molécules (ou le nombre de mole) est lui aussi divisé par 100

On passe de N moles à N/100 moles

Question 3 :
Peux-tu me dire, avec tes mots à toi, ce qu'est la pression qu'un gaz exerce sur une paroi ? Que se passe-t-il ? Que verrait-on avec un fantastique microscope ?

Posté par natacha2004 natacha2004

Pour la question 3,je pense avoir trouver la réponse: P=F/S
or S=*d^{[/sup]2/4
donc F=P*S
      =1013,25**20[sup]}2/4
      =318321,9N
Est-ce juste?

Posté par Coll Coll

Ceci est ta proposition par la quatrième question, pas la troisième.

Mais il y a une erreur d'unité.
Si tu comptes les pressions en pascals (Pa)
pour avoir une force en newtons (N)
il faut une surface en m²

Posté par natacha2004 natacha2004

dans mon calcul, j'ai mis le diamètre de la membrane au carré, je ne comprend pas mon erreur. Et pour la troisième question je ne sais pas comment faire alors?

Posté par Coll Coll

Pour la quatrième question : j'ai vu que tu as mis le diamètre au carré. Mais il ne faut pas l'exprimer en centimètres, sinon tu auras des cm² ; il faut exprimer le diamètre en mètre pour avoir la surface de la membrane en m²

Diamètre = 20 cm = 0,20 m

Posté par natacha2004 natacha2004

Le résultat change et est donc 31,83N.

Posté par Coll Coll



Oui, la force exercée par les molécules de l'intérieur du cylindre sur la membrane vaut bien F = 31,83 newtons

Question 3 :
La pression sur une paroi est le résultat de chocs très nombreux entre les molécules et cette paroi. Plus la température est élevée et plus les molécules se déplacent rapidement : les chocs sont plus intenses et la pression augmente ; ici on considère que la température ne varie pas donc que la vitesse des molécules ne varie pas non plus

Mais en diminuant le nombre de molécules dans le cylindre (il a été divisé par 100) on a diminué de la même manière le nombre de chocs entre les molécules restantes et la paroi. Donc la pression diminue à l'intérieur.

La pression ne varie pas à l'extérieur ; il y a toujours le même nombre de molécules qui viennent frapper la membrane à l'extérieur.

La force exercée par l'extérieur est 10 fois plus importante que la force exercée à l'intérieur.
Avant de faire le vide partiel s'exerçait sur la membrane la même force à l'intérieur et à l'extérieur. Résultante : nulle
Après le vide partiel il faut une membrane solide pour ne pas "crever" sous l'effet de la différence de pression et donc de la différence de force appliquée par les molécules de l'extérieur et par celles de l'intérieur.

Posté par natacha2004 natacha2004

Pour la question 3: on a remarqué que la pression diminuait du fait du vide partiel et que la quantité de matière présente dans le récipient avait donc diminué. Le nombre de molécules diminue donc les chocs contre la paroi sont moins nombreux. Donc la pression P int exercée à l'intérieur par les molécules sur la paroi est plus faible que la pression P ext à l'extérieur.

Posté par Coll Coll

Bravo !

Je pense que nos messages se sont croisés. Tu as donné la même explication que moi !

Posté par natacha2004 natacha2004

Oui en effet je n'ai vu votre message qu'après avoir poster le mien.
J'ai deux autre question à vous poser:
1) Exprimer et calculer la valeur f ext de la force pressante exercée par les molécules de l'air à l'extérieur sur la membrane.
Je pense que c'est le même raisonnement que pour la 4).
2) Comment la membrane se déforme-t-elle?
Pouvez-vous m'aider?

Posté par Coll Coll

J'ai vraiment un problème avec cet énoncé. Depuis le début j'ai en tête une pression de 7,60 centimètres de mercure, donc dix fois moins que la pression atmosphérique. Or c'est faux. La pression est de 7,60 millimètres de mercure et donc 100 fois moins que la pression atmosphérique.
J'ai fait une autre erreur : dans mon message de 11 h 13, il faut lire :


Voilà qui va répondre à ta question...
Mais tu peux faire le calcul !
F = P.S
P = 101 325 Pa
S = .D²/4
avec D = 0,20 m

La force exercée sur la membrane par les molécules à l'extérieur étant 100 fois plus forte que la force exercée à l'intérieur par les molécules, comment la membrane va-t-elle se déformer ? Elle va se creuser vers...

Posté par natacha2004 natacha2004

Merci beaucoup, je pense que la membrane va se creuser vers l'intérieur et je pense que pour la question 1 je m'en sortirais toute seule. Je vous enverrait tout de même la réponse afin de savoir si mon résultat est juste. Encore Merci.

Posté par natacha2004 natacha2004

La réponse à la question 1) est-elle 3183,2N et la question 2), la membrane se creuse vers l'intérieur puisque la force exercée par les moécules est pus forte à l'extérieur?

Posté par Coll Coll

 

Tout est bon.

Il ne faut peut-être pas garder trop de chiffres pour le résultat. Une force due à la pression extérieure d'environ 3 180 N me semble correct.

Bien sûr, la membrane se creuse vers l'intérieur. Et il faut qu'elle soit vraiment solide pour résister à cette différence de pression !

Posté par natacha2004 natacha2004

Merci beaucooup Coll pour cete aide. Les explications ont été très claires. Merci et à bientôt.
Natacha2004.

Posté par Coll Coll

Je t'en prie.
A une prochaine fois !