Comment démontrer la loi de Charles?
Cela permettra à la chaleur de l'eau de se transférer dans l'air à l'intérieur du ballon.
La loi de Charles stipule que le volume d'un gaz parfait change proportionnellement à la température de ce gaz, étant donné que la pression et la quantité de gaz présents sont maintenues constantes. L'équation de la loi de Charles peut être exprimée par V 1 /T 1 =V 2 /T 2. En d'autres termes, si un ballon est rempli d'air, il rétrécira s'il est refroidi et se dilatera s'il est chauffé. Cela se produit parce que l'air à l'intérieur du ballon, qui est un gaz, prend un plus petit volume lorsqu'il est froid et un plus grand volume lorsqu'il est chauffé.
Méthode 1 sur 3: démontrer la loi de Charles avec un ballon gonflé
- 1Ajouter de l'eau bouillante dans un bécher ou un autre récipient. Vous devez également laisser de la place pour mettre un ballon dans le récipient. L'ajout d'environ 100 ml d'eau dans un bécher de 1000 ml (1 L) fonctionnera dans la plupart des cas. Évitez de renverser l'eau sur vous-même ou sur quelqu'un d'autre pour éviter les blessures.
- 2Remplissez un ballon d'air. Soufflez dans le ballon avec votre bouche ou utilisez une pompe pour le remplir. Ne remplissez pas trop le ballon ― vous voulez laisser de la place pour que le gaz à l'intérieur se dilate. Il est préférable d'utiliser un ballon de fête au lieu d'un ballon d'eau. Cela diminue le risque que le ballon éclate. Si vous prévoyez de mettre le ballon dans le récipient, ne le gonflez pas trop gros pour qu'il ne rentre pas dans l'ouverture.
- 3Enroulez une ficelle autour de la partie la plus large du ballon. En enroulant un morceau de ficelle autour du ballon, vous pouvez obtenir une mesure précise de la taille du ballon au début. Marquez ou coupez la ficelle à la partie la plus large du ballon. Retirez la ficelle du ballon et mesurez-la avec une règle. Cette mesure est la circonférence d'origine de votre ballon. Vous voudrez comparer cela à la taille du ballon une fois que l'air à l'intérieur se réchauffe.
- 4Placez le ballon dans le récipient mais hors de l'eau. Cela permettra à la chaleur de l'eau de se transférer dans l'air à l'intérieur du ballon. Si le ballon ne rentre pas dans le conteneur, une autre option consiste à le placer au-dessus du conteneur. Le transfert de chaleur peut être un peu moins efficace, mais il aura toujours le même effet sur le ballon.
- 5Regardez le ballon grossir. L'augmentation de la température va forcer l'air à augmenter son volume, dilatant ainsi le ballon. Il semblera que le ballon grandit ou se gonfle à l'intérieur du récipient. Utilisez un autre morceau de ficelle pour mesurer la circonférence du ballon lorsqu'il est chauffé. Maintenant, vous pouvez le comparer à la circonférence d'origine.
- Ne laissez pas le ballon se dilater trop, car cela pourrait le faire éclater.
- 6Déplacez le ballon au congélateur. Maintenant que vous avez ajouté de la chaleur pour dilater le ballon, retirer la chaleur permettra au ballon de se dégonfler. Pour observer cela, vous devrez déplacer le ballon de la source de chaleur (votre récipient d'eau bouillante) vers un environnement froid. Assurez-vous que le ballon est complètement sec avant de le placer dans le congélateur. Vous devez laisser le ballon au congélateur pendant au moins deux heures avant de le retirer.
- 7Observez la taille du ballon. Lorsque vous retirez le ballon du congélateur, mesurez immédiatement la circonférence avec un troisième morceau de ficelle. De cette façon, vous pouvez le comparer à vos deux premières mesures. Il doit non seulement être plus petit que dans le récipient chaud, mais encore plus petit qu'il ne l'était lorsque vous l'avez gonflé pour la première fois. C'est parce que vous avez retiré la chaleur du gaz à l'intérieur du ballon, ce qui a forcé le gaz (et à son tour le ballon) à diminuer de volume.
Méthode 1 sur 3: démonstration de la loi de Charles avec un ballon gonflé.
Méthode 2 sur 3: démontrer la loi de Charles en agrandissant et en contractant un ballon
- 1Ajouter une petite quantité d'eau dans un erlenmeyer. Vous n'avez pas besoin de remplir le flacon. Moins vous ajoutez d'eau, plus vite vous pourrez la porter à ébullition. Cependant, assurez-vous d'ajouter suffisamment d'eau pour ne pas la faire bouillir trop rapidement. Environ 75 ml devraient faire l'affaire.
- 2Placer le ballon sur une plaque chauffante ou un brûleur. Cela servira de source de chaleur pour votre eau. Assurez-vous de chauffer l'eau jusqu'au point d'ébullition. Cela forcera l'air à se dilater hors du haut du ballon et générera également de la vapeur d'eau pour remplir le ballon.
- 3Mettez l'extrémité ouverte d'un ballon sur l'ouverture du flacon. N'oubliez pas que le ballon est en train d'être chauffé. Vous devez utiliser des gants pour éviter de vous brûler les mains lorsque vous fixez le ballon sur l'ouverture du flacon. Assurez-vous que le ballon est suffisamment enfoncé sur le col du ballon pour qu'il ne se détache pas facilement.
- Il peut être plus facile et plus sûr de mettre le ballon sur le ballon avant de chauffer l'eau.
- 4Observez l'expansion du ballon. Fixer le ballon au-dessus du ballon créera un joint et permettra seulement à l'air de se dilater dans le ballon. Cette expansion d'air dans le ballon entraînera l'expansion du ballon lui-même. Ne laissez pas le ballon devenir si gros qu'il éclate.
- 5Déplacez le ballon dans un bain de glace. Pour préparer le bain de glace, il suffit de mettre de l'eau et de la glace dans un récipient. C'est un moyen très simple et rapide de refroidir le contenu du flacon. Utilisez des gants pour transférer le ballon de la source de chaleur au bain de glace.
- 6Observer l'aspiration sur le ballon. Le refroidissement rapide du gaz à l'intérieur du ballon et du ballon entraînera une diminution du volume de gaz. Au fur et à mesure que le volume diminue, le volume du ballon diminue également, ce qui le fait rétrécir. Au fur et à mesure que le gaz se refroidit et se contracte encore plus, le volume de gaz diminue tellement que la pression à l'extérieur du ballon pousse le ballon complètement à l'intérieur du ballon.
Le refroidissement rapide du gaz à l'intérieur du ballon et du ballon entraînera une diminution du volume de gaz.
Méthode 3 sur 3: démontrer mathématiquement la loi de Charles
- 1Considérez les relations en jeu entre les propriétés des gaz parfaits. Il a été montré par Jacques Charles puis plus tard par Joseph Gay-Lussac que la température d'un gaz est directement liée au volume lorsque la pression et la masse du gaz restent constantes. Cela signifie que, pour un gaz donné, le volume de gaz divisé par la température du gaz donnera le même nombre pour chaque combinaison volume-température.
- 2Assurez-vous que vos unités sont correctes. Le volume doit être mesuré en litres. La température doit être mesurée en Kelvin. Si vos valeurs sont dans des unités différentes, vous devez utiliser l'analyse dimensionnelle pour les convertir dans les bonnes unités avant de continuer. Sinon, vos calculs ne seront pas corrects.
- 3Utilisez k pour construire votre équation. Le volume initial (V1) d'un gaz divisé par la température initiale (T1) de ce gaz est égal à une constante, k. Si le volume ou la température de ce gaz est modifié, les deux valeurs changeront de telle sorte que le nouveau volume (V2) divisé par la nouvelle température (T2) sera également égal à la même constante, k. Puisque V 1 /T 1 =k et V 2 /T 2 =k, V 1 /T 1 =V 2 /T 2.
- 4Résoudre l'équation de la variable inconnue. Lorsqu'on vous donne un problème à résoudre, on vous fournira certaines des mesures et on vous demandera de calculer une pièce manquante de l'équation. Analysez le problème pour toutes les valeurs données et placez-les dans la partie appropriée de l'équation. Une fois que vous avez toutes les valeurs connues dans votre équation, réorganisez simplement l'équation de sorte que votre valeur inconnue soit seule, puis faites l'arithmétique. Vous aurez utilisé la loi de Charles pour résoudre votre problème.
C'est parce que vous avez retiré la chaleur du gaz à l'intérieur du ballon, ce qui a forcé le gaz (et à son tour le ballon) à diminuer de volume.
- Essayez de chauffer un ballon froid dans de l'eau chaude du robinet et voyez s'il se dilate.
- Utilisez des ballons de fête au lieu de ballons d'eau. Les ballons d'eau sont faits pour éclater plus facilement.
- Notez que, lors de l'utilisation de la méthode «Démonstration de la loi de Charles en dilatant et en contractant un ballon», des mesures précises de la circonférence du ballon sont difficiles à effectuer. Cette méthode fonctionne mieux pour une démonstration purement visuelle.
- Vous pouvez utiliser un bouchon et une seringue au sommet d'un flacon au lieu d'un ballon. Lorsque l'air se dilate ou se contracte, il force le piston de la seringue vers le haut ou vers le bas. C'est une bonne application pour les laboratoires car vous pouvez mesurer le changement de volume avec plus de précision.
- Au lieu d'utiliser de la ficelle pour mesurer la circonférence du ballon, vous pouvez utiliser un ruban à mesurer.
- Attention à ne pas trop gonfler le ballon. Cela le fera éclater.
- Si vous utilisez de l'eau bouillante, soyez prudent. Vous pourriez facilement être brûlé.
Démonstration de la loi de Charles avec un ballon gonflé
- Ballons de fête
- Gobelet
- L'eau
- Source de chaleur
- Congélateur
- Chaîne
- Règle
Démontrer la loi de Charles en agrandissant et en contractant un ballon
- Erlenmeyer
- L'eau
- Plat chaud
- Ballon de fête
- Gants résistants à la chaleur
- Glace
Lisez aussi: Comment comprendre la théorie de la relativité?
Questions et réponses
- Si donné 277V/147,5 = 1, comment puis-je résoudre l'équation pour V?La première étape consiste à obtenir votre variable, V, d'un côté de l'équation et toutes vos valeurs connues de l'autre côté. Dans ce cas, vous commenceriez par multiplier les deux côtés de l'équation par 147,5. Cela vous donne 277V = 147,5. Ensuite, divisez les deux côtés de l'équation par 277 pour obtenir V = 147,2,577. Faire le calcul vous laisse avec V = 0,53. Comme vous pouvez le voir, cette équation ne contient aucune unité, ce qui est un problème. 0,53 L est très différent de 0,53 mL. Assurez-vous toujours d'inclure des unités pour toutes les valeurs lors de la résolution de l'équation.
- Pourquoi le ballon rétrécit-il à l'intérieur du congélateur?Le ballon se rétrécit à l'intérieur du congélateur car, comme l'explique la loi de Charles, l'air se contracte à des températures plus basses. La température plus froide ralentit la vitesse à laquelle les molécules d'air se déplacent à l'intérieur du ballon, ce qui signifie qu'il n'y a pas autant d'espace entre les molécules, ce qui provoque la contraction de l'air, et donc du ballon.
- Sur la base du résultat de l'activité, que pouvez-vous déduire de la relation entre le volume et la température et la pression constante?On peut en déduire que le volume est proportionnel à la température, étant donné une pression constante. C'est le cas des gaz parfaits. Cependant, pour les gaz réels, ce n'est pas tout à fait correct.
- Qu'arrive-t-il au ballon dans ces expériences?Lorsque vous chauffez l'air à l'intérieur du ballon, il se dilate pour prendre plus de volume. Cela pousse les parois du ballon vers l'extérieur, ce qui le rend plus gros. Lorsque vous refroidissez l'air à l'intérieur du ballon, c'est le contraire qui se produit. L'air se contracte pour prendre moins de volume, ce qui permet également aux parois du ballon de se contracter. Cela rend le ballon plus petit.
Questions sans réponse
- Quelle est la relation entre la loi de Charles Ballon?
- Quels sont les moyens de démontrer la loi de Boyle?
Les commentaires (5)
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