In and Out : Démonstration de la loi de Boyle

Un projet scientifique rempli de pression de Science Buddies

Concepts clésPhysiqueGazPressionVolumeLoi de Boyle

Introduction Vous avez probablement déjà ouvert un soda et avez fait sortir le liquide pétillant de la bouteille, créant un énorme gâchis. Pourquoi cela arrive-t-il ? Cela a à voir avec le gaz carbonique qui est ajouté au liquide pour le rendre pétillant. L'ouverture de la bouteille libère la pression accumulée à l'intérieur, ce qui fait que le mélange gaz-liquide se précipite hors de la bouteille. Dans cette activité, vous démontrerez, à l'aide de ballons remplis d'air et d'eau, comment un gaz change de volume en fonction de sa pression.

Arrière-plan La différence entre les solides, les liquides et les gaz réside dans le comportement des particules (molécules ou atomes). Les particules dans les solides sont généralement étroitement tassées selon un motif régulier. Bien que les particules d'un liquide soient également proches les unes des autres, elles peuvent se déplacer librement. Les particules de gaz, cependant, sont largement dispersées et occupent beaucoup d'espace. Ils continuent de se propager à tout espace disponible. Cela signifie que contrairement aux liquides et aux solides, le volume d'un gaz n'est pas fixe. Robert Boyle, chimiste et physicien du XVIIe siècle, a découvert que le volume de gaz, c'est-à-dire l'espace qu'il occupe, est lié à sa pression, et vice versa. Il a découvert que si vous pressurisez un gaz, son volume se contracte. Si vous diminuez sa pression, son volume augmente.

Vous pouvez observer une application réelle de la loi de Boyle lorsque vous gonflez les pneus de votre vélo avec de l'air. Lorsque vous pompez de l'air dans un pneu, les molécules de gaz à l'intérieur du pneu sont comprimées et rapprochées. Cela augmente la pression du gaz et il commence à pousser contre les parois du pneu. Vous pouvez sentir comment le pneu devient pressurisé et plus serré. Un autre exemple est une bouteille de soda. Pour introduire du dioxyde de carbone dans le liquide, toute la bouteille est généralement pressurisée avec du gaz. Tant que la bouteille est fermée, il est très difficile de presser, car le gaz est confiné dans un petit espace et pousse contre les parois de la bouteille. Cependant, lorsque vous retirez le bouchon, le volume disponible augmente et une partie du gaz s'échappe. En même temps sa pression diminue.

Une démonstration importante de la loi de Boyle est notre propre respiration. Inhaler et expirer signifie essentiellement augmenter et diminuer le volume de notre cavité thoracique. Cela crée une basse et une haute pression dans nos poumons, ce qui fait que l'air est aspiré dans nos poumons et quitte nos poumons. Dans cette activité, vous créerez votre propre démonstration de la loi de Boyle.

Matériaux

Préparation

Procédure

Observations et résultats Avez-vous vu l'air à l'intérieur du ballon rempli d'air se contracter et se dilater ? Sans fermer le bout de la seringue avec votre doigt, vous pouvez facilement appuyer sur le piston. L'air peut s'échapper par l'ouverture à l'extrémité de la seringue. Mais lorsque vous fermez la seringue avec votre doigt, l'air ne peut plus s'échapper. Si vous appuyez sur le piston, vous augmentez la pression de l'air et ainsi l'air dans le ballon se contracte ou diminue de volume. Vous auriez dû voir le ballon rempli d'air se ratatiner et devenir plus petit. L'inverse se produit lorsque vous fermez l'ouverture de la seringue et tirez le piston vers l'arrière. Cette fois, vous diminuez la pression de l'air à l'intérieur de la seringue et son volume augmente. En conséquence, le ballon rempli d'air se dilate et grossit : une démonstration parfaite de la loi de Boyle !

Les résultats semblent différents avec le ballon rempli d'eau. Bien que vous comprimiez l'air à l'intérieur de la seringue lorsque vous appuyez sur le piston, l'eau à l'intérieur du ballon n'est pas comprimée. Le ballon reste de la même taille. Le ballon d'eau conserve également sa forme lorsque vous tirez sur le piston tout en fermant la pointe de la seringue. Contrairement aux gaz, les liquides ne sont pas compressibles car leurs particules sont déjà très proches les unes des autres. La loi de Boyle ne s'applique qu'aux gaz.

Si vous avez également rempli la seringue avec de l'eau, vous devriez quand même avoir vu le ballon rempli d'air rétrécir en poussant le piston dans la seringue. Le ballonnet rempli d'air devrait également s'être dilaté lorsque vous avez retiré le piston alors que la pointe de la seringue était fermée. Vous avez peut-être remarqué, cependant, que vous n'étiez pas en mesure de pousser et de tirer le piston aussi loin que vous le pouviez avec la seringue remplie d'air. Ceci est encore une fois dû au fait que les liquides ne peuvent pas être comprimés comme les gaz. Vous auriez dû observer cela également lorsque vous essayez d'enfoncer ou de retirer le piston dans la seringue remplie d'eau avec le ballonnet rempli d'eau. Il était probablement impossible de faire entrer et sortir le piston !

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Cette activité vous est proposée en partenariat avec Science Buddies

Allison Parshall

Emily Waltz et le magazine Nature

Thomas Frank et E&E News

Kiley Price et LiveScience

Tariq Malik et SPACE.com

Phil Plait | Avis