Décrire un fluide avec la pression, la température et la masse volumique
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- Décrire un fluide à l’échelle microscopique.
- Décrire un fluide à l’échelle macroscopique.
- Connaitre la pression, le volume et la température et leur interprétation microscopique.
- Utiliser la formule de la masse volumique d’un fluide.
- Un fluide est un liquide ou un gaz.
- Pour un fluide au repos à l’échelle macroscopique, les particules du fluide à l’échelle microscopique sont en mouvement permanent.
- On décrit un fluide à l’échelle macroscopique à l’aide de trois grandeurs : la pression, la température et la masse volumique.
- Chacune de ces grandeurs peut-être interprétée à l’échelle microscopique par le comportement des particules constitutives du fluide.
- La masse volumique d’un fluide est égale au rapport de la masse du fluide sur son volume.
- Grandeurs macroscopiques caractérisant un fluide au repos
- Lien entre les grandeurs macroscopiques et le comportement microscopique
- Masse volumique
Les liquides ou les gaz sont des fluides. À notre échelle (appelée échelle macroscopique), ils ont la propriété de ne pas avoir de forme propre, à la différence des solides.
Un liquide prend la forme du récipient qui le contient tandis qu’un gaz occupe tout l’espace qu’on lui propose.
Volume occupé par un gaz et par un liquide
Un fluide au repos n’a pas de mouvement propre, il est immobile. Par contre, à l’échelle microscopique, les particules constitutives du fluide sont en mouvement permanent.
Mouvement des particules dans un gaz et dans un liquide
Les liquides sont des fluides incompressibles car leur volume ne varie pas si on leur applique une force pressante, tandis que les gaz sont des fluides compressibles : leur volume varie.
Pour décrire un fluide au repos au niveau macroscopique, on définit trois grandeurs macroscopiques.
- La température notée T et exprimée en degré celsius (°C).
- La pression notée P et exprimée en pascal (Pa).
- La masse volumique notée
et exprimée en kilogramme
par mètre cube (kg·m–3).
La pression peut être mesurée dans d’autres unités plus couramment utilisées :
- le bar en plongée sous-marine : 1 bar = 1 × 105 Pa ;
- l’hectopascal en météorologie : 1 hPa = 1 × 102 Pa.
Les deux premières grandeurs peuvent être mesurées : la température avec un thermomètre et la pression avec un manomètre.
La masse volumique est égale au rapport de la masse du fluide m sur son volume V. Elle est définie par la formule suivante.
|
avec :
|
la masse volumique
du fluide, en kilogramme par mètre cube
(kg·m–3)
La formule de la masse volumique peut être aussi utilisée pour calculer un volume ou une masse, à partir de la connaissance de la masse volumique.
La masse volumique peut être exprimée dans une autre unité, utilisée en chimie : le gramme par litre, tel que 1 g·L–1 = 1 kg·m–3.
Les grandeurs macroscopiques correspondent chacune à un comportement microscopique particulier des particules qui composent le fluide.
La température est une mesure macroscopique de l’agitation des particules à l’échelle microscopique. Plus la vitesse d’agitation des particules est grande et plus la valeur de la température est grande.
La pression est une mesure macroscopique des chocs des particules entre elles ou sur les parois du récipient qui contient le fluide. Plus les chocs sont nombreux et plus la pression est élevée.
La masse volumique est une mesure macroscopique de la distance entre les particules à l’échelle microscopique. Plus les particules sont proches les unes des autres et plus la masse volumique est grande.
Le gaz étant un état dispersé et le liquide étant un état condensé, la masse volumique d’un gaz est toujours inférieure à celle d’un liquide.
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