Fiche de cours

Déterminer une masse volumique expérimentalement- Seconde- Physique Chimie

Lycée > Seconde, Première STMG > Physique Chimie > Déterminer une masse volumique expérimentalement- Seconde- Physique Chimie

Fiche de cours
Quiz et exercices
Vidéos et podcasts

Objectif

Déterminer une masse volumique d'un liquide ou d'un solide.

Points clés

La masse volumique d'un solide ou d'un liquide peut être déterminée avec une balance et une éprouvette graduée.
La masse volumique de l'eau liquide pure est égale à 1 kg/L ou 1 g/mL (car ).
La masse volumique ρ d'un corps (solide, liquide ou gazeux) se calcule grâce à la masse m de ce corps et le volume V occupé par ce corps, selon la relation .

Pour bien comprendre

Calcul du volume de solides simples
Les unités de volume – conversions
Proportionnalité

1. Qu'est-ce que la masse volumique ?

La masse volumique d'un corps est la masse de ce corps par unité de volume.

Autrement dit, la masse volumique d'un corps est égale au rapport de la masse de ce corps par le volume occupé par cette substance.

Dans le système international, une masse volumique notée ρ (lue rhô) s'exprime en kg/m³.

On a donc une relation de proportionnalité entre m et V.

avec, dans le système international :

m la masse du corps, en kilogramme (kg)
V le volume occupé par ce corps (solide, liquide ou gazeux), en mètre cube (m³)
ρ la masse volumique de ce corps, en kilogramme par mètre cube (kg/m³)

Pour connaitre la masse volumique d'un corps, il faut pouvoir le peser et mesurer son volume.

Exemple
0,05 m³ de fer pèse 393 kg.
La masse volumique du fer est donc :

Cela signifie que 1 m³ de fer pèse 7860 kg.

Remarque
La masse se mesure avec une balance et le volume peut se mesurer avec une éprouvette.

2. La masse volumique d'un solide

a. La masse d'un solide

Dans le cas où le corps est solide, une balance permet facilement de trouver sa masse.

Remarque
Il faut bien exprimer la masse en kilogramme si on souhaite avoir une masse volumique en kg/m³.

b. Le volume d'un solide

Le volume d'un solide peut être déterminé par immersion dans un liquide (généralement l'eau).

Pour cela la méthode suivante.

Méthode

On verse un volume dans une éprouvette graduée.
Le corps est plongé dans l'éprouvette inclinée en le faisant glisser le long de la paroi (pour éviter les éclaboussures).
Il suffit ensuite de lire le nouveau volume sur l'éprouvette graduée.
La différence avec le volume initial donne le volume du corps.

Remarque
Il faut bien exprimer le volume en m³ si on souhaite avoir une masse volumique en kg/m³.

Exemple

On verse un volume V₁ de 100 mL dans l'éprouvette graduée.
On plonge le corps dont on veut connaitre le volume.
On lit : V₂ = 125 mL.
On calcule :
V₂ – V₁ = 125 – 100 = 25 mL.

Le solide étudié a donc un volume égal à 25 mL.

On convertit en m³ :

V = 25 mL = 25 cm³, car 1 mL = 1 cm³
V = 25 × 10^–⁶ m³, car 1 cm³ = 10^–⁶ m³

Montage pour mesurer le volume d'un solide

c. La masse volumique d'un solide

Le calcul de la masse volumique est alors réalisé avec la formule suivante.

avec :

ρ la masse volumique du corps
m la masse du corps mesurée avec la balance
V le volume du corps mesuré par son immersion dans un liquide (égal à V₂ – V₁)

Exemple 1

Exemple 2
Soit une substance qui a une masse égale à 3,93 kg et un volume égal à 0,5 dm³, donc égal à 0,5 L après conversion.

La formule de la masse volumique est :

On se réfère au tableau ci-dessous qui relie espèce chimique et masse volumique.

Métal	Or	Argent	Cuivre	Plomb	Aluminium	Fer	Zinc
Masse volumique (en kg/L)	19,3	10,5	8,9	11,3	2,7	7,9	7,1

La substance étudiée est donc ici du fer.

3. La masse volumique d'un liquide

Dans le cas où le corps étudié est liquide, la masse et le volume peuvent être facilement trouvés à l'aide d'une balance et d'une éprouvette.

Le mode opératoire est le suivant.

Méthode

Déposer une éprouvette sur une balance.
Tarer la balance à 0.
Lire la masse et le volume pour calculer la masse volumique du liquide étudié.
- Remplir l'éprouvette d'un volume quelconque de liquide.
- Lire la masse donnée par la balance.
- Lire le volume en respectant la place de l’œil pour éviter les erreurs.
- Calculer la masse volumique du liquide étudié en sachant que : .

Montage pour calculer la masse volumique d'un liquide

Exemple – La masse volumique de l'eau pure (eau distillée).

On a placé l'éprouvette graduée sur la balance.
On a effectué une tare.
Après avoir rempli l'éprouvette d'un volume quelconque d'eau distillée :
- on lit sur la balance m = 145,6 g.
- on lit sur l'éprouvette V = 145 mL = 0,145 L.
- on calcule la masse volumique en appliquant la formule :
  .
  Dans 1 L, il y a 1000 mL et dans 1 kg, il y a 1000 g.
  
  On a donc, en faisant un produit en croix :
  .

Cela revient donc à écrire que la masse volumique de l'eau pure est égale à 1 kg/L.

Remarque
La valeur de la masse volumique de l'eau est à retenir en considérant qu'elle a été mesurée dans des conditions de température et de pression « normales » (c'est-à-dire à 22 °C et à la pression atmosphérique).

4. La masse volumique d'un gaz

La détermination de la masse volumique d'un mélange gazeux est un peu plus compliquée, car un gaz est généralement invisible.

Il a cependant une masse tout en occupant un certain volume.

Remarque
La masse de 1 L d'air (mélange de dioxygène, de diazote et d'autres gaz) est de l'ordre de 1 g.
On a ainsi : ρ(air) = 1 g/L.

Évalue ce cours !

Note 4.2 / 5. Nombre de vote(s) : 75

Des quiz et exercices pour mieux assimiler sa leçon

La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des quiz et exercices en accompagnement de chaque fiche de cours. Les exercices permettent de vérifier si la leçon est bien comprise ou s’il reste encore des notions à revoir.

S’abonner

Des exercices variés pour ne pas s’ennuyer

Les exercices se déclinent sous toutes leurs formes sur myMaxicours ! Selon la matière et la classe étudiées, retrouvez des dictées, des mots à relier ou encore des phrases à compléter, mais aussi des textes à trous et bien d’autres formats !

Dans les classes de primaire, l’accent est mis sur des exercices illustrés très ludiques pour motiver les plus jeunes.

S’abonner

Des quiz pour une évaluation en direct

Les quiz et exercices permettent d’avoir un retour immédiat sur la bonne compréhension du cours. Une fois toutes les réponses communiquées, le résultat s’affiche à l’écran et permet à l’élève de se situer immédiatement.

myMaxicours offre des solutions efficaces de révision grâce aux fiches de cours et aux exercices associés. L’élève se rassure pour le prochain examen en testant ses connaissances au préalable.

S’abonner

Des vidéos et des podcasts pour apprendre différemment

Certains élèves ont une mémoire visuelle quand d’autres ont plutôt une mémoire auditive. myMaxicours s’adapte à tous les enfants et adolescents pour leur proposer un apprentissage serein et efficace.

Découvrez de nombreuses vidéos et podcasts en complément des fiches de cours et des exercices pour une année scolaire au top !

S’abonner

Des podcasts pour les révisions

La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des podcasts de révision pour toutes les classes à examen : troisième, première et terminale.

Les ados peuvent écouter les différents cours afin de mieux les mémoriser en préparation de leurs examens. Des fiches de cours de différentes matières sont disponibles en podcasts ainsi qu’une préparation au grand oral avec de nombreux conseils pratiques.

S’abonner

Des vidéos de cours pour comprendre en image

Des vidéos de cours illustrent les notions principales à retenir et complètent les fiches de cours. De quoi réviser sa prochaine évaluation ou son prochain examen en toute confiance !

S’abonner

Profs en ligne

Découvrez le soutien scolaire en ligne avec myMaxicours

Plongez dans l'univers de myMaxicours et découvrez une approche innovante du soutien scolaire en ligne, conçue pour captiver et éduquer les élèves de CP à la terminale. Notre plateforme se distingue par une riche sélection de contenus interactifs et ludiques, élaborés pour stimuler la concentration et la motivation à travers des parcours d'apprentissage adaptés à chaque tranche d'âge. Chez myMaxicours, nous croyons en une éducation où chaque élève trouve sa place, progresse à son rythme et développe sa confiance en soi dans un environnement bienveillant.

Profitez d'un accès direct à nos Profs en ligne pour une assistance personnalisée, ou explorez nos exercices et corrigés pour renforcer vos connaissances. Notre assistance scolaire en ligne est conçue pour vous accompagner à chaque étape de votre parcours éducatif, tandis que nos vidéos et fiches de cours offrent des explications claires et concises sur une multitude de sujets. Avec myMaxicours, avancez sereinement sur le chemin de la réussite scolaire, armé des meilleurs outils et du soutien de professionnels dédiés à votre épanouissement académique.

EXERCE-TOI EN T'ABONNANT