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Niveau école ingénieur
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La loi de Charles VS une expérience

Posté par
neww
28-02-11 à 20:26

Bonjour,

Ma question doit surement être ridicule mais je n'arrive pas à résoudre ce "mystère".
Si je ne me trompe pas, la loi de Charles dit que la pression d'un gaz de volume constant est directement proportionellle à sa température.
Or sur YouTube j'ai regardé une petite vidéo dans laquel quelqu'un met un bout de papier enflammé dans une bouteille, puis la referme avec une petite balle dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du goulot de la bouteille.
La flamme ne tarde pas à s'éteindre quelques secondes après par manque d'oxygène.
Cela dit, encore une seconde plus tard la balle est aspirée dans la bouteille avec un petit bruit "blop".
Si l'augmentation de température du volume constant enfermé dans la bouteille a provoqué une augmentation de la pression, pourquoi la balle a-t-elle été aspirée???
J'ai téléchargé cette vidéo mais je ne vous met pas de lien vers YouTube car je crois que c'est interdit (en plus je la retrouve plus lol).

Merci de votre aide

Posté par
Heroes31
re : La loi de Charles VS une expérience 28-02-11 à 22:37

Bonsoir.

Effectivement, l'une des formulation de la loi de Charles relie directement la pression d'un gaz à sa température absolue.

Ceci dit, dans ton cas, tu as affaire à de l'air, donc un mélange de gaz. Il faut donc tenir compte des pressions partielles de chaque gaz (Diazote et Dioxygène).

Comme en plus, au final, le Dioxygène a été remplacé par du Dioxyde de Carbone et par de l'eau vapeur, sûrement légèrement refroidit ensuite, il y a eu variation de la quantité de matière.

Je crois que l'équation de combustion du papier est la suivante :
4 (C6H11O5)n + 25n O2 24n CO2 + 22n  H2O


Si tant est qu'il y ait suffisamment d'eau liquide, une fraction du CO2 s'y aura sûrement dissout. Ce qui fait aussi chuter sa pression partielle.

De plus, je pense surtout que la bouteille ne soit calorifugée, donc pertes de chaleur non négligeables. Puisque T baisse, alors p aussi et il doit quand même y avoir de légères fuites de gaz...

Et si sous l'effet de la chaleur, la balle se déformait légèrement... Vue que je connais cette expérience mais avec un oeuf cuit dur qui finit par être aspiré dans la bouteille en se déformant, bien sûr...


Je pense que tout ceci devrait te donner des pistes de réflexion sur cette expérience...

- à moins que je ne me trompe, c'est possible... -

Posté par
neww
re : La loi de Charles VS une expérience 01-03-11 à 07:24

Merci beaucoup pour votre aide c'est super sympa!
En effet les conditions de cet expérience doivent mettre en jeu d'autres phénomènes que la température du gaz.
Cela dit tu donne une autre piste d'interprétation...dis moi si je me trompe:
la température du gaz est élevé avant de mettre la balle.
Ensuite lorsque l'on pose la balle la flamme ne tarde pas à s'éteindre.
Ce n'est que quelques secondes plus tard, quand la température a diminuée, que la balle est aspirée.
Est ce que ce serait cette diminution qui causerait la diminution de pression?
Cela di si je ne me trompe pas il faut que cette pression soit inférieure à la pression atmosphérique pour que la balle soit aspirée...d'après toi c'est possible?...

Merci encore.
Cordialement

Posté par
neww
re : La loi de Charles VS une expérience 01-03-11 à 09:33

Finalement je crois avoir trouvé la réponse ce matin. (N'ouvliez pas de me dire ce que vous pensez de l'hypothèse ci dessus!)
La condensation de la vapeur d'eau produite par la combustion contre les parois froides de la bouteille de verre crée une diminution de son volume de l'ordre de 1/1000, d'où un effet d'aspiration, par diminution du volume.
On est donc loin de la loi de Charles...
Qu'en pensez vous?
C'est encore sur YouTube que j'ai trouvé la réponse (tapez "CSAV Hawaii: Best Science Magic Trick Candle & Water")

Cordialement

Posté par
Heroes31
re : La loi de Charles VS une expérience 01-03-11 à 22:21

Bien sûr que c'est possible... Voir le principe de vol d'un avion et du profil d'aile...
Tiens une feuille devant ta bouche, souffle au-dessus, elle s'élève parce que la pression au-dessus est inférieure à la pression atmosphérique.

C'est d'ailleurs aussi pour ça que deux camions qui roulent côte à côte ont tendance à se rapprocher, y'a qu'à voir la surface de chaque camion pour comprendre la force s'exerçant, par la pression atm.

Tu dois également connaître cette expérience sur la pression qui consiste à remplir à ras bord un verre d'eau, de poser une feuille dessus, de retourner le verre et "magie", l'eau ne s'échappe pas !

Je te cite un dernier exemple... Ouvre la porte de ton frigo un instant et referme la de suite. Essaye de l'ouvrir de nouveau, tu vas voir qu'il te faut plus de force pour l'ouvrir. Ceci est lié au changement de température et à la légère variation de quantité d'air présent dans ton frigo qui fait qu'après refroidissement, la pression dans ton frigo a chuté, donc une différence de pression sur la porte plus importante et qu'elle est aspirée.
D'ailleurs, c'est pour cela qu'on pressurise au décollage les avions de lignes, du fait des écarts de pression sur les portes/soutes, ...


Je n'avais pas souligné dans mon post précédent la diminution de volume alloué au gaz de part l'eau liquide, j'avais jugé cette variation négligeable... Mais peut-être rendre-t-elle en ligne de compte dans l'aspiration.

De plus, comme tu l'as dit, la balle est posée après, donc le système au départ n'est pas fermé mais ouvert... Admettons que la température d'équilibre soit (presque) atteinte et qu'on dépose la balle. La combustion diminue puisque la quantité de Dioxygène diminue, donc je pense que la température chute déjà...

Après, comme je te l'ai dit, il me semble bien (souvenir de fac...) que la variation de pression s'explique par la "taille" des molécules rendant compte de la pression partielle de chaque gaz. Maintenant, cela fait presque 8 ans que j'ai décroché mon diplôme d'enseignant, donc j'ai un peu perdu la main en thermodynamique... surtout statistique...

Je pense que JED ou Marc (ou quelqu'un d'autre, pour ne vexer personne ) devrait peut-être plus nous éclairer sur ceci...



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