Mesure de gamma(Clément-Desormes)
Principe :
Etat initial : On utilise un grand récipient de volume V rempli de gaz
à la pression ambiante p0 = 101300 Pa = 1 Atm et à température ambiante
T0 = 300 K. Le récipient contient donc n0 môles de gaz et on a :
p0.V
= n0RT0 (R = 0,082 atm.l.K-1).
Compression
: Avec une pompe, on augmente la pression du gaz de façon isotherme (état
1).
p1.V
= n1RT0
Un manomètre à mercure
permet de mesurer la surpression Dp1 =
p1 - p0
La dénivellation h du manomètre est reliée à
la surpression par la relation :
Dp.101300 =
13550.9,81.h
Détente adiabatique : On ouvre rapidement une
soupape et la pression du gaz revient à la pression ambiante et :
p1.V g
= p0.V2 g (1)
Le
nombre de môles de gaz restant est n2 = n1V/V2. La
température du gaz va évoluer vers la température ambiante et la pression finale
sera p2.V
= n2RT0 . La surpression Dp2 =
p2 - p0 correspond à la dénivellation h2 du
manomètre.
Comme l'état 1 et l'état final correspondent à la même température
T0, on a p1.V
= p2.V2 (2)
De
(1) et (2), on tire : (p1/p2)g
= p1/p0. Les surpressions étant faibles devant p0,
on en déduit que : g
= h1/(h1
- h2).
Remarques
:
+ Plus la surpression est importante et moins la détente risque
d'être adiabatique. Il faut trouver un compromis entre la petitesse de la dénivellation
et la précision de sa mesure.
+ Il est aussi possible de travailler en dépression.
Données numériques : p0 = 101300 Pa = 1 Atm
; T0 = 300 K; V = 25 litres ; masse volumique du mercure 13,55 g/cm3.
On peut montrer que g = Cp/cv = Mv2
/ RT. (M = masse molaire du gaz, R constante des gaz parfaits = 8,82 J.mol-1.K-1).
Il est possible de déduire g de la mesure
de la vitesse du son dans le gaz. La méthode de Rückhardt
est aussi utilisable.
Utilisation :
Cliquez sur le bouton [Pompe] pour accroître la pression dans le récipient.
Cliquez
ensuite sur le bouton [Stop] . Limiter la surpression à environ 4 cm
de mercure. Noter sa valeur h1. Cliquez sur le bouton [Détente] .
La brusque variation de pression provoque des oscillations amorties du manomètre.
Quand la température atteint la température ambiante, noter la valeur de la
surpression h2. En déduire la valeur
de gamma pour le gaz contenu dans le récipient.
Retour au menu thermodynamique.