Leçon Teach
Pression et volume d’un gaz : petite capsule, grosse pression
Expérimente avec un modèle du gaz parfait pour dimensionner une chambre d’échantillon scellée, puis applique la relation à un nouveau cas. Aborde la loi de Boyle-Mariotte. Uniquement dans le navigateur : ni laboratoire ni matériel de classe.
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Objectifs d’apprentissage
Utiliser un modèle du gaz parfait pour prédire comment la pression varie quand le volume change à température fixe.
Justifier une relation entre pression et volume à l’aide de valeurs du modèle choisies.
Choisir et justifier une conception qui respecte plusieurs contraintes numériques.
Appliquer la relation à un nouveau point de départ et dire ce qu’un modèle ne peut pas établir sur les gaz réels.
Aperçu de l’activité élève
Contenu de l’activité
Aperçu uniquement. Lors d’une séance, les élèves peuvent saisir leurs réponses et remettre leur travail à l’enseignant.
La mission
Version texte de l’investigation
Un drone de recherche doit rapporter un échantillon d’air scellé, mais la chambre est trop grande pour sa soute de retour. Trouve le plus petit volume, en millilitres entiers, qui respecte les règles de pression de la mission.
Chaque nombre de cette leçon vient d’un modèle du gaz parfait. Rien ici n’est mesuré sur du matériel réel. Tu peux expérimenter avec le modèle et t’en servir pour prendre une décision, mais ses valeurs ne peuvent pas montrer que les gaz réels obéissent à la règle sur laquelle le modèle est construit.
Cette version a les mêmes questions que la version interactive et fonctionne sans graphismes. Réponds à chaque question avant de lire la suite : rien sur cette page ne t’empêche de lire en avance, et ton enseignant peut voir que tu as utilisé cette version.
1. Prédire avant d’observer
3 min
La chambre scellée commence à 60 mL et 100 kPa de pression absolue. Une gaine thermique maintient le gaz à 293 K (environ 20 °C).
Première prédiction
À 30 mL, quelle pression prédis-tu ? Pourquoi ? Explique ce que diviser le volume par deux pourrait changer.
Protocole de test équitable
Quel protocole isole l’effet du volume ?
Vérifie ton protocole
Garde le joint fermé et la température fixe. Ouvrir la valve change la quantité de gaz ; chauffer change la température. Dans les deux cas, tu ne pourrais plus isoler l’effet du volume.
2. Un test équitable pour ton idée
4 min
Valeurs du modèle idéal, calculées et non mesurées
Choisis au moins quatre valeurs, dont 60 mL et 30 mL, qui te donnent deux sauts égaux de volume. Recopie-les dans le tableau.
- 60 mL → 100,0 kPa
- 55 mL → 109,1 kPa
- 50 mL → 120,0 kPa
- 45 mL → 133,3 kPa
- 40 mL → 150,0 kPa
- 35 mL → 171,4 kPa
- 30 mL → 200,0 kPa
Ce sont des valeurs stabilisées pour une quantité fixe de gaz à 293 K. Lors d’une vraie compression rapide, le gaz peut se réchauffer un instant ; ce modèle ne le montre pas.
Tes valeurs du modèle (modèle idéal, non mesurées)
Note les valeurs que tu as choisies, une par ligne. Laisse les autres lignes vides.
| Volume mL | Pression du modèle kPa |
|---|---|
Deux sauts égaux
Quand le volume diminue en deux sauts égaux, de combien la pression augmente-t-elle à chaque saut ? Qu’est-ce que cela dit de ta prédiction ?
3. D’une tendance à une prédiction
4 min
Relation proposée
Selon toi, quelle grandeur reste constante ?
Ta justification
Justifie ta relation avec deux observations enregistrées.
Prédiction à 24 mL
Utilise ta relation : quelle pression prédis-tu à 24 mL, en dehors des volumes que tu as testés ?
Explication avec les particules
Pourquoi la pression augmente-t-elle à température constante ?
Vérifie ta réflexion
À 24 mL, le modèle donne 250 kPa : P × V reste à 6000 kPa·mL pour la même quantité de gaz et la même température. P + V change (100 + 60 = 160, 200 + 30 = 230), et P ÷ V aussi.
Les particules heurtent chaque zone de la paroi plus souvent. Elles ne rapetissent pas et, à température fixe, elles gardent la même vitesse moyenne.
Ici, la pression est absolue : mesurée par rapport au vide, pas par rapport à l’air ambiant.
4. Jusqu’où peux-tu réduire ?
4 min
Choisis le plus petit volume entier qui respecte les trois règles. Ces limites appartiennent à ce défi de conception fictif.
- La soute à échantillon contient au maximum 40 mL.
- La limite de pression absolue est de 180 kPa.
- Laisse au moins 10 kPa de marge sous cette limite.
Calcule P = 6000 ÷ V, puis marge = 180 − P. Garde chaque essai dans tes notes.
Ton volume
Quel est le plus petit volume entier qui respecte les trois règles ?
Pourquoi un volume plus petit échoue
Pourquoi un volume entier en mL plus petit échouerait-il ? Utilise les nombres de ce défi.
Vérifie ta conception
36 mL donne 166,7 kPa et 13,3 kPa de marge. 35 mL donne 171,4 kPa et seulement 8,6 kPa de marge. Ce sont des règles de conception pour la classe, pas une certification de sécurité pour un quelconque appareil.
5. Ce que ce modèle peut et ne peut pas te dire
2 min
Tu as utilisé une relation inverse pour prendre une décision. Le modèle a été construit avec P × V constant : expérimenter avec lui ne pouvait donc pas tester cette règle sur un gaz réel. Une vraie seringue le pourrait. Ton enseignant peut te proposer la leçon Boyle de LabsLand, où tu travailles avec des mesures enregistrées sur du matériel réel.
Réflexion
Quelle observation te ferait douter de ce modèle ? (Facultatif)
Une dernière question
3 min
Cette question porte sur une vraie seringue, pas sur le modèle. Elle n’a ni indices ni correction automatique. Ton enseignant lit ton raisonnement.
Une vraie seringue commence à 86 kPa avec 60 mL d’air enfermé, à température fixe.
Valeur attendue à 30 mL
Quelle valeur attends-tu à 30 mL ?
Valeur attendue à 45 mL
Quelle valeur attends-tu à 45 mL ?
Ton raisonnement
Explique comment tu as obtenu ces valeurs.
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