Travaux Pratiques de Physique

Expérience n°1

Expérience n°1 – Loi de Boyle-Mariotte et zéro absolu de température
Domaine: Thermodynamique des gaz
Lien avec le cours de Physique Générale:
Cette expérience est liée au chapitre suivant du cours de Physique Générale :
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Physique II, Chapitre 11:

Chaleur et température. Gaz, liquides, solides.

Objectif général de l’expérience
Cette expérience traite deux cas particuliers de la loi des gaz parfaits. Le premier objectif de l’expérience est de vérifier la loi de Boyle-Mariotte qui relie la pression et le volume d’un gaz parfait à température constante.
Le second objectif de cette expérience est de déterminer la valeur du zéro absolu de température à partir des lois de Gay-Lussac et de Charles qui relient respectivement le volume
(pression) à la température d’un gaz parfait à pression (volume) constant.

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Introduction

1.1) Loi de Boyle-Mariotte
Les expériences de Boyle (1662) et de Mariotte (1676) ont montré qu'à une température fixe T le produit de la pression P et du volume V d'un gaz est une constante, pour autant que deux conditions soient satisfaites: (i) la température doit être "suffisamment élevée" et (ii) la pression
"suffisamment faible". Cela signifie d'une part que le volume propre des particules qui constituent le gaz peut être négligé et d'autre part que ces particules sont sans interactions mutuelles
(exception faite des collisions). Alors le gaz est dit parfait et obéit à la relation :

P V = const .

(Eq. 1)

L’unité de pression du système international (SI) est le Pascal (Pa, 1 Pa = 1 N∙m-2 = 1 kg/(ms2)), mais dans cette expérience nous utiliserons le millimètre de mercure (mmHg). L’unité standard de volume est le mètre cube (m3), mais nous utiliserons ici le millimètre cube (mm3).
La loi de Boyle-Mariotte (Eq. 1) indique qu’une augmentation de la pression induit une diminution proportionnelle du volume.

1.2) Zéro absolu de température
Vers 1800,