177 – L’air chaud monte
L’air plus chaud pèse moins que l’air plus froid
Principe d’une montgolfière
Introduction à:
- Dilatation des gaz lorsqu’ils sont chauffés
- Équation d’état des gaz parfaits
- Flottabilité dans les gaz
Matériel:
- Récipient sous forme d’empreinte (environ 1/2 l, par exemple bouteille en plastique, verre à boire)
- Feuille d’aluminium, env. 1/2 m
- Élastique
- Ruban adhésif
- Règle (environ 30 cm de long)
- Goupille (cylindrique, sans bords)
- Blocs d’édition (blocs en bois (matériau cuboïde, dur, lisse) ou pièces de monnaie, hauteur env. 2,5 cm)
- Poids / pièces de masse pour équilibrer la balance (par exemple, écrous à vis, plusieurs pièces de monnaie)
- Bougie
- Briquet / Match
Montage:
Cylindre en aluminium :
- Mettez le papier d’aluminium sur le récipient et utilisez-le pour faire un cylindre creux d’un volume d’environ un demi-litre
- Fixez-y l’anneau en caoutchouc avec du ruban adhésif
Échelle de la règle :
- Fixez le stylo à la règle avec le ruban adhésif, à environ un tiers de la longueur
- Placez l’échelle de la règle sur les blocs de support sur le bord d’une table et accrochez l’anneau en caoutchouc avec le cylindre en aluminium sur l’extrémité la plus longue de la règle. Le cylindre en aluminium doit pouvoir se balancer librement à côté du bord de la table.
- Tarez la règle à l’aide des poids de sorte que le cylindre en aluminium n’ait qu’un léger surpoids minime.
Exécution:
- Tenez la flamme de la bougie sous l’ouverture du cylindre en aluminium.
Observation:
- Les écailles se dévissent, c’est-à-dire que le cylindre en aluminium se déplace vers le haut.
- Si vous enlevez à nouveau la flamme, l’éruption cutanée diminue.
Conseil:
- Pour vérifier, accrochez le cylindre en aluminium avec l’ouverture vers le haut sur l’échelle de la règle, cette fois l’échelle ne dévie pas.
Explication:
- L’air chaud dans le cylindre a une densité inférieure à celle de l’air environnant, de sorte que le cylindre subit une portance.
- L’air chaud dans le cylindre contient moins de particules que l’air plus froid qui s’y trouvait en premier. Il pèse donc moins.
- Dans l’équation d’état des gaz parfaits pV = NkT ce qui s’applique également approximativement à l’air, la pression p et le volume V sont constants. Ainsi, la température absolue T est indirectement proportionnelle au nombre de particules N.