La masse volumique d'un corps est la masse de ce corps par unité de volume. La masse volumique est une des caractéristiques de chacun des corps purs. Exemple La masse volumique de l'eau pure est égale à 1 kg/L. Cela signifie que 1 L d'eau pèse 1 kg. Tous les corps purs, qu'ils soient solides, liquides ou gazeux, ont une valeur de masse volumique. Cette valeur dépend de la température et de la pression. Exemples de masses volumiques État Espèce chimique Masse volumique (en g/L) Solide Carbone (graphite) 2250 Fer 7860 Liquide Éthanol 790 Huile 900 Gazeux Air à 0 ° C 1, 293 Air à 20 ° C 1, 204 Dans le système international, une masse volumique notée ρ (lue rhô) s'exprime en kg/m 3. On a donc une relation de proportionnalité entre m et V. avec: m la masse du corps, en kilogramme (kg) V le volume occupé par ce corps (solide, liquide ou gazeux), en mètre cube (m 3) ρ la masse volumique de ce corps, en kilogramme par mètre cube (kg · m – 3) Dans des conditions normales (20 ° C – pression atmosphérique), un volume V = 1 L = 0, 001 m 3 d'air a une masse m = 1, 2 g = 0, 0012 kg.
Exemple: Flaque d'huile sur l'eau La masse volumique de l'huile est inférieure à celle de l'eau donc elle flotte sur l'eau. La masse volumique d'un corps solide ou liquide dépend de sa température. Elle est déterminée par la formule suivante: Remarque: Très souvent, on ne donne pas la masse volumique d'un corps mais sa densité. Pour les liquides ou les solides, la densité d est le rapport de la masse volumique du corps par rapport à la masse volumique de référence qui est celle de l'eau. Cependant, la masse volumique de l'eau est de 1 kg/L (ou 1000 kg/m 3) donc connaître la densité c'est connaître la masse volumique du corps. La densité et une grandeur sans unité. II- Utilisation de la masse volumique Démarche d'investigation: Quel est ce métal? Grâce à la relation de la masse volumique, on peut calculer la masse ou le volume d'un corps connaissant au moins deux des trois grandeurs. Exemple: Quelle est la masse en gramme de 10 mL d'aluminium de masse volumique égale à 2700 kg/m 3? ρ =m/V => m = ρ x V ρ =2700 kg/m 3 = 2, 7 kg/L = 2, 7 g/mL AN: m = 2, 7 x 10 = 27 g On peut également différencier deux espèces chimiques semblables à l'œil nu en déterminant leur masse volumique afin de les comparer aux masses volumiques connues.
Pour les liquides et les gaz la masse volumique est souvent exprimée en gramme par litre (unité notée g/L ou g. L -1). Pour les solides les unités utilisées sont souvent le gramme par décimètre cube (g/dm 3 ou 3) ou le kilogramme par mètre cube (kg/m 3 ou kg. m 3) La masse volumique est une grandeur composée (elle définie comme le rapport de deux autres grandeurs) et elle ne peut donc par être convertie directement comme on pourrait le faire pour des unités de bas telles que le mètre, le gramme ou le litre pour lesquelles on peut utiliser un tableau de conversion. La méthode universelle de conversion consiste à décomposer la masse volumique comme un rapport d'une masse et d'un volume (même si aucune valeur n'est donnée et même si l'on ne se réfère à aucun échantillon de matière en particulier). Une fois ceci fait on convertit la masse dans sa nouvelle unité (en suivant la méthode habituelle de conversion de masse) puis le volume. Il ne reste plus qu'à calculer à nouveau la masse volumique avec les nouvelles valeurs de masse et de volume, le résultats correspond à l'expression de la masse volumique dans sa nouvelle unité.
GAZ PARFAIT – MASSE VOLUMIQUE I. ÉQUATION D'ÉTAT DES GAZ PARFAITS On démontrera dans le cours de thermodynamique physique que l'équation d'état des gaz parfaits peut se mettre sous la forme: PV = nRT Attention aux unités. C'est une formule de physique. On utilise systématiquement les unités du système international: la température T en kelvin (K), la pression en pascal (Pa), le volume en m3; n en mol et R = 8, 314 J. Dans les CNTP (conditions normales de température et de pression): P = 1 atm = 1013, 25 hPa = 760 mm de Hg = 1013, 25 mbar (puisque 1 bar = 105 Pa); T = 0°C = 273 K. Le volume molaire vaut V RT 8, 314 × 273 Vm = = = = 22, 4 × 10−3 m3 =22, 4 L n P 101325 Remarque: On justifiera plus tard l'unité de R. On retient pour l'instant par cœur: J. II. MÉLANGE IDÉAL DE GAZ PARFAITS II. 1 Définition Un mélange idéal de gaz parfaits est un mélange de gaz parfaits tel qu'il peut être considéré lui-même comme un gaz parfait. On a k constituants. Soit n le nombre total de moles gazeuses et ni le nombre de moles de molécules d'un constituant i. k On appelle P la pression du mélange, V son volume et T sa température.
Une molécule de butane est composée de 4 atomes de carbone et de 10 atomes d'hydrogène. Une molécule de propane est composée de 3 atomes de carbone et de 8 atomes d'hydrogène. Dans des conditions normales de température (15°C) et de pression (1 bar), les gaz butane et propane sont naturellement gazeux. Ils peuvent être liquéfiés à faible pression. C'est cet état liquide qui permet de les manipuler, transporter et stocker facilement. Ainsi: 1 litre de butane liquide libère 239 litres de gaz (15 °C – 1 bar) 1 litre de propane liquide libère 278 litres de gaz (15 °C – 1 bar) Les gaz butane et propane se différencient l'un de l'autre par la température et la pression auxquelles ils passent de l'état gazeux à l'état liquide. Données chiffrées Masses volumiques Masse volumique du butane Masse volumique du propane Données de combustion Le butane et le propane ont un pouvoir calorifique élevé et constant. Le butane offre un pouvoir calorifique inférieur (PCI) de 12, 66 kWh par kg pour un pouvoir calorifique supérieur (PCS) de 13, 7 kWh par kg Le propane offre un PCI de 12, 78 kWh par kg et un PCS de 13, 8 kWh par kg.
Pour les fluides compressibles (air, gaz, vapeurs, etc. ), les paramètres " volume, masse volumique, viscosité ", varient de façon très sensible en fonction de la pression et de la température d'utilisation.
Loi d'Amagat [ modifier | modifier le code] La loi d'Amagat (ou loi d'additivité des volumes) établit que le volume d'un mélange de gaz parfaits à la pression et à la température est la somme des volumes partiels des composants du mélange: où est le volume partiel du constituant, c'est-à-dire le volume qu'aurait ce gaz seul à la pression et à la température. Équation des gaz parfaits [ modifier | modifier le code] Énoncé général [ modifier | modifier le code] L' équation des gaz parfaits, ou loi des gaz parfaits, résulte de la combinaison en 1834 par Émile Clapeyron [ 1] des lois précédentes reliant les quatre variables pression, volume, température et quantité (nombre de moles) de gaz: où la constante appelée « constante des gaz parfaits » vaut 8, 314 462 1 J mol −1 K −1. Une formulation équivalente est donnée par: où: = 1, 381 × 10 −23 J K −1 est la constante de Boltzmann; est le nombre de particules: avec le nombre d'Avogadro ( = 6, 022 141 29(27) × 10 23 mol −1). On notera que. D'autre part, si le gaz parfait est composé de espèces différentes, chaque espèce étant représentée par une quantité, alors la loi des gaz parfaits s'écrit: Équation des gaz parfaits: La loi des gaz parfaits n'est exacte que pour les gaz pour lesquels les effets des diverses interactions moléculaires sont négligeables (voir gaz réel).
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