Loi de Charles – expérience sur un gaz à pression constante

Ce qu’elle montre

La loi de Charles énonce que, pour une quantité fixe de gaz à pression constante, le volume est proportionnel à la température absolue : V/T = constante. Ici, la pression ne peut pas varier car la goutte de mercure glisse librement : l'air emprisonné supporte toujours la pression atmosphérique plus le poids de la goutte. Le graphique de V en fonction de la température en degrés Celsius est une droite ; prolongée jusqu'à un volume nul, elle coupe l'axe des températures vers −273 °C. C'est l'origine de l'échelle Kelvin et de la notion de zéro absolu.

Mode d’emploi

Réglez le Volume du gaz à la température initiale et la Température initiale de l'eau, puis cliquez sur Chauffer (ou Refroidir). Chaque fois que la température varie d'environ 10 °C, cliquez sur Relever la mesure ; le tableau convertit chaque valeur en kelvins et calcule V/T. Après cinq ou six mesures, cliquez sur Éteindre plaque et étudiez le graphique : cochez Prolonger le graphique jusqu'à 0 K pour voir où la droite coupe l'axe des températures. Effacer le tableau permet de recommencer avec un autre volume initial.

Paramètres modifiables

• Volume du gaz à la température initiale 2–20 cm³
• Température initiale de l'eau 0–40 °C
• Vitesse de chauffage ou de refroidissement 1–10 °C/s
• Prolonger le graphique jusqu'à 0 K

Questions à explorer

1. Pourquoi la pression de l'air emprisonné reste-t-elle constante quand la goutte de mercure monte ou descend ?
2. À quelle température la droite V–t prolongée coupe-t-elle l'axe des températures, et que signifie ce point ?
3. Si le volume initial de gaz est plus grand, comment la pente du graphique V–T change-t-elle ?