Le ballon dans la cloche à vide

A votre avis, que se passerait-il si on vous enfermait dans une enceinte entièrement close, et qu’on aspirait tout l’air contenu à l’intérieur ? L’expérience étant un peu cruelle, il vaut mieux la réaliser avec un ballon de baudruche. Fiche d’accompagnement de l’expérience:

Matériel

  • une platine circulaire recouverte d’un disque en caoutchouc

  • une cloche à vide

  • une pompe à vide

  • un ballon de baudruche

Montage et réalisation
  • Poser sur cette platine un ballon de baudruche légèrement gonflé et fermé à son embouchure.
  • Placer ensuite une cloche en verre en l’appliquant fermement contre le caoutchouc : ce qui isolera le ballon du milieu ambiant.

  • Fermer le robinet de mise à l’air de la platine.

  • Mettre en marche la pompe à vide : attendre une ou deux minutes…

  • Observer le volume occupé par le ballon

  • Arrêter la pompe à vide

  • Ouvrir le robinet de mise à l’air de la platine.

  • Observer à nouveau le volume occupé par le ballon

Explications

Dès que l’air est pompé à l’intérieur de la cloche nous voyons le ballon de baudruche se gonfler de plus en plus…

jusqu’à remplir la plus grande partie du volume intérieur de la cloche.

En effet l’air contenu dans le ballon tend à combler le vide créé autour de lui dans la cloche en verre.

Lorsque le ballon légèrement gonflé est placé sous la cloche (1), la force (flèche rouge) due à la pression qu’exerce l’air contenu dans le ballon est égal à la force (flèche bleu) due à la pression qu’exerce l’air contenu dans la cloche : les 2 pressions s’équilibrent. Ceci est vrai en tout point de la paroi du ballon.

Lorsqu’on vide la cloche grâce à la pompe à vide, l’air contenu dans le ballon exerce sur la paroi de celui-ci une pression plus grande que celle qui existe dans la cloche (2) : le volume du ballon augmente alors pour que les pressions régnant dans le ballon et la cloche s’équilibrent (3).

Le volume d’air contenu dans le ballon augmente tandis que sa pression diminue de manière à respecter la loi de Mariotte :

si la température de l’air contenu dans le ballon reste constante ainsi que le nombre de moles d’air.

Si l’on ferme le robinet reliant la cloche à la pompe et qu’on ouvre le robinet pour faire entrer l’air, on constate que le phénomène inverse se produit : le ballon retrouve sa forme initiale.

Remarques
  • lorsqu’on achète un pot de yaourt ou un sachet de chips en plaine et que l’on se rend dans une station d’altitude, on constate que le couvercle du pot de yaourt se bombe vers le haut ou que le sachet est plus gonflé qu’en plaine.

    en plaine yaourt_bas yaourt_bas_01
    en altitude yaourt_haut yaourt_haut_01

    En effet la pression extérieure a diminué en passant de l’altitude proche de 0m (en plaine) à l’altitude 1500m (d’une station de moyenne montagne) et comme pour le ballon l’air contenu dans le yaourt ou le sachet diminuera sa pression en augmentant son volume.

    La pression p, en un lieu d’altitude h, est liée à la pression  en un lieu d’altitude  par la relation :

    avec H défini par :

    où :

    R est la constante molaire des gaz parfaits

    T la température thermodynamique de l’air, supposée constante

    M sa masse molaire

    g l’accélération de la pesanteur

    Dans notre exemple la pression passe par exemple de 1013 mbar à l’altitude 0m à 847 mbar à 1500m

  • Ballon en plongée

    Alors que la pression diminue d’environ 0,1 bar à chaque fois que l’on monte de 1000m, sous l’eau, la pression augmente de 1 bar à chaque fois que l’on descend de 10m.

    Les variations de pression sont donc beaucoup plus importantes lorsqu’on plonge sous l’eau.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C’est pourquoi le moniteur de plongée demande à ses plongeurs de gonfler à 1l un ballon de baudruche lorsqu’ils se trouvent par exemple à -10m où règne une pression de 2 bar.

Lorsque les plongeurs remontent à la surface ils voient leur ballon doubler de volume (2l) puisque la pression a été divisée par 2 (suivant la loi de Boyle Mariotte qui veut que le produit P.V reste constant).

Ceci est destiné à faire comprendre que les poumons des plongeurs peuvent subir le même sort que le ballon et qu’ils doivent respecter des paliers de décompression lorsqu’ils remontent à l’air libre.

cette fiche a été vue 22393 fois

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

*