Définition de la pression absolue
La pression absolue est la somme de la pression relative et de la pression atmosphérique, exprimée dans une unité de pression appropriée.
Introduction
La pression absolue est une grandeur physique fondamentale qui décrit l’état d’un fluide ou d’un gaz dans un système fermé. Elle est utilisée dans de nombreux domaines tels que la mécanique des fluides, la thermodynamique et la météorologie. La compréhension de la pression absolue est essentielle pour analyser et prévoir le comportement des systèmes physiques complexes. Dans ce chapitre, nous allons définir la pression absolue, explorer ses unités et ses applications, et fournir des exemples et des exercices pour illustrer ses principes.
Pression relative et pression atmosphérique
La pression relative et la pression atmosphérique sont deux concepts distincts qui contribuent à la pression absolue. La pression relative est la différence entre la pression d’un système et la pression atmosphérique, qui est la pression exercée par l’atmosphère terrestre. La pression atmosphérique est une force qui pèse sur tous les objets à la surface de la Terre, avec une valeur moyenne de 1013,25 mbar au niveau de la mer. La pression relative, quant à elle, varie en fonction des conditions du système, telles que la température et le volume.
Unité de pression
L’unité de pression est une mesure qui permet d’exprimer la pression absolue, relative ou atmosphérique d’un système dans un système de référence standardisé.
Pascal, l’unité de pression du Système International
Le pascal (Pa) est l’unité de pression du Système International (SI), définie comme une force de 1 newton appliquée sur une surface de 1 mètre carré. Le pascal est une unité de base du SI, ce qui signifie qu’elle est définie de manière indépendante et qu’elle est utilisée pour définir d’autres unités de pression. Le pascal est une unité très commode pour l’expression des pressions relatives et absolues, car elle est facile à manipuler et à convertir. Les multiples du pascal, tels que le kilopascal (kPa) et le megapascal (MPa), sont également couramment utilisés pour exprimer des pressions plus élevées.
Le baromètre, un instrument de mesure de la pression
Le baromètre est un instrument de mesure de la pression atmosphérique, permettant de déterminer la pression absolue en ajoutant la pression relative. Il existe différents types de baromètres, tels que le baromètre à mercure, le baromètre anéroïde et le baromètre digital. Le baromètre à mercure est le plus ancien et le plus couramment utilisé, il fonctionne en mesurant la hauteur de la colonne de mercure qui varie en fonction de la pression atmosphérique. Les baromètres sont utilisés dans de nombreux domaines, tels que la météorologie, l’avionique et l’industrie, pour mesurer la pression atmosphérique et ainsi prévoir les conditions météorologiques ou contrôler les processus industriels.
Loi des gaz parfaits et thermodynamique
La loi des gaz parfaits décrit le comportement des gaz idéaux, reliant pression, volume et température, fondamentale en thermodynamique pour comprendre les systèmes gazeux.
La loi des gaz parfaits
La loi des gaz parfaits, également connue sous le nom de loi de Boyle-Mariotte, est une équation d’état qui décrit le comportement des gaz idéaux. Elle établit une relation entre la pression, le volume et la température d’un gaz parfait. Cette loi est souvent exprimée par l’équation PV = nRT, où P est la pression, V le volume, n le nombre de moles de gaz, R la constante des gaz parfaits et T la température en kelvin.
Cette équation permet de décrire les changements d’état d’un gaz parfait, notamment lors de processus isothermes, isobares ou isochoriques. La loi des gaz parfaits est fondamentale en thermodynamique pour comprendre les propriétés des systèmes gazeux.
L’équation d’état et le volume molaire
L’équation d’état PV = nRT permet de définir le volume molaire d’un gaz parfait, noté Vm. Le volume molaire est le volume occupé par un mole de gaz à une température et une pression données.
En réarrangeant l’équation d’état, on obtient l’expression du volume molaire ⁚ Vm = V / n = RT / P. Cette expression montre que le volume molaire est directement proportionnel à la température et inversement proportionnel à la pression.
Le volume molaire est une grandeur importante en thermodynamique, car elle permet de caractériser les propriétés d’un gaz parfait et de prévoir son comportement dans différents processus physiques.
Formule de la pression absolue
La pression absolue Pabs est définie par la formule ⁚ Pabs = Prel + Patm, où Prel est la pression relative et Patm la pression atmosphérique.
La formule de la pression absolue
La formule de la pression absolue est une expression mathématique qui permet de calculer la pression absolue à partir de la pression relative et de la pression atmosphérique. Cette formule est définie par ⁚ Pabs = Prel + Patm, où Pabs est la pression absolue, Prel est la pression relative et Patm est la pression atmosphérique. Cette formule est fondamentale en physique et en ingénierie, car elle permet de déterminer la pression réelle d’un système, en prenant en compte à la fois la pression relative due aux forces internes et la pression atmosphérique due à l’environnement extérieur.
Comment calculer la pression absolue
Il suffit d’appliquer la formule Pabs = Prel + Patm, en remplissant les valeurs de la pression relative et de la pression atmosphérique.
Exemples de calcul de la pression absolue
Voici quelques exemples de calcul de la pression absolue ⁚
- Un réservoir contenant un gaz à une pression relative de 2 bar et soumis à une pression atmosphérique de 1 bar. La pression absolue est alors Pabs = 2 + 1 = 3 bar.
- Un système fermé où la pression relative est de 500 mbar et la pression atmosphérique est de 1013 mbar. La pression absolue est alors Pabs = 500 + 1013 = 1513 mbar.
- Un appareil fonctionnant à une pression relative de 10 kPa et soumis à une pression atmosphérique de 100 kPa. La pression absolue est alors Pabs = 10 + 100 = 110 kPa.
Ces exemples illustrent l’application de la formule Pabs = Prel + Patm pour calculer la pression absolue.
Exercices et applications
Cette section propose des exercices et des applications pratiques pour maîtriser la notion de pression absolue et ses calculs.
Exercices de calcul de la pression absolue
Voici quelques exercices pour vous aider à maîtriser le calcul de la pression absolue ⁚
- Un réservoir contient un gaz à une pression relative de 2 bar. La pression atmosphérique est de 1,01325 bar. Quelle est la pression absolue du gaz ?
- Un système fermé est soumis à une pression relative de 0,5 atm. La pression atmosphérique est de 1 atm. Quelle est la pression absolue du système ?
- Un gaz parfait est contenu dans un cylindre à une pression relative de 150 kPa. La pression atmosphérique est de 101,325 kPa. Quelle est la pression absolue du gaz ?
- La plongée sous-marine ⁚ les plongeurs doivent prendre en compte la pression absolue pour éviter les blessures;
- L’industrie aéronautique ⁚ la pression absolue est essentielle pour le fonctionnement des moteurs et des systèmes de propulsion;
- Les systèmes de pompage ⁚ la pression absolue est utilisée pour mesurer la pression dans les tuyaux et les réservoirs;
Résolvez ces exercices en utilisant la formule de la pression absolue et vérifiez vos réponses.
Applications de la pression absolue dans la vie quotidienne
La pression absolue joue un rôle crucial dans de nombreuses applications de la vie quotidienne ⁚
Ces exemples illustrent l’importance de la pression absolue dans de nombreux domaines techniques et scientifiques.