L'air

Mettre en évidence la pression atmosphérique

Objectifs

Il s'agit ici de mettre en évidence l'existence de la pression atmosphérique, de concrétiser son importance et d'en présenter les effets sur l'équilibre des fluides. Des expériences complémentaires permettent de s'initier à la mesure de la pression atmosphérique.

Matériel nécessaire

  • Une canette d'une boisson gazeuse (en aluminium),
  • Une pince de chimie (ou pince fabriquée avec deux bâtons en bois et de la ficelle),
  • Une plaque électrique ou bec Bunzen électrique,
  • Un cristallisoir ou bac à eau.
  • Verre ou pot transparent,
  • Gaze(compresse), élastique,
  • Colorant, couvercle(éventuellement).
  • Un cristallisoir,
  • Un tube à essais,
  • Un tuyau souple.
  • Une cloche à vide reliée à une pompe à vide (électromécanique ou à eau),
  • Un cylindre de métal ou d'Altuglas sur lequel on tend à l'une des extrémités une membrane souple (caoutchouc ou plastique souple)
  • Des billes de couleurs différentes à répartir sur la membrane pour mieux visualiser les phénomènes.
   
 
Expérience n° 1 : "Écrasante" pression atmosphérique

Météo-France

Verser 5 ml d'eau dans la canette (1) qui sera placée sur la plaque ou le bec Bunzen (2). Porter l'eau à ébullition : il apparaît un fin nuage et c'est la preuve que l'air a été chassé par « l'eau gaz ». Retourner alors rapidement la canette sur le cristallisoir pour condenser brutalement la vapeur d'eau. Il se produit alors un écrasement de la canette sous l'effet de la pression atmosphérique.

Corboz  Corboz

 

Une expérience complémentaire peut être réalisée selon le schéma ci-dessous. Les effets combinés de la pression atmosphérique et de la capillarité déforment le tissu de gaze et empêchent l'eau de s'écouler lorsque l'on retourne le récipient dans lequel on a versé de l'eau colorée.
 
Expérience n° 2 : Corboz

 

Corboz CorbozCorboz

 
Expérience n° 2 : la pression atmosphérique et l'équilibre des fluides
Corboz

: remplir un tube à essais d'eau en laissant 2 cm d'air en haut. Le retourner dans l'eau du cristallisoir en bouchant avec le pouce.
Le volume d'air s'est agrandi sous l'action de la pesanteur, mais le niveau de l'eau dans le tube est plus haut que dans le cristallisoir.

Corboz Corboz

2 : mettons alors en relation la bulle d'air emprisonnée au sommet du tube à essais avec l'air extérieur, par l'intermédiaire du tuyau souple.

3 : sous l'effet de la pression atmosphérique, le niveau d'eau dans le tube redescend au  niveau de l'eau dans la cuvette.

Remarque : un échantillonnage de tubes de différentes longueurs permet de rechercher s'il est possible d'augmenter beaucoup la hauteur de la colonne d'eau correspondant à la situation 1.

Expérience n°3 : montrer l'existence de la pression atmosphérique en établissant le vide dans une enceinte confinée

L'ouverture libre du cylindre est placée au-dessus de l'orifice d'aspiration de l'air. On applique alors le vide dans le cylindre et on observe le comportement de la membrane.
Visualisation des résultats :

Météo-France
Dispositif expérimental.

 

Météo-France
Dispositif avant l'application du vide. Les billes colorées permettront de visualiser le comportement de la membrane.
 

Météo-France
Dispositif après l'application du vide. La membrane prend une forme concave que soulignent les billes.

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Le cylindre présenté dans l'expérience ci-dessus peut être remplacé par un tube de PVC (100 mm de diamètre) dans lequel on a percé un trou. En plaquant un film souple sur la section du tube, mais aussi sur le trou latéral, on met en évidence que la pression atmosphérique ne s'exerce pas seulement selon la verticale, mais dans toutes les directions à la fois.