La science des états de la matière
5 mai, 2023
Pour comprendre le fonctionnement de l'air comprimé, une introduction de base à la physique peut s'avérer utile, notamment sur les 4 états de la matière.
Mesure de la pression, de la température et de la capacité thermique
Après avoir appris les bases de la physique ici, vous souhaitez peut-être en savoir plus sur les unités physiques utilisées pour mesurer différents aspects de la matière. Cela peut être très utile lorsque l'on a affaire à de l'air comprimé. Dans cet article, nous allons expliquer les principes de mesurage de la pression, de la température et de la capacité thermique.
Qu'est-ce que la pression et comment la mesurer ?
La force exercée sur un centimètre carré d'une colonne d'air, allant du niveau de la mer jusqu'à la limite de l'atmosphère, est d'environ 10,13 N. Par conséquent, la pression atmosphérique absolue au niveau de la mer est d'environ 10,13 x 104 N par mètre carré, soit 10,13 x 104 Pa (le Pascal étant l'unité SI utilisée pour la pression). Exprimé dans une autre unité fréquemment utilisée : 1 bar = 1 x 105 Pa. Plus vous êtes proche au-dessus (ou en dessous) du niveau de la mer, moins (ou plus) la pression atmosphérique est élevée.
Comment mesure-t-on la température ?
La température d'un gaz est plus difficile à définir clairement. La température est une mesure de l'énergie cinétique présente dans les molécules. Plus la température est élevée, plus les molécules se déplacent rapidement et le mouvement cesse définitivement lorsque la température est égale au zéro absolu. L'échelle Kelvin (K) est basée sur ce phénomène, mais elle est graduée de la même manière que l'échelle centigrade ou Celsius (C) :T = t + 273,2T = température absolue (K)t = température en degrés centigrades
Comment la capacité thermique est-elle mesurée ?
La chaleur est une forme d'énergie, représentée par l'énergie cinétique produite par le dérèglement des molécules d'une substance. La capacité thermique d'un objet désigne la quantité de chaleur nécessaire pour produire une unité de température (1 K). Elle est exprimée en J/K. La chaleur spécifique ou capacité thermique spécifique d'une substance est plus couramment utilisée, et se réfère à la quantité de chaleur nécessaire pour produire une unité de température (1 K) dans une unité de masse de matière (1 kg). cp = chaleur spécifique à pression constante, cV = chaleur spécifique à volume constant, Cp = chaleur spécifique molaire à pression constante, CV = chaleur spécifique molaire à volume constant. La chaleur spécifique à pression constante est toujours plus grande que la chaleur spécifique à volume constant. La chaleur spécifique d'une substance n'est pas une constante, mais elle s'élève, en général, que lorsque la température augmente. Pour des raisons pratiques, une valeur moyenne peut être utilisée. Pour les liquides et les substances solides cp ≈ cV ≈ c. Pour chauffer un flux de masse (m) d'une température t1 à une température t2 il va alors falloir : P = m x c x (T2 -T1), P = puissance thermique (W), m= débit massique (kg/s), c = chaleur spécifique (J/kg x K), T = température (K)
La raison pour laquelle cp est plus grand que cV est le travail d'expansion que doit effectuer le gaz à une pression constante. Le ratio entre cp et cV s'appelle exposant isentropique ou exposant polytropique, К, et est fonction du nombre d'atomes dans les molécules de la substance.
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