Vidéo de la leçon : Pression atmosphérique Physique

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment décrire la pression atmosphérique en utilisant diverses unités et des indicateurs tels que la hauteur d’une colonne de mercure.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment décrire la pression atmosphérique en utilisant diverses unités et des indicateurs tels que la hauteur d’une colonne de mercure. Avant de nous familiariser avec ce processus, nous allons d’abord nous rappeler comment trouver la pression d’un liquide. Nous devons rappeler que lorsque nous recherchons la pression dans un liquide à différentes hauteurs, nous pouvons utiliser la formule: 𝑃, la pression dans le fluide, est égale à 𝜌, la densité du fluide, fois 𝑔, l’accélération de pesanteur, fois ℎ, la hauteur du fluide au-dessus du point que nous considérons.

Augmenter la profondeur dans notre liquide revient à dire que la hauteur du liquide au-dessus de nous augmente, ce qui signifie que la pression dans le liquide augmente également. Nous pouvons relier cela au fait que la pression au fond d’une piscine est supérieure à la pression à sa surface. La hauteur de l’eau au-dessus de nous lorsque nous sommes au fond de la piscine est beaucoup plus grande que la hauteur de l’eau au-dessus de nous lorsque nous sommes proches de la surface. Appliquons ce que nous venons de rappeler sur la pression dans un liquide à une expérience réalisée par Torricelli en 1646, ce que nous appelons aujourd’hui un baromètre.

Lors de l’expérience, Torricelli a placé dans un plat contenant du mercure un tube rempli également de mercure dont la hauteur était d’environ un mètre. Le plat était ouvert de telle sorte que l’atmosphère puisse exercer une pression sur le mercure liquide. Torricelli a observé qu’une partie du mercure s’écoulerait du tube dans le plat, jusqu’à ce que la pression de la colonne de mercure dans le tube soit égale à la pression atmosphérique poussant sur le mercure dans le plat. La hauteur de la colonne de mercure est de 0,760 mètres ou 760 millimètres, mesurée à partir de la surface du mercure plutôt que du fond du tube.

Si la pression dans la colonne de mercure est égale à la pression atmosphérique, alors nous pouvons utiliser notre hauteur de 0,760 mètres et notre équation dont nous avons parlé précédemment pour la pression dans un fluide pour déterminer la pression atmosphérique. Pour pouvoir substituer nos valeurs, on doit d’abord rechercher la densité du mercure. Pour cet exemple, le 𝜌 ou la densité du mercure est de 13595 kilogrammes par mètre cube. Ensuite, nous devons saisir notre valeur pour l’accélération de pesanteur.

En supposant que notre expérience se déroule sur Terre, nous pouvons prendre l’accélération de pesanteur égale à 9,81 mètres par seconde au carré. Et enfin, nous devons substituer notre valeur de la hauteur. Dans ce cas, nous avons trouvé que la hauteur était de 0,760 mètres. Lorsque nous multiplions 13595 kilogrammes par mètre cube par 9,81 mètres par seconde au carré par 0,760 mètre, nous obtenons une pression de 101358,88 pascals. Ici, l’accélération de pesanteur et la hauteur sont données à trois chiffres significatifs. Par conséquent, nous devons exprimer notre pression à trois chiffres significatifs, ce qui arrondit notre pression à 101000 pascals.

Généralement, lorsque nous traitons de si grands nombres, nous utilisons un préfixe pour rendre notre nombre plus facile à gérer. Le préfixe kilo- représente 1000. Donc, un kilopascal est la même chose que 1000 pascals, ce qui signifie que 101000 pascals deviennent 101 kilopascals. Maintenant que nous savons comment mesurer la pression atmosphérique, examinons les différentes unités avec lesquelles la pression peut être exprimée. Nous savons que la pression atmosphérique est d’environ 101 kilopascals. Nous devons nous rappeler qu’une atmosphère ou une atm est égale à 101 kilopascals. Par conséquent, la pression atmosphérique au niveau de la mer vaut la même chose qu’une atm, une atmosphère et 101 kilopascals.

Le millimètre de mercure ou mmHg est essentiellement la hauteur jusqu’à laquelle la colonne de mercure va monter pour une pression spécifique. Le facteur de conversion entre les kilopascals et les millimètres de mercure est qu’un kilopascal est égal à 7,50 millimètres de mercure. Dans notre exemple, nous avions une pression approximative de 101 kilopascals. La conversion de cela en millimètres de mercure donnerait environ 758 millimètres de mercure. La hauteur de notre mercure dans notre exemple était de 0,760 mètres ou 760 millimètres. Parce que nous avons exprimé notre réponse finale à trois chiffres significatifs, ce qui a arrondi notre pression en kilopascals, notre approximation de 758 millimètres de mercure est légèrement inférieure aux 760 millimètres que nous avions dans l’expérience.

Une autre unité de pression est le bar. Un bar équivaut à 100 kilopascals. Par conséquent, 101 kilopascals sont équivalent à 1,01 bar. Et la dernière unité de pression que nous allons voir est le torr nommé pour Torricelli, qui a le même facteur de conversion d’un kilopascal en 7,50 Torrs que le millimètre mercure en kilopascals. Avec environ 101 kilopascals, la pression en torr sera de 758. Maintenant que nous avons appris à mesurer la pression atmosphérique à partir de la hauteur de la colonne liquide de mercure ainsi que la conversion entre les unités de kilopascals et de millimètres de mercure, les kilopascals et les bars, ainsi que les kilopascals et les torrs, appliquons nos connaissances à quelques exemples.

L’appareil représenté sur le schéma sert à mesurer la pression atmosphérique. Laquelle des options suivantes occupe la région A du tube à essai? a) de l’air, b) de la vapeur de mercure, c) du verre, d) du vide.

L’appareil sur le schéma provient de l’expérience de Torricelli, ce que nous appellerions aujourd’hui un baromètre. Il y a un plat en bas rempli de mercure qui est ouvert à la pression atmosphérique et un tube à essai au milieu qui est également rempli de mercure. Lorsque le tube à essai est placé pour la première fois dans le plat, il est rempli de mercure jusqu’en haut. Le mercure s’écoule ensuite du tube à essai vers le plat en-dessous, laissant l’espace que nous voyons sur notre schéma entre le haut du mercure et le tube à essai. Parce que le tube à essai était plein avant et maintenant ne l’est plus, cela signifie qu’il reste un vide dans cet espace, ce qui nous amène à choisir la réponse (d). La région A du tube à essai est occupée par du vide.

L’appareil représenté sur le schéma sert à mesurer la pression atmosphérique. Dans quel cas l’appareil est-il situé à la plus grande hauteur au-dessus du niveau de la mer ? (a) Chiffre romain I, (b) Chiffre romain II, (c) Chiffre romain III, (d) Il n’y a pas de différence de hauteur de l’appareil au-dessus du niveau de la mer dans les trois cas.

Dans le schéma, nous avons un appareil pour les chiffres romains I, II et III, qui dans chaque cas est rempli de mercure liquide. Dans chaque cas, il y a un plat rempli de mercure en bas et un tube à essai rempli de mercure retourné sur le plat. Pour déterminer lequel des appareils est le plus haut au-dessus du niveau de la mer, discutons du fonctionnement de l’appareil. Dans chacun des trois cas, l’atmosphère applique une pression sur le mercure liquide contenu dans l’antenne, comme le montrent les flèches bleues représentées sur le schéma. En fonction de la pression atmosphérique, nous allons déterminer la hauteur atteinte par le mercure dans la colonne.

La pression atmosphérique est égale à la pression 𝑃 de la colonne liquide de mercure. Et la pression de la colonne liquide de mercure 𝑃 est égale à 𝜌, la densité du mercure liquide, fois 𝑔, l’accélération de pesanteur, fois ℎ, la hauteur de la colonne de mercure liquide dans le tube. Cette équation nous dit que si la pression atmosphérique est plus élevée ou si la pression de la colonne liquide de mercure est plus élevée, alors la hauteur de la colonne liquide de mercure sera aussi plus élevée. Mais comment cela nous aide-t-il à déterminer lequel des appareils se trouve le plus haut par rapport au niveau de la mer?

Eh bien, plus nous augmentons la hauteur au-dessus du niveau de la mer, plus la pression exercée par l’atmosphère sera faible. C’est parce qu’il y aura moins d’atmosphère au-dessus de nous, nous poussant vers le bas. Donc, si nous sommes au niveau le plus haut par rapport à la mer, cela signifie que l’atmosphère exerce la plus petite pression sur notre appareil. Nous cherchons donc le cas qui a la plus petite hauteur dans le tube à essai. En comparant la hauteur de mercure liquide dans chacun des tubes à essai, nous pouvons voir que dans le cas III, il a la plus petite hauteur. Cela signifie que le cas où l’appareil est le plus haut par rapport au niveau de la mer est la réponse (c), chiffre romain III.

L’appareil représenté sur le schéma sert à mesurer la pression atmosphérique. Trouvez la pression vers le haut sur la colonne de mercure. Utilisez une valeur de 13595 kilogrammes par mètre cube pour la densité du mercure.

Sur le schéma, nous avons un appareil qui est rempli de mercure liquide. L’appareil est composé d’un tube à essai rempli de mercure ainsi qu’un plat contenant du mercure. Le plat est ouvert à l’atmosphère de telle sorte que celle-ci applique une pression représentée par les flèches bleues sur le mercure liquide. Cette pression atmosphérique exerce la pression vers le haut sur la colonne de mercure à l’intérieur du tube à essai.

Comment trouvons-nous cette pression? Eh bien, nous savons que la pression atmosphérique est égale à la pression de la colonne de mercure liquide à l’intérieur du tube à essai. Et nous savons que la pression d’un fluide 𝑃 est égale à la densité du fluide 𝜌 fois l’accélération de pesanteur 𝑔 fois la hauteur du fluide ℎ. Donc, si nous calculons la pression de la colonne liquide de mercure en fonction de la densité du mercure, de l’accélération de pesanteur et de la hauteur de la colonne, nous connaîtrons donc la pression atmosphérique.

La pression de notre colonne de mercure liquide est égale à la densité de mercure, 13595 kilogrammes par mètre cube, fois l’accélération de pesanteur, 9,81 mètres par seconde au carré, fois la hauteur du mercure liquide, 0,760 mètres. Lorsque nous multiplions ces trois valeurs, nous obtenons une pression de 101358,88 pascals.

En regardant nos valeurs, nous pouvons voir que l’accélération de pesanteur et la hauteur de notre colonne de liquide sont données à trois chiffres significatifs. Par conséquent, nous devons exprimer notre réponse à trois chiffres significatifs, ce qui arrondit notre pression à 101000 pascals. Lorsque l’on traite de nombres aussi grands, nous utilisons généralement un préfixe pour rendre les nombres plus faciles à gérer. Dans ce cas, nous pouvons utiliser le préfixe kilo-, ce qui signifie 1000. Donc, un kilopascal est la même chose que 1000 pascals. Donc, 101000 pascals deviennent 101 kilopascals. Notre réponse finale pour la pression vers le haut sur la colonne de mercure est 101 kilopascals.

Points clés

Une colonne de mercure peut servir à mesurer la pression atmosphérique. Une atmosphère est égale à 101 kilopascals. 7,50 millimètres de mercure est égal à un kilopascal. Un bar est égal à 100 kilopascal. 7,50 Torr est égal à un kilopascal.

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