La relation entre le volume et la température (loi de Gay-Lussac)

On peut comprendre que plus le degré d’agitation des molécules augmente et que celles-ci ne sont pas limitées dans leurs déplacements par les parois d’un récipient, plus ces molécules occuperont de l’espace. On doit donc admettre que plus la température augmente, plus le volume augmente. Il en est aussi vrai pour le contraire : plus la température diminue, plus le volume diminue.

On peut donc se poser la question suivante :

« Si le volume d’un gaz diminue avec la baisse de la température, existe-t-il une valeur de température où le volume du gaz sera nul ou égal à 0 ? »

Plusieurs scientifiques ont été intrigués par cette question, dont le physicien français Jacques Charles (1746-1823) et le physicien et mathématicien écossais Lord Kelvin  (1824-1907).

Voici la représentation graphique de la relation volume et température obtenue par extrapolation lorsque le nombre de molécules ne varie pas et que la pression est maintenue constante.

Charles et Kelvin ont observé que, quelle que soit la nature du gaz, la température extrême minimale, lorsque celle-ci correspond à un volume égal à 0, était de –273,15 °C.

Piégé par cette évidence mathématique où la température la plus basse correspond à une valeur négative (absence d’énergie cinétique), Lord Kelvin proposa une nouvelle échelle de température, soit celle des degrés absolus.

Selon cette nouvelle échelle, le 0 absolu correspondrait à  - 273,15 °C.

Afin de transformer des degrés Celsius (ºC) en kelvins (K) ou degrés absolus, il s’agit d’utiliser les relations mathématiques suivantes :

T°C + 273,15 = TK
ou
TK - 273,15 = T°C

 

Loi de Gay-Lussac (ou première loi de Charles)

À partir de ces résultats, on peut établir qu’à pression constante et pour le même nombre de molécules, le volume d’un gaz est directement proportionnel à la température exprimée en K.

On obtient donc les relations mathématiques suivantes :

|\frac{V}{T}=k|

et

|\frac{V_{1}}{T_{1}}=\frac{V_{2}}{T_{2}}|

où k est une constante, V le volume et T la température

Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse