La loi de Charles et La loi de Gay-Lussac

Il existe quatre lois, appelées les lois sur les gaz, qui décrivent le comportement des gaz soit celles de Boyle, de Charles, de Gay-Lussac et d’Avogadro.

La loi de Charles

Jacques Charles, un physicien français, a découvert au cours des années 1780 que le fait de chauffer un gaz entraînait son expansion d’une certaine fraction. On peut voir ci-dessous que les molécules accélèrent et frappent les parois de leur contenant avec beaucoup de force, ce qui entraîne un soulèvement du couvercle.

La loi de Charles au quotidien

Pour faire monter une montgolfière, il faut chauffer l’air qui la remplit. Ainsi, les molécules s’éloignent les unes des autres.

En langage de tous les jours, on dirait que l’air à l’intérieur prend de l’expansion. La densité totale (masse par unité de volume) du ballon et de l’air qu’il contient diminue alors. Quand cette densité devient inférieure à celle de l’air ambiant, le ballon s’élève.

Inversement, le volume des gaz diminue quand on en abaisse la température. À la figure 18, on peut voir une personne verser de l’azote liquide froid sur un ballon vert. Ainsi refroidies, les molécules d’air ralentissent, ce qui a pour effet de réduire le volume du ballon.

Durant les Fêtes, il se peut que quelqu’un de votre entourage ait utilisé un indicateur de cuisson pour préparer la plus belle dinde qui soit. Il s’agit d’une petite cheville à insérer dans la viande dont la tête colorée se soulève quand celle-ci est bien cuite. Mais quel est donc le secret de cet incroyable outil technologique? La loi de Charles, évidemment! L’indicateur contient en effet un peu d’air. Cet air se dilate graduellement à mesure que la température s’élève à l’intérieur de la viande. Quand l’air atteint un certain volume, la tête ressort, signalant au chef que la volaille est prête.

La loi de Gay-Lussac

Joseph Louis Gay-Lussac était un chimiste et physicien français qui a découvert en 1802 qu’en chauffant un gaz à volume constant (gardé dans un contenant fermé, par exemple), sa pression augmentera. Cette augmentation est causée par la hausse d’énergie cinétique, qui fait en sorte que les molécules heurtent les parois du contenant avec plus de force.

La loi de Gay-Lussac au quotidien

Dans un autocuiseur, les aliments qu’on veut cuire reposent dans de l’eau. Celle-ci s’échauffe graduellement, en produisant de la vapeur d’eau (eau sous forme de gaz). Or, cette vapeur ne pouvant s’échapper, le volume interne ne change pas. La pression de la vapeur continue de monter jusqu’à ce que sa température et celle de l’eau dépassent le point d’ébullition normal de cette dernière (100 °C). À cette température, les aliments cuisent beaucoup plus vite. Les viandes plus coriaces deviennent aussi beaucoup plus tendres après une telle cuisson.

Saviez-vous que le fait d’utiliser une voiture modifie la pression d’air des pneus? Celle-ci s’élève en effet après une simple balade. Cela s’explique par la friction (force de contact) avec la route qui réchauffe l’air à l’intérieur des pneus. Retenu par les parois, l’air ne peut se dilater, et la pression augmente, comme l’établit la loi de Gay-Lussac.