Simulateur analogique de dynamique moléculaire dans un gaz
Résumé:
Une boite de Pétri en plastique, de grand diamètre, contient des grains de pierre ponce. La boite est fixée sur un vibreur électromagnétique, utilisé pour les expériences sur les ondes. La boite est mise en oscillation, ce qui simule une élévation de température. On observe la diffusion progressive du gaz ( modélisé par les grains de pierre ponce ) dans l'enceinte à cause de l'agitation moléculaire.
Matériel :
• vibreur et son alimentation électrique
• boite de Pétri en plastique de grand diamètre (environ 15 à 20 cm)
• pierre ponce
• support sanitaire pour fixer les tubes de cuivre
Description du montage :
On visse sur le fond d'une boite de Pétri en plastique, un support initialement utilisé pour fixer des tubes de cuivre d'eau sanitaire. Pour percer la boite, on chauffera une pointe métallique pour faire fondre le plastique (le matériau a tendance à éclater si on utilise une perceuse).
On fixe avec du ruban adhésif, à l'intérieur de la boite de Pétri , deux lames en plastique (découpées dans un transparents pour rétroprojecteur) qui délimitent trois volumes communiquant dans l'enceinte (boite de Pétri).
On ajoute ensuite de la pierre ponce , puis on fixe le couvercle de la boite de Pétri.
On vise le tout sur un vibreur utilisé pour l'expérience de la corde de Melde.
Il faudra veiller à assurer l'horizontalité de la boite, sur le vibreur.
On règle ensuite la fréquence autour de quelques Hertz. Puis progressivement, on augmente l'amplitude du mouvement. On passe ainsi d'une phase solide (les grains se bloquent mutuellement, le tas ne change pas de forme), à une phase liquide (les grains semblent s'écouler sur le fond de la boite dès qu'on l'incline légèrement), à une phase gazeuse (les grains s'agitent dans toutes les directions et diffusent dans toute l'enceinte, de façon uniforme).
Exemple de mesure:
Dans la vidéo à télé charger ci dessous, on augmente progressivement l'amplitude du mouvement de vibration et on observe la diffusion du gaz (pierre ponce) dans la totalité de l'enceinte. On constate à la fin de l'expérience, que la probabilité de trouver les grains en un lieu du volume est identique dans tout le volume.
La vidéo présente un artefact : un effet stroboscopique (caméra à 15 i/s et vibreur autour de 18Hz environ)
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