Les propriétés de la matière

Dilatation
Auteurs : Equipe La main à la pâte(plus d'infos)
Résumé :
D'après la collection Libres Parcours, Ed. Hachette (1980). Document produit par l'Association Tour 123
Publication : 1 Janvier 1980

 

La masse d'un corps solide ne change pas si on le déforme sans rien lui enlever ou lui ajouter. Pour un liquide, ou pour un gaz, la masse non plus ne change pas si on le transvase sans en perdre. Si on chauffe un corps solide ou une quantité fixe de liquide ou de gaz, la masse ne change pas non plus. Mais on peut constater que le volume augmente.

Cas des solides

Si on chauffe un solide, sa température augmente, son volume devient plus grand. On dit que le solide se dilate; il y a dilatation.
Si le solide se refroidit, son volume devient plus petit. Il y a contraction.
Pourtant, si on regarde une tige de fer ou une boule de cuivre que l'on chauffe fortement, on ne les voit pas, en général, augmenter de volume. La dilatation des solides est toujours très petite. Par ailleurs tous les solides ne se dilatent pas tous de la même façon.

Quelques valeurs numériques

Un pont métallique de 100 m de long peut s'allonger de 6 cm quand il est chauffé par le soleil en été.

Allongement d'une barre de fer

longueur de la barre (en m)

1

1

100

100

élévation de température (°C)

1

100

1

100

allongement (en mm)

0,012

1,2

1,2

120

L'allongement d'une barre dépend de sa longueur et de l'augmentation de température.

Une application :
Dans certains thermomètres, il y a un bilame obtenu en soudant deux lames de métaux différents ayant des dilatations différentes.

Cas des liquides

Si on chauffe un liquide placé dans un récipient, le liquide emplit davantage le récipient. Son volume augmente plus que celui du récipient. Cela n'est pas toujours très visible, mais si on utilise un tube assez fin on voit bien le liquide emplir progressivement le tube. C'est ce qui se passe dans un thermomètre à liquide. Dans ces thermomètres le liquide peut être du mercure ou de l'alcool. Le mercure se dilate 7 fois plus que le verre ordinaire, l'alcool 50 fois plus.

Cas des gaz

Si on chauffe avec les mains l'air d'un ballon de verre dont l'ouverture se trouve dans l'eau, on voit des bulles s'échapper. Le volume de l'air devient plus grand que celui du ballon et de l'air s'échappe du ballon. Si le récipient qui contient le gaz est peu déformable, le volume de gaz ne peut pas augmenter. C'est alors la pression du gaz qui augmente et le récipient peu éclater. Il arrive qu'un ballon de baudruche exposé au soleil éclate. Un pneu trop chauffé peut aussi éclater. L'air et tous les autres gaz se dilatent ou voient leur pression augmenter si on les chauffe.

Au total :
Les gaz se dilatent beaucoup; les liquides, un peu; les solides, très peu.

UNE CONSÉQUENCE IMPORTANTE : LA VARIATION DE MASSE VOLUMIQUE

Lorsqu'un objet se dilate, sa masse ne change pas, mais son volume augmente. La masse volumique de la substance avec laquelle est fait l'objet diminue. Pour les solides qui se dilatent très peu, la masse volumique change très peu avec la température. Pour les liquides, la dilatation est plus grande pour une même variation de température ; la masse volumique diminue sensiblement. Pour les gaz, la dilatation est encore plus grande pour une même variation de température. Si le gaz n'est pas enfermé dans un récipient, sa masse volumique diminue beaucoup lorsque sa température augmente. C'est le cas de l'air chaud. Ainsi quand on dit que l'air chaud monte, c'est parce que une quantité d'air chaud est plus légère que la même quantité d'air froid.

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