On considérera alors l'équilibre atteint. 5 - Applications La loi de Henry est directement relié aux procédures de décompression, et aux accidents de décompression.
L'ouverture d'une bouteille de champagne est une belle illustration du dégazage du gaz carbonique dissout sous forme de bulles! Application à la plongée sous-marine La loi de Henry va intervenir dans les échanges gazeux qui s'opèrent au niveau des poumons entre l'air et le sang qui circule dans tout le corps. En effet, les variations de la pression de l'air inspiré par le plongeur au cours de sa plongée modifient l'équilibre existant avec l'air ambiant en surface et entrainent des échanges gazeux afin de rétablir un nouvel équilibre. Le principal gaz qui nous intéresse est l'azote, un gaz largement présent dans l'air que nous respirons mais non consommé par l'organisme.
m -3) - R la constante des gaz parfaits (8, 314 SI) - T la température (en K) Dans notre cas, on a le dioxygène (O 2) et le diazote (N 2) se sont dissous dans l'eau, donc: Vt = V(O 2) + V(N 2) Dans le corps humain, il n'y aurait eu que le volume de N 2 à prendre en compte car le dioxygène est consommé par l'organisme. D'après la loi de Dalton: P i = l i x P t - P t la pression totale (en Pa) - l i la proportion du gaz i (0, 21 pour l'O 2 et 0, 79 pour le N 2 dans l'air) D'où au final: Les constantes d'Henry du dioxygène et du diazote dans l'eau ont pour valeur: K(O 2)=7, 92. 10 4 -1 K(N 2)=1, 56. 10 5 -1 Source: P. Atkins, Physical chemistry, 8e edition, 2006 Je rappelle que: - T = 293 K soit 20°C - V(eau) = 125 mL Après application numérique et conversion d'unité, on trouve: V(P) = 2, 35 x P - 2, 35 - V(P) le volume d'air dégagé (en mL) Ce qui fait un écart de 12% pour la pente entre la théorie et l'expérimentation. C'est tout à fait honorable vu la précision des mesures.
15 min après ceci, des bulles apparaissent: III. Vérification de la loi J'ai voulu tester la loi d'Henry expérimentalement. Pour cela, j'ai rempli 4 bouteilles en plastique à moitié avec de l'eau et j'ai mis une pression différente dans chaque: 1, 3, 5 et 8 bars soit l'équivalent de 0, 20, 40 et 70 mètres. J'ai laissé sous pression pendant 2 jours pour être certain d'avoir atteint la saturation. J'ai choisis 2 jours car cette durée me paraissait correct pour être à saturation par rapport à l'ordre de grandeur de la durée d'une plongée qui est d'environ 45 min. J'ai ensuite mesuré, par déplacement d'eau (voir la photo), le volume de gaz qui se dégage de l'eau présente dans la bouteille lorsque j'ai remise celle-ci à pression ambiante (1 bar). On obtient une droite: Le volume d'eau de la bouteille était de 125 mL et l'expérience s'est faite à 20°C. Obtenir une droite est cohérent d'après la loi d'Henry car on a la quantité de gaz dissous qui est proportionnelle à la pression partielle qu'exerce le gaz sur le liquide.
L'évolution de la saturation ou désaturation d'un gaz dans un liquide Temps écoulé Taux de saturation T s 1 période 50% ou 1 2 périodes 50% + 25% = 75% ou 3 4 3 périodes 75% + 12, 5% = 87, 5% ou 7 8 4 périodes 87, 5% + 6, 25% = 93, 75% ou 15 16 5 périodes 93, 75% + 3, 125% = 96, 875% ou 31 32 6 périodes 98, 4375% ou 63 64 7 périodes 99, 21875% ou 127 128 soit quasiment 100% Il est à noter que: la saturation ou la désaturation n'est pas un phénomène instantané plus le temps passe et plus la saturation ou désaturation en gaz augmente ou inversement diminue. après l'écoulement de 7 périodes, le liquide a quasiment atteint son équilibre et ainsi sa nouvelle saturation en gaz. On appelle coefficient de saturation, noté C s, le rapport entre la tension de gaz dans le liquide et la pression absolue qui règne au-dessus du liquide. Il s'exprime par la formule suivante: Lors de la diminution de la pression absolue au-dessus du liquide, ce coefficient de saturation ne doit pas excéder un seuil, appelé seuil de sursaturation critique et noté S c, sous risque d'un dégazage anarchique du gaz dissout sous la forme de bulles.
I. Introduction La loi d'Henry dit: « À température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle qu'exerce ce gaz sur le liquide. » Il y a donc rupture de l'équilibre lors de la descente en plongée. La pression qu'exerce le gaz sur le sang augmente, le gaz se dissous dans le sang: De même, lors de la remontée, on a le phénomène inverse qui se produit. Le sang est en sursaturation car la pression diminue. On a un dégazage qui se produit. Si la rupture d'équilibre est trop grande, des bulles se forment et c'est l'accident de décompression: II. Mise en évidence expérimentale Pour mettre en évidence la loi d'Henry, j'ai rempli une bouteille en plastique à sa moitié avec de l'eau puis j'ai augmenté la pression grâce à une pompe à vélo: La pompe avait un manomètre pour vérifier la pression et j'ai pompé jusqu'à ce que j'aie une pression de 5 bars, soit l'équivalent de 40 m en plongée. J'ai laissé reposer pendant 1h. Au bout d'une heure, j'ai remis l'eau à pression ambiante brusquement (j'ai ouvert la valve) pour simuler une remontée rapide.
LA LOI D'HENRY (dissolution des gaz) Les liquides dissolvent des gaz, exemple: ouverture d'une bouteille de boisson gazeuse. Le plongeur va dissoudre plus d'azote qu'à la surface. Conséquence: problème à la remontée, idem pour la bouteille de boisson gazeuse. Mise en évidence état de saturation: état d'équilibre (si Pp = T) T Q = Quantité de gaz dissout T = tension: état de sous-saturation: le liquide absorbe le gaz en le dissolvant (si Pp > T) T La quantité augmente progressivement jusqu'à 2 Q état de sous-saturation: le liquide absorbe le gaz en le dissolvant (si Pp > T) T La quantité augmente progressivement jusqu'à 3 Q état de saturation: état d'équilibre (si Pp = T) T Equilibre parfait entre la pression partielle et la tension état de sur-saturation: le liquide restitue le gaz dissout. (si Pp < T) T La quantité de gaz dissout diminue progressivement jusqu'à la Pp de 1 bar et crée des micros bulles dans le liquide On parle de tension d'un gaz lorsqu'on est en phase dissoute dans un liquide, et de pression partielle d'un gaz dans un mélange lorsqu'on est en phase gazeuse.
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