Mesure expérimentale de pression et capteurs

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Tube en U : P = \,g\, h ; le liquide est plus bas du côté de la plus forte pression. • Baromètre de Torricelli : P_atm = _Hg\,g\,h avec h 760\ mm au niveau de la mer. • Capteur électronique : tension liée à la pression, souvent de façon affine U = a\,P + b, déterminée par étalonnage.

Le cours

Mesure expérimentale de pression et capteurs • Baromètre à mercure (Torricelli, 1643) : un tube vide d'air retourné dans une cuve de mercure. Le mercure y monte d'une hauteur h telle que P_atm = _Hg\,g\,h : environ 760\ mm au niveau de la mer, d'où l'unité mmHg. • Manomètre à tube en U : un liquide (eau, huile, mercure) dans un tube en U relié d'un côté au gaz étudié, de l'autre à l'air libre. La dénivellation h entre les deux surfaces donne la différence de pression : P = \,g\, h Le niveau est plus bas du côté où la pression est la plus forte. • Manomètre à aiguille (tube de Bourdon) : un tube métallique courbé se déforme sous la pression ; il indique une pression relative. Capteurs électroniques Un capteur piézorésistif contient une fine membrane qui se déforme sous l'effet de la pression ; des résistances collées sur la membrane changent de valeur, et le circuit délivre une tension U qui dépend de la pression, souvent de façon affine : U = a\,P + b. Un étalonnage (deux mesures à pressions connues) permet de trouver a et b, puis de convertir toute tension en pression. Selon le modèle, le capteur mesure une pression absolue (par rapport au vide), relative (par rapport à l'atmosphère) ou différentielle (entre deux prises). Astuce et méthode clé Plus le liquide d'un tube en U est léger, plus la dénivellation est grande pour une même pression : l'eau donne une lecture 13,6 fois plus sensible que le mercure. Piège classique à éviter Dans un tube en U, h est la différence de hauteur entre les deux surfaces, pas le déplacement d'une seule surface : si un côté descend de 3\ cm et l'autre monte de 3\ cm, h = 6\ cm.

Dans ce chapitre

• États de la matière et masse volumique de Seconde
• Action mécanique de contact et définition de la pression de Seconde
• Modèle moléculaire d'un gaz et compressibilité vus au collège
• Définition de la force pressante exercée par un fluide
• Unités de pression : Pascal, bar et atmosphère
• Fluide incompressible et modèle des liquides
• Loi fondamentale de la statique des fluides incompressibles
• Calcul de la pression sous l'eau et dans les océans
• Pression absolue et pression relative (manométrique)
• Principe de Pascal et transmission de la pression
• Poussée d'Archimède : définition et expression vectorielle
• Condition de flottaison d'un corps
• Mesure expérimentale de pression et capteurs
• Bilan : Synthèse et méthode sur Description et statique des fluides