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Mémento de physique appliquée - Association française des

1. VAPEUR 91 Vapeur saturante ns Vapeur Vapeur s che Vapeur VAPORISATION csivisivis visivi eisivis seisivis seisva aeis ir n a N i 91 Vatta bler eA EREA R Fonction Variable d tat quation d tat VARI in 91 Veeti oon RARA RAER Champ NIDE iia na A A E ASAA A AASR 91 Pre moyennes sun Radioactivit VISCOSIT nnii uona En 92 Vision photopigue Grandeurs photom triques Vision scotopique ss Grandeurs photom triques Vitesse de la Inrmri re Masse OMS Een Len Longueur VOLUME MASSIQUE ee 92 VOLUME MOLAIRE seseesssersessssersessssssssssssesssssssess 92 W Wien Loi de Rayonnement thermique Z Z OLITHE si 93 Z ro absobn nn Temp rature PDP M mento de physique appliqu e 116 INDEX DES TRADUCTIONS Index des traductions A Apso luts humidity anni 44 Absolute temperatur 84 Absorption 6 YTO o PEE E E EE A E OA 6 Activation energy 33 ACCLV DEV ovonenrocniiiiriini t ia enin RE a an 7 Adhesion e B Adsorption sl Aerosol nass 8 y a O E A OEN N RE AA 8 Air humidity 44 Altitude angle 44 AEMOSPhRETE A E N E GR 9 Atmospheric pressure ss 66 RATOMissnamennnnntrnt antenne 10 AZIMUT MAN EN A NA AO A Ar 12 B BISS EA aS 13 BOATING mpnnene nean a AA A AANG 30 Boundary semerre a E A i 41 B u undary COondit LONSisrnennnntrnnnnne 21 B ownian MOELON Hanna 58 C Capri Ar EVE mens 13 Catalys
2. La p riode T d une onde peut tre simplement d finie comme la dur e d un cycle cart de TEMPS entre deux valeurs identiques de Ponde p riodique La fr quence f est l inverse de la p riode f 1 T Elle exprime le nombre de cycles d une onde par unit de temps Sa dimension est donc linverse d un temps La notion de fr quence tant tr s importante en physique on lui a attribu une unit sp ciale le hertz Hz en souvenir du physicien allemand Heinrich Rudolf HERTZ 1857 1894 qui clarifia et tendit la th orie lectromagn tique de la LUMI RE propos e par le physicien anglais James MAXWELL Ainsi par exemple les battements du c ur ont une fr quence voisine de 1 Hz un battement par seconde L lectricit est distribu e en France sous la forme d un courant alternatif de fr quence 50 Hz soit 50 cycles par seconde Le LA en musique vibre 440 Hz La fr quence du rouge dans le SPECTRE visible est de 5 1014 Hz La longueur d onde est le produit de la p riode T et de la vitesse v de Ponde Dans le cas des ondes lectromagn tiques la vitesse v est le plus souvent gale c la vitesse de la lumi re On a la relation 1 6 T GAZ dont la MOL CULE se compose de trois ATOMES d oxyg ne O3 Ce gaz tr s instable dot d une odeur tr s forte et irritante tr s oxydant poss de les qualit s de ses d fauts Ainsi il pr sente de bonnes propri t s antiseptiques et bact ric
3. Rayonnement lectromagn tique Rayonnement aea niea NEURE Radioactivit Rayonnement Berne Radioactivit Rayonnement y Radioactivit R ACTION CHIMIQUE ee 77 R tte nn nimes Absorption R GIME nn en ANR ea none nsnnnn 77 R GULATION eee 77 SATURATION orientiiri ia n EER a a 78 S107121 EREE nn AES Champ S lectivit spectrale Absorption SIMULATION nan ia Soi Erea AE tiens 78 SO tenant RRR SOLIDE SOLIDIFICATION SOUDE nn nissan SOLUT ne SOLUTION nn Solution satur e SOLVANT nn nn nn NN a aa ANE SPECTRE Spectre continu gt Spectre Spectre discontinn nn Spectre Spectre WIE ner A Spectre STATIQUE 81 ST RADIAN seen 82 Satos phere sen Atmosph re SUBLIMATION nn thin R 82 SUHETE ATUTON nanas Solution SUALE nnrranennnannnennneennennn Longueur Surface sp cifique Porosit SYST ME Syst me de coordonn es Espace Systeme ferm nes Syst me SYST ME INTERNATIONAL D UNIT S 83 SIMON OI aE E AN ARR RARES Syst me Syst me m trique nsss Syst me International d unit s Systeme omeri sms soiin i anan Syst me Syst me ST Syst me International d unit s T Tableau p riodique des l ments l ment Tableau p riodique des l ments l ment Tamis mol culaires Z olithe TEMP RATURE 84 Temp rature absolue Temp rature absolue TEMP RATURE ABSOLU
4. form e essentiellement de silicium d aluminium et d oxyg ne Sous Pinfluence anglo saxonne le mot est parfois crit z olite Pr cisons qu en fran ais le mot est du genre f minin De composition proche de celle des argiles les z olithes sont chimiquement class es dans les aluminosilicates hydrat s D origine naturelle ou industrielle elles b n ficient de remarquables propri t s d ADSORPTION mol culaire qui les destinent de nombreuses applications dans la p trochimie la purification de Peau la f fration chimique des GAZ etc Les z olithes peuvent aussi tre utilis es comme r gulateur d HUMIDIT RELATIVE dans des espaces clos de petites dimensions bo tes vitrines etc Les z olithes repr sentent un march mondial de plusieurs millions de tonnes par an Les z olithes sont aussi appel s zmis mol culaires M mento de physique appliqu e 93 Grain de z olithe La structure microporeuse est parfaitement visible sur ce clich Doc R Van Nerum PDP M mento de physique appliqu e 94 COMPL MENTS Compl ments TRISSOTIN J ai cru jusques ici que c tait l ignorance Qui faisait les grands sots et non pas la science CLITANDRE Vous avez cru fort mal et je vous suis garant Qu un sot savant est sot plus qu un sot ignorant MOLI RE Les Femmes Savantes 1672 acte IV sc ne 3 PDP M mento de physique appliqu e 95 LE TUBE DE TORRICELLI Le tube de Torricelli et
5. 100 Courbe de pression de vapeur Saturante 80 60 40 Pression saturante en hPa 20 0 RE AA EN 0 10 20 30 40 50 Temp rature en C Supposons un local o la temp rature de l air est de 20 C et l humidit relative de 50 l ext rieur la temp rature est de 0 C et l humidit relative de 80 Dans quel sens s tablira le transfert de vapeur d eau La r ponse correcte est de l int rieur du local vers l ext rieur pour autant que la perm abilit de la paroi le permette En effet l int rieur la pression partielle de vapeur sera de 1 178 Pa pour une pression atmosph rique normale tandis qu l ext rieur elle ne sera que de 491 Pa Rapport entre la MASSE d eau contenue dans un VOLUME d AIR HUMIDE et la masse totale de l air humide avec lequel la VAPEUR est associ e L une des nombreuses fa ons de caract riser l humidit de Pair mais aussi l une des moins utilis es en France Premier l ment dans la able de Mend kiev Vhydrog ne est compos d un seul proton et donc d un seul kctron Il est par cons quent ATOME le plus l ger de tous les corps existants l chelle de Punivers il est aussi le plus abondant en masse 75 et en nombre atomes 90 Il forme l essentiel du c ur des toiles et donc de notre Soleil Ses deux sozopes les plus connus sont le deut rium stable et le tritium radioactif RADIOACTIVIT Sur Terre l hydrog ne
6. Flux PS TD TMIQUE Re RTE Flux FONCTION en E aR e nn n nee 39 FORCE men nn nee sn ee sen 39 FORCES FONDAMENTALES ssseseesesesereserereseresese 40 Fourier MOr de s EA AA Conduction FEMNE i ER EEE R ER AA Onde FRONTIERE a Anna a EE 41 USION EE EEEE E E ENAT 41 G Gay Lussac Loi d Gaz parfait GAZ RE ENS a At 41 GAZ PARFAIT Buena laine 42 Ghost Forces fondamentales GRADIENT anna nee ete 43 GRANDEUR sreca E EE 43 Grandeur extensive Grandeur Grandeur intensive ssssssssssresssssererseseressereresseses Grandeur Gander sialdi ienr ee e e a Champ Grandeur scalaire Grandeur Grandeur vectorielle gt Grandeur Champ Grati ner snnnn a ses Pesanteur GrANION rss Forces fondamentales H HAUTEUR Hs nenenumtnntinnninnnnonthnesns 44 HUMIDIT ABSOLUE 44 HUMIDIT DE L AIR ss 44 HUMIDIT RELATIVE see 45 HUMIDIT SP CIFIQUE ss sssssseseesseesseessosstesseessssseessee 46 HYDROG NE a R RR 46 HYDROLYSE oi aae e a E ans 47 Hydrom t ore M t ore HYDROPHILE 47 HYDROPHOBE oneei E ERR 47 Hygrom tre Hygrom trie PDP M mento de physique appliqu e 113 HYGROM TRIE 2er ne 47 HYGROSCOPICIT se 48 HYST R SIS nine 49 I Incandescent iior sane aE Lumi re P TER Inertie INERTIBS HN R NN RU MN Nm er 49 Terte chirique s A E E E TE Inertie Inertie m canique Inertie Inertie thermique Inertie Infrarouge nsss
7. La Commission internationale de l clairage CIE a d fini deux fonctions VA et V A correspondant respectivement la sensibilit relative spectrale de l il humain en vision photopique adapt e la lumi re et scofopique adapt e l obscurit Le graphe suivant repr sente la fonction d ficacit lumineuse relative spectrale pour la vision photopique Sensibilit spectrale de l il sensibilit maximale au voisinage de 550 nm i 0 8 0 6 0 4 Sensibilit relative 0 2 350 400 450 500 550 600 650 700 750 Longueur d onde nm C est cette fonction qui est int gr e dans les appareils de mesure du type luxm tre afin de traduire des mesures nerg tiques en mesures photom triques On appelle photom trie la branche de la m trologie consacr e la mesure des grandeurs photom triques Il existe une relation tr s utile entre la uminance L d une surface diffusante et r fl chissante et le P clairement E en 1x qu elle re oit L E o 7 dans laquelle o est le facteur de r flexion Dans la formule pr c dente la valeur num rique x la dimension d un angle solide en sr PDP M mento de physique appliqu e 106 Bibliographie comment e Bibliographie comment e Comme toutes les bibliographies celle ci r sulte d un choix dont il serait vain de nier la subjectivit La s lection d ouvrage que nous avons op r e s est fond e sur diverses motivati
8. l unit de surface pour exprimer un transfert thermique au travers d une paroi par exemple on utilisera expression de densit de flux L unit utilis e sera alors le watt par m tre carr W m La notion de flux existe galement en photom trie Grandeurs et unit s photom triques L unit de fux lumineux est le lumen lm La notion de densit de flux existe galement dans ce domaine On utilise plut t l expression d clairement lumineux L unit d clairement lumineux est le lux 1 1x 1 Im m On trouve galement cette notion de flux en lectricit le fux lectrique dont l unit est le coulomb C et le fux magn tique dont l unit est le weber Wb Structure math matique tablissant une relation entre plusieurs entit s commun ment appel es variables Les math maticiens sont en mesure de proposer des d finitions infiniment plus rigoureuses de la notion de fonction et tablissent des distinctions utiles mais subtiles entre fonction relation application loi distribution etc Ainsi l quation P m exprime math matiquement le fait que le POIDS une grandeur vectorielle d un SYST ME physique d pend est fonction de la masse du syst me not e ici par le symbole 7 une grandeur scalaire et qui repr sente l acc l ration de la PESANTEUR En d autres termes le poids d un syst me physique est le produit de sa masse et de l acc l ration de la pesanteur au li
9. Changement d tat Polychromatique Rayonnement thermique POLVYM RE nee enen dents nnunennrs entr 64 Polym risation ssssssssrsesersrsrsereresreresseresseresseresss Polym re Pore Porosit POrOME RNA ENS Porosit POROSITE nn ne AU etes 64 Porosit ferm e Porosit Porosit ouverte insiste Porosit POTENTIEL HYDROG NE sens 65 PRESSION dar aiea a 66 PRESSION ATMOSPH RIQUE ssssssssseesessseesseerseeseese 66 Pression atmosph rique normale Pression atmosph rique PRESSION DE VAPEUR SATURANTE 67 PRESSION DYNAMIQUE sr 68 Pression isotrope Pression statique Pression normale sesser Conditions normales PRESSION PARTIELLE 68 PRESSION STATIQUE eee 69 PRESSION TOTALE siscsoepnotnenerreetees 69 Principes de la thermodynamique Proton nn ne tr enr PSYCHROM TRE PUISSANCE A nunnniniennnnnnmhnnninenenefies Q QUANTIT DE MATI RE sssssessseeseosreesssersesseesseereess 70 VOUN Rs RS en nn ETD Atome R RADIAN E mienne 71 RADIOACTIVIT enr ere tester 71 Rado l mentis ss ins nes Radioactivit Radionntl ides ns ennnnnannnn tee Radioactivit RAJOM re EEEE EER Radioactivit RAPPORT DE M LANGE 73 RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE 74 Rayonnement infrarouge Rayonnement lectromagn tique RAYONNEMENT THERMIQUE 75 INDEX DES NOTIONS Rayonnement ultraviolet Rayonnement lectromagn tique Rayonnement visible
10. DE L EAU Water activity ADSORPTION Adsorption M canisme de physisorption sur une surface poreuse DR ADH SION Adhesion PDP LEXIQUE prix Nobel en 1903 La mesure de l acidit d une SOLUTION est donn e par le POTENTIEL HYDROG NE Un pH inf rieur 7 confirme l acidit d une solution http www chem atizona edu salzmanr 480a 480ants activity acti vity html Voir Arnaud pp 360 362 D signe l HUMIDIT RELATIVE de l environnement d un MAT RIAU HYGROSCOPIQUE lorsque les changes de VAPEUR d eau entre le mat riau et son environnement ont atteint l QUILIBRE L activit de Peau est not e 4 Tout comme la notion plus g n rale d humidit relative Pactivit de l eau est un rapport sans DIMENSION Si l humidit relative est presque toujours exprim e en pourcentage de 0 100 Pactivit de l eau est donn e par un nombre compris entre 0 t 1 La notion d activit de l eau est surtout utilis e dans les domaines de agro alimentaire de la pharmacie et de l industrie chimique Les biologistes sont galement amen s lutiliser pour d crire les conditions de d veloppement des micro organismes Ph nom ne de pi geage d une substance en g n ral un LIQUIDE ou un GAZ d nomm e l adsorbat la surface d une autre substance en g n ral solide d nomm e l adsorbant Au voisinage d une surface une MOL CULE va tre soumise aux FORCES DE VAN DE
11. M mento de physique appliqu e 88 TRANSITION VITREUSE Glass transition TRANSITOIRE Transient state TRAVAIL Work UNIT Unit PDP LEXIQUE sont connus La troisi me erreur cons quence des deux autres est donc d attribuer linvention du thermom tre GALILEI C est Santore SANTORIO 1561 1636 un m decin de Padoue qu on doit l id e fondamentale exprim e en 1612 d ajouter un rep re gradu un thermoscope le transformant ainsi en v ritable thermom tre capable de mesurer la temp rature de Pair expir par ses patients N en d plaise ses hagiographes Galileo GALILEI n est donc ni l inventeur du thermoscope ni celui du thermom tre Changement d tat propre certains mat riaux POLYM RES En de d une certaine temp rature dite zemp rature de transition vitreuse elle est not e T et est propre chaque mat riau les cha nes mol culaires constitutives de ces mat riaux ont un comportement m canique rigide Le mat riau est alors dur et souvent cassant Il est dit dans un tat vitreux Au voisinage de T le mat riau pr sente des propri t s visco lastiques Au del de T la mobilit relative des cha nes mol culaires s accro t Le comportement du mat riau devient plastique ou caoutchoutique Se dit d un R GIME o le SYST ME physique consid r tend vers un tat d QUILIBRE apr s avoir connu une modification de ses CONDITIONS AUX LIMITES celles ci
12. Rayonnement lectromagn tique Intensit lumineuse Grandeurs photom triques IO rente ets Grandeur Interaction lectromagn tique Forces fondamentales Interaction faible Forces fondamentales Interaction forte Forces fondamentales Interaction gravitationnelle Forces fondamentales Interaction bydraphobe sssr Hydrophobe TON enaa E T S 50 Ton bydroxyle Potentiel hydrog ne Tonisation sssssninnsnnnn niet lon TSOlGR EE e E et inrneres Isolation ISOLATION 50 Isolation lectrique Isolation Isolation thermique Isolation Isotherme de sorption Contenu en eau NRI E tt MR ren tn Atome TSofrop is ne ne Rs Solide Jurin Loi d Capillarit K Keesom Forces de Van der Waals Forces de L Larson chimique nine Mol cule Liaison covalente Mol cule LIAISON HYDROG NE ssssssssss111t11tttttttttttttttttttttttt 50 Liaison ionique gt Mol cule LIBRE PARCOURS MOYEN 51 Tamite collodile sranane Ra Collo de Lipophile san Hygrophile LIQU FACTION ses 52 LIQUIDE RSR Res NN MN NES 52 Thonon M t ore Loi physiqhensssssssnnsenrennnstessssrt Physique London Forces de Van der Waals Forces de LONGUEUR nain NNNUNN RES 53 Lononeur d ondes Onde Loschmidt Nombre de Libre parcours moyen LUMIERE nn nero reine 53 Luminance gt Grandeurs photom
13. Wet bulb temperature ss 85 WECCING Sn MR nan 57 NORME ete M Re A 89 Z ACOLTES rain nn ne di 93 Index des scientifiques cit s Les r f rences de page renvoient aux articles du lexique o figure un commentaire m me court sur le scientifique cit Ainsi AVOGADRO m est cit que pour Particle VOLUME MOLAIRE et non pour lPensemble des articles o la loi et le nombre qui portent son nom sont mentionn s En revanche Svante ARRHENIUS est cit deux fois nomm ment Il appara t donc deux fois dans lindex Pour lorthographe des noms cit s nous avons retenu celle propos e par le Petit Robert des noms propres dition Le Robert Paris juin 1997 Pour les noms qui n y figurent pas nous avons consult diff rentes sources et retenu l orthographe la plus fr quente o A NGSTR M Anders Jonas 1817 1874 103 A ARRHENIUS Svante 1859 1927 6 31 33 AVOGADRO Amedeo 1776 1856 92 B BECQUEREL Antoine Henri 1852 1908 sss sss 71 BERNOULLI Daniel 1700 1782 69 BOLTZMANN Ludwig 1844 1906 34 BROGLIE Louis de 1892 1987 74 BROWN Robert 1773 1858 58 C CARNOT Sadi 1796 1832 CELSIUS Anders 1701 1744 CURIE Marie Sklodowska 1867 1934 71 CURIE Pierre 1859 1906 71 D DALTON John 1766 1844 DESCARTES Ren 1596 1650 E EINSTEIN Albert 1879 1955 54 58 74 F FAHRENHEIT Daniel 1686 1736 99 FEYNMAN Richard 1
14. la surface des mati res plastiques pour augmenter leur mouillabilit On appelle d mouillage le retrait spontan d un film liquide sur une surface hydrophobe Mouvement al atoire de particules en suspension dans un fluide D couvert en 1827 par un botaniste cossais Robert BROWN ce mouvement r sulte des chocs incessants re us par les particules de la part des mol cules du fluide Ce ph nom ne qui aurait pu demeurer une curiosit de laboratoire est devenu au fil du temps l une des mines d id es les plus f condes pour la physique et les math matiques En 1905 annus mirabilis pour la physique Albert EINSTEIN 1879 1955 prix Nobel 1921 alors g de 26 ans publie quatre articles visionnaires consacr s aux th mes de la relativit de l quivalence mati re et nergie de la nature discontinue de la LUMI RE et de lorigine thermique du mouvement d sordonn des atomes Ces sujets seront les axes majeurs de toute la recherche en physique pendant le XX si cle Simulation du mouvement brownien d une particule Dans Particle qui nous int resse ici Annalen der Physik vol 17 pp 549 560 il postule l existence d un mouvement d sordonn des mol cules d origine thermique L ann e suivante en 1906 donc il montre qu on peut d duire du mouvement des particules une d termination des dimensions mol culaires Ces sp culations th oriques recevront une clatante confirmation exp rimentale gr c
15. par le plan vertical passant par un astre et le plan m ridien du lieu d observation L angle est compt soit par rapport au sud Pazimut du sud vaut 0 il est n gatif vers l est positif vers l ouest soit par rapport au nord lazimut vaut alors 90 l est 180 au sud etc Combin avec la HAUTEUR l azimut permet de situer pr cis ment la position apparente d un astre sur la vo te c leste L azimut d un astre comme la hauteur d pend du mois du jour et de lPheure ainsi que des coordonn es g ographiques latitude et longitude du point d observation JUN Sally I l Verticale du lieu d observation Astre observ p l A J H uteur lt Azimut N a amp RATE us A SU Plan d observation gt s7 Le graphe suivant illustre Putilisation de la notion d azimut et de 8 p hauteur pour la repr sentation de la trajectoire apparente du Soleil P pr J Paris lors du solstice d t Les heures sont donn es en temps universel d o la mention TU Dans l exemple que nous avons choisi pte q gt les coordonn es du Soleil sont figur es pour 17 heures TU On note gu p que lazimut de notre toile est alors de 277 et la hauteur de 26 Ceci prouve qu une partie de l ann e entre les quinoxes de printemps et automne le Soleil est en mesure certains moments de la journ e gt gt J gt d clairer une fa ade nord
16. tat liquide Pour viter toute confusion il peut tre parfois utile de parler de condensation solide o de condensation liquide Dans tous les cas la condensation est un processus exofhermique qui restitue la CHALEUR LATENTE emmagasin e par la substance quand elle est pass e l tat gazeux soit directement partir de l tat solide SUBLIMATION soit partir de la phase liquide VAPORISATION ou VAPORATION Si l on tente d ajouter de la VAPEUR d eau une MASSE d AIR HUMIDE satur e l exc s de vapeur d eau se condensera sous forme de gouttelettes d eau soit sur les surfaces en contact avec la masse d air humide si elles sont plus froides soit dans la masse d air elle m me avec laquelle elle formera un BROUILLARD Une condensation se produira galement si l on tente de refroidir une certaine masse d air humide en de de sa TEMP RATURE DE ROS E Sollicitations support es par un SYST ME sa FRONTI RE En g n ral ces conditions sont des TEMP RATURES ou des FLUX d nergie ou de mati re Elles peuvent tre constantes ou variables Ce sont elles qui d terminent le R GIME auquel est soumis le syst me Supposons que notre syst me tudi soit une vitrine plac e dans une salle d exposition Pour faciliter P tude nous choisirons les faces ext rieures de la vitrine comme tant la fronti re du syst me D finir les conditions aux limites consistera 1 tablir la liste de t
17. un atome est faible nergie d ionisation plus l atome sera consid r comme r actif Lorsque les deux atomes li s par covalence sont identiques cas par exemple de la mol cule d hydrog ne ou d oxyg ne le doublet d lectrons mis en commun de trouve en moyenne gale distance des deux noyaux d atomes L difice mol culaire est alors parfaitement neutre sur le plan lectronique Il n en va pas de m me dans le cas de la plupart des liaisons h t ronucl aires qui se traduisent par une asym trie lectronique source d une polarisation de la mol cule Dans cette situation certains auteurs parlent de aison ionique De fait il n existe que des liaisons covalentes plus ou moins polaris es On observera que les propri t s d une mol cule sont le plus souvent tr s diff rentes de celles de substances constitutives Prenons le cas d une mol cule tr s simple que nous utilisons tous les jours pour assaisonner nos plats le chlorure de sodium NaCl Elle r sulte de lPassociation d un atome de sodium et d un atome de chlore Le sodium est un m tal mou mod r ment toxique mais extr mement r actif Au contact de l eau une r action tr s exothermique se produit qui permet l hydrog ne d gag dans la r action de s enflammer voire d exploser Les feux de sodium sont tr s difficiles teindre Pour sa part aux CONDITIONS NORMALES le chlore est un gaz tr s r actif lui aussi Puissant d sin
18. une proposition fondatrice de la THERMODYNAMIQUE Notons qu ce jour elle n a jamais t d montr e mais aussi qu aucune exp rience ne Pa jamais invalid e Dans ce principe de conservation de l nergie s entend comme un cho du principe de conservation de la MASSE et des l ments chimiques nonc au XVIII si cle par le savant fran ais Antoine Laurent de LAVOISIER 1743 1794 La Nature impose cependant des limites certaines transformations ainsi si le travail nergie m canique peut tre int gralement transform en chaleur l inverse n est pas vrai Cette limitation est due au deuxi me principe de la THERMODYNAMIQUE Toutefois l nergie totale d un SYST ME est toujours conserv e L nergie interne d un corps peut tre augment e ou diminu e par le TRAVAIL qu il d livre ou qu il re oit Ce travail modifie alors son tat position vitesse acc l ration temp rature d formation charge lectrique etc L nergie est donc galement une mesure du travail modifiant l tat d un corps Le mot nergie vient du grec evepymia qui peut se traduire par force en action C est pr cis ment ce que refl te Panalyse dimensionnelle de cette grandeur L nergie a en effet pour DIMENSION le produit d une FORCE par une LONGUEUR C est donc bien une force qui se d place L unit d nergie a t baptis e du nom de James Prescott JOULE 1818 1889 l immense savant anglais d
19. une des grandes victoires de la physique quantique ont t de montrer que la fofalit du monde mat riel qui nous entoure pouvait tre expliqu par le jeu forc ment complexe et pas toujours compris de seulement quatre FORCES FONDAMENTALES l nferaction gravitationnelle Vinteraction lectromagn tique V interaction faible et l interaction forte La CHIMIE toute enti re ne repose que sur la seule interaction lectromagn tique comme base conceptuelle de toutes ses th ories Les processus physiques sont le plus souvent d crits par des relations entre des GRANDEURS mesurables repr sent es par des entit s math matiques telles que des sombres des vecteurs ou des fonctions L effort des physiciens est de traduire ces relations sous forme d quations baptis es ois physiques et auxquelles on associe le plus souvent le nom du scientifique qui le premier les a tablies Les math matiques jouent un r le essentiel d outil au service de la physique Cependant elles ne doivent pas occulter la r alit des ph nom nes naturels qu elles ont pour seul devoir de repr senter sous une forme ais ment manipulable Le formalisme math matique et la rigueur qu il requiert peuvent devenir un obstacle la compr hension pour qui n a pas b n fici de la formation n cessaire C est la raison pour laquelle le choix a t fait pour ce lexique de ne recourir que tr s marginalement aux notations math matiques et de le
20. 0 n n n n n n 20000 40000 60000 80000 100000 120000 Pression atmosph rique en Pa La pression atmosph rique d cro t avec Paltitude comme le montre le graphe Ainsi 5 000 m d altitude la pression atmosph rique n est plus qu environ la moiti de celle mesur e au niveau de la mer Pour un m me volume inspir l tre humain plac cette altitude voit donc sa dose d oxyg ne divis e par 2 Au sommet de l Everest la pression atmosph rique est sensiblement divis e par 3 En un lieu donn la pression atmosph rique varie dans le temps en fonction de l tat de Patmosph re et notamment la TEMP RATURE de Pair mais les fluctuations autour de la valeur moyenne ne d passent gu re quelques pour cent PRESSION d QUILIBRE d une VAPEUR et de sa PHASE liquide pour une substance donn e Cette pression saturante ne d pend que de la TEMP RATURE Elle est la m me que la mesure soit faite dans une enceinte ne contenant que la vapeur de la substance ou en pr sence d un autre gaz air par exemple La relation entre pression de vapeur saturante et temp rature est d termin e exp rimentalement On proc de point par point la temp rature tant maintenue constante chaque tape de l tablissement de la relation p fO La courbe donnant la pression de vapeur saturante en fonction de la temp rature pour l eau est donn e par le graphe suivant M mento de physique appliqu e 67 Doc DRION
21. 218 52 quilibre eau glace 101 325 Pa 273 15 0 491 67 32 0 Point triple de Peau pure 273 16 0 01 491 69 32 018 0 008 bullition de l eau 101 325 Pa 373 15 100 671 67 212 80 DR RANKINE William ing nieur et physicien britannique 1820 1872 Fondateur de nerg tique PDP M mento de physique appliqu e 100 QUELQUES INFORMATIONS UTILES SUR LES UNIT S Quelques informations utiles sur les unit s LES UNIT S DE BASE DU SYST ME SI Grandeur Dimension Unit Symbole D finition Masse M kilogramm kg Masse du prototype international du kilogramme e Longueur L m tre m Longueur du trajet parcouru par la lumi re dans le vide pendant un intervalle de 1 299 792 458 seconde Temps T seconde s Dur e de 9 192 631 770 p riodes de la radiation correspondant la transition entre les deux niveaux hyperfins de l tat fondamental d un atome de c sium 133 Temp rature kelvin K Fraction gale 1 273 16 de la temp rature thermodynamique thermodynamique du point triple de l eau pure Quantit de N mole mol Quantit de substance d un syst me qui contient mati re autant d entit s l mentaires qu il y a d atomes dans 0 012 kilogramme de carbone 12 Courant I amp re A Intensit d un courant qui traversant deux lectrique conducteurs rectilignes parall les de longueur infinie et de section n gligeable plac s un m tre de distance dans le vide produit entre ces
22. Celle ci est proportionnelle d une part la masse du corps not e en kg et d autre part la CHALEUR MASSIQUE de ce corps exprim e en J kg K qui d pend de la nature du mat riau constitutif ATOME ou MOL CULE ayant perdu ou gagn un ou plusieurs kc rons dans certaines situations mise en solution chauffage tr s haute temp rature impact avec une particule tr s nerg tique etc Ce ph nom ne est nomm zonisation La charge de Pion est indiqu e par un ou plusieurs signes ou dispos s en exposant droite du symbole de l l ment Ainsi Pion positif cation calcium est not Ca lion n gatif anion chlore CF Excellent solvant l eau est capable de dissocier des mol cules de sel par exemple en formant des SOLUTIONS ioniques lectriquement neutres mais o se d placent librement des porteurs de charges positives ou n gatives les ions C est la raison pour laquelle Peau min ralis e est un bien meilleur conducteur lectrique que l eau chimiquement pure Ensemble des dispositions adopt es pour r duire le transfert de CHALEUR ou de charge lectrique dans un syst me Dans le premier cas on parlera d isolation thermique dans le second d isolation lectrique Un MAT RIAU pr sentant un bon niveau d isolation sera qualifi d isolant Le mot soant est la fois un adjectif et un substantif On dira indiff remment un mat riau isolant ou un isolant La notion d isol
23. Pair un m dia capable d intercepter les particules qu il transporte L efficacit de la filtration va d pendre des caract ristiques physiques du filtre en regard de la taille des particules retenir mais aussi de son degr d encrassement Celui ci peut tre estim partir de la perte de pression dite perte de charge qu il induit dans un circuit d air Lorsqu il est propre cette perte de charge est voisine d une centaine de pascals Elle s accro t au fur et mesure que le filtre se colmate Paradoxalement plus le filtre s encrasse et plus il est efficace C est la raison pour laquelle efficacit d un filtre particulaire est toujours donn e pour une perte de charge limite Dimension des principaux a rosols Fum es industrielles Fum e de cigarette Pollen Spores Bact ries imiteMision humaine Virus Mol cules Dimension en pm Au regard des normes EN 779 2002 et EN 1822 les filtres patticulaires sont class s en quatre grandes familles Filtres grossiers quatre classes G1 G4 en fonction de leur efficacit de r tention d une poussi re synth tique pour une perte de charge finale de 250 Pa Filtres fins cinq classes F5 F9 en fonction de leur efficacit de r tention de particules de diam tre 0 4 pm pour une perte de charge finale de 450 Pa Un filtre F9 retient 95 des particules de 0 4 um lorsque la perte de charge atteint 450 Pa Filtres HEPA Hi
24. Relation P en R 4 5 z en C o chelle Fahrenheit No de l unit degr Fahrenheit Symbole F D finition Le degr Fahrenheit est la centi me partie de intervalle de temp rature s parant le point de fusion d un certain m lange glace sel et la temp rature du corps humain Conventionnellement la valeur 0 de P chelle est fix e au point de fusion du m lange et la valeur 100 la temp rature du corps humain Commentaire Encore en vigueur dans les pays anglophones et notamment aux USA Relation t en F 9 5 en C 32 2 R AUMUR Ren Antoine FERCHAUD de physicien et naturaliste fran ais 1683 1757 Sp cialiste des m taux il introduit en 1730 P chelle de temp rature qui aujourd hui porte son nom et cr e un thermom tre alcool gradu de 80 0 3 FAHRENHEIT Daniel physicien allemand 1686 1736 Il propose en 1712 le premier thermom tre mercure PDP M mento de physique appliqu e 99 o chelle Rankine Nom de l unit rankine Symbole R D finition LES CHELLES THERMOM TRIQUES Le degr Rankine est P chelle de temp rature absolue raccord e P chelle Fahrenheit Commentaire Voir commentaires pour chelle Fahrenheit Relation e Pour r sumer T en R 9 5 T en K Kelvin Celsius Rankine Fahrenheit R aumur K PC R PF PR Z ro absolu 0 273 15 0 459 67
25. Si l apport de chaleur se poursuit le LIQUIDE va monter en temp rature partir d un certain seuil un nouveau changement d tat va se produire Le liquide va devenir un GAZ Ces ph nom nes endothermiques c est dire qui absorbent de la chaleur sont l origine de la sensation de fra cheur qui accompagne l vaporation de l eau sur la peau La r gulation thermique sudorale est fond e sur cette propri t des changements d tat GAZ s 5 Solidification SOLIDE LIQUIDE Fusion Les termes indiqu s dans l illustration sont les appellations physiquement correctes L usage courant et admis remplace fr quemment l expression liqu faction par condensation liquide voire condensation tout court Nous nous conformerons cet usage quand il n y aura pas de risque de confusion Pour provoquer le passage de la phase solide la phase liquide puis de la phase liquide la phase gazeuse il a fallu fournir de l nergie stock e M mento de physique appliqu e 16 PDP LEXIQUE sous forme d nergie cin tique des mol cules de la substance CHALEUR LATENTE Le changement d tat inverse est un processus cette fois ci exofhermique qui restitue int gralement la chaleur latente absorb e Ce m canisme fondamental des changements d tat est mis profit dans de nombreuses installations techniques pour le transfert ou le stockage nerg tique Le passage du soli
26. de CHALEUR re ue ou festitu e par un corps se traduisant respectivement par une l vation ou une diminution de sa TEMP RATURE S oppose CHALEUR LATENTE Domaine mat riel ou immat riel o se manifeste en tout point une propri t physique particuli re caract ris e par une GRANDEUR scalaire PRESSION TEMP RATURE etc ou vectorielle PESANTEUR vitesse etc Math matiquement parlant un champ est repr sent par une fonction d crivant la grandeur physique concern e en tout point de Pespace Pour les champs scalaires la grandeur est repr sent e en tout point par un salaire c est dire un nombre unique Pour les champs vectoriels la grandeur est repr sent e par un vecteur c est dire lPassociation d un nombre et d une direction Tout SYST ME physique peut donc tre repr sent par un plusieurs champs superpos s M mento de physique appliqu e 15 Repr sentation d un champ CHANGEMENT D TAT Change in phase or RATS ST TIRE UN RATS SU LIL RAS SUIS Ut TAARAT 11 11 UE t ti E E E tt L VIARAMIRE EU DANAL AAA ET VI RAAAAANETIAN R P T EETESEE IRAN PS TARIEL RNA PISTE RNA PS TATEEE vectoriel 2D state Petit gla on dans un grand verre d eau DR PDP LEXIQUE repr sentant ses grandeurs caract ristiques Deux familles de champs vectoriels ont une importance particuli re il s agit des champs lectriques et magn tiques dont l interaction es
27. galement ce ph nom ne qui permet d expliquer le ph nom ne de sustentation des ailes d un avion Mais ce ph nom ne peut aussi avoir de graves r percutions sur l int grit d un b timent quand le vent est la cause de l coulement fluide Somme des pressions partielles des constituants d un m lange de gaz parfaits i de Dalton Pratiquement on peut consid rer que la PRESSION ATMOSPH RIQUE est la somme de la PRESSION PARTIELLE de la vapeur d eau et de celle de Pair sec c est dire de la pression partielle de lazote plus celle de loxyg ne plus celle qu exercent tous les autres gaz pr sents dans lair atmosph rique M mento de physique appliqu e 69 PSYCHROM TRE Psychrometer droite le thermom tre bulbe sec droite le thermom tre bulbe humide Au centre la r serve d eau Doc J Jamin PUISSANCE W Power QUANTIT DE MATI RE mol Mole PDP LEXIQUE P tat de traces Lorsque le concept est relatif un coulement fluide il d signe la somme de la PRESSION STATIQUE et de la PRESSION DYNAMIQUE Appareil de mesure permettant de d finir l tat hydrique de Pair HUMIDIT RELATIVE ou HUMIDIT ABSOLUE partir d une mesure de la TEMP RATURE S CHE not e 0 et de la TEMP RATURE HUMIDE not e 0 Plus le m lange constitu d air sec et de VAPEUR d eau est loign de la SATURATION plus l cart entre les valeurs mesur es de ces deux temp r
28. gt CA ve d e x a x e aer weet e or 47 G a o has i e o EN he a Plac dans une enceinte telle que figur e sur le sch ma pr c dent le gaz bleu exerce la pression p tandis que le gaz rouge impose la pression p Plac s ensemble dans la m me enceinte la PRESSION TOTALE mesur e p est gale la somme p p Consid rons le cas particulier de la pression partielle de vapeur d eau dans lair atmosph rique Sous nos climats cette pression partielle ne d passe que tr s rarement le seuil de 4 de la pression totale qui n est autre que la PRESSION ATMOSPH RIQUE PRESSION qui s exerce dans toutes les directions d un fluide On dit aussi pression isotrope Auteur de la premi re h orie cin tique des GAZ Daniel BERNOULLI 1700 1782 a montr que dans un coulement laminaire non turbulent d un fluide incompressible la somme des pressions statique et dynamique tait constante En d autres termes si en un lieu quelconque de l coulement la vitesse augmente il s en suit que la PRESSION DYNAMIQUE augmente au d triment de la pression statique Il se produit donc localement une d pression Ce ph nom ne est souvent appel effet Venturi du nom du physicien italien Giovanni Battista VENTURI qui le premier l a tudi en d tail Il peut galement tre utilis pour mesurer des vitesses ou r aliser des dispositifs de pompage C est
29. hygrom trique s exprime en pourcentage Pr sentant des valeurs proches humidit relative et degr hygrom trique sont des notions souvent confondues Il est parfois appel degr de saturation Soit un air humide pris l altitude de O m tre la temp rature de 20 C et pr sentant une humidit relative de 50 Son degr hygrom trique est de 49 4 valeur peu diff rente il faut bien l admettre de 50 Repr sentation graphique des relations THERMODYNAMIQUES entre toutes les propri t s physiques de AIR HUMIDE Ces relations d pendent pour la plupart de la PRESSION totale du m lange AIR SEC et VAPEUR d eau C est la raison pour laquelle on fait figurer sur chaque diagramme psychrom trique la PRESSION ATMOSPH RIQUE ou laltitude ce qui revient au m me puisqu chaque altitude correspond une pression de r f rence pour laquelle il a t trac Le diagramme psychrom trique est parfois appel diagramme de l air humide ou abaque de Mollier d apr s Richard MOLLIER 1863 1935 professeur de physique l universit de Goettingen qui a cr ce type de graphe M mento de physique appliqu e 24 DI LECTRIQUE Dielectric DIFFUSION Diffusion PDP LEXIQUE El Pv U ia bi r 30 LUS 100 46 Pression atmosph rique de r f rence 101325 Pa ZE CT 30 Altitude O m amp Fe d a 60 25 4 Site R f rence 32 SON d l K a STE 3 35 70 K Le a N 3
30. il est ainsi d fini Longueur du trajet parcouru par la LUMI RE dans le vide pendant un intervalle de 1 299 792 458 seconde C est mieux non Le syst me SI comporte sept unit s de base partir desquelles sont construites toutes les autres unit s dites unit s d riv es Ainsi l unit d riv e de VOLUME le m tre cube m est construite partir de Punit de base de longueur le m tre Par commodit certaines unit s d riv es ont re u un nom sp cial pour en faciliter l usage Ainsi unit de FORCE qui s crit m kg s a t baptis e newton symbole N M mento de physique appliqu e 83 TEMP RATURE oC Temperature TEMP RATURE ABSOLUE K Absolute temperature PDP LEXIQUE Les sept unit s de base du syst me SI sont les suivantes Grandeur Nom Symbole Masse kilogramme kg Longueur m tre m Temps seconde s Temp rature absolue kelvin K Quantit de mati re mole mol Courant lectrique amp re A Intensit lumineuse candela cd Les cinq premi res grandeurs de ce tableau font lobjet d un d veloppement sp cifique dans ce lexique Les d finitions d taill es ainsi que quelques r gles d usage sont donn es dans la section annexe Informations utiles sur les unit s Dans le domaine de la conservation les ph nom nes lumineux jouent un r le important et les m canismes par lesquels ils peuvent constituer un danger pour les biens culturels doivent tre connus
31. mis une longueur d onde donn e est d autant plus important que la temp rature du corps metteur est lev e M mento de physique appliqu e 75 PDP Plage du rayonfement Visible LEXIQUE 10 __Unit s de rayonnement m 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Longueurs d onde pm On observera que le rayonnement thermique mis une longueur donde donn e est d autant plus important que la temp rature du corps metteur est lev e C est la oi de Wien qui permet d expliquer l effet de serre Comme chacun sait le verre est transparent vis vis du rayonnement visible spectre radiatif comptis entre 0 4 et 0 8 um et d une petite fraction du spectre infrarouge Ce dernier est compris grosso modo entre 0 8 et 300 um Certains auteurs bornent le spectre infrarouge 100 um d autres 1000 um On distingue g n ralement deux sous domaines le proche infrarouge 0 8 um lt lt 25 pm et l infrarouge lointain 25 um lt lt 300 um La fen tre de transparence du verre s ouvre 0 3 am et se ferme entre 0 7 et 3 um selon la composition du verre et notamment la pr sence plus ou moins grande d oxyde de fer Fe2O Aussi lorsque le rayonnement solaire p n tr dans un local et chauff les objets et les parois le rayonnement infrarouge du local dont la longueur d onde est voisine de 10 um ne peut ressortir directement Tout se passe comme si le rayonneme
32. origine Il n y a pas eu de r action En revanche si un morceau de fer est plong dans de l eau il est progressivement transform en une autre substance un oxyde de fer dont les propri t s sont totalement diff rentes La transformation est cette fois ci de nature chimique Elle peut tre appel e r action La CHIMIE est l tude des r actions qui se produisent entre substances constitu es d L MENTS diff rents Ensemble des conditions physiques impos es aux limites d un syst me Si les conditions sont maintenues des valeurs constantes on dit que le SYST ME est soumis un R GIME PERMANENT ou encore STATIQUE Par opposition un r gime statique on parle de r gime DYNAMIQUE Ensemble des op rations permettant d ajuster le fonctionnement d un SYST ME lorsque les CONDITIONS AUX LIMITES sont modifi es Prenons un exemple simple Soit maintenir constante la TEMP RATURE dans un local donn La temp rature du local constitue la GRANDEUR r gler La situation est illustr e par le sch ma suivant L ensemble des op rations de r gulation va consister mesurer la M mento de physique appliqu e TI SATURATION Saturation SIMULATION Simulation PDP LEXIQUE temp rature T transmettre l information un r gulateur R auquel on a pr alablement indiqu la temp rature maintenir dans le local temp rature de consigne Le r gulateur va r aliser une comparaison entre l
33. pH Dans Peau pure en l absence de tout ACIDE ou de toute BASE en solution il se produit spontan ment une ionisation selon les r actions suivantes H20 OH HF H20 H e H O On observera que dans la premi re relation l eau joue le r le d un acide puisqwelle est donneur de protons Dans la seconde elle joue le r le d une base 25 C quilibre acido basique spontan de l eau pure s tablit avec une concentration des ions H30 de 1 107 mol L l vidence la concentration des ions OH dit zons hydroxyles est identique C est la concentration en ions H30 not e H30 d une solution qui est utilis e comme mesure de son acidit ou de sa basicit Comme cette concentration peut varier dans des proportions consid rables la mesure est exprim e sur une chelle logarithmique selon la relation de d finition pH logio H30 Appliqu e au cas de l eau pure la formule pr c dente donne le r sultat suivant pH logio 1 1077 pH 7 La figure suivante d apr s A Testani re illustre la relation entre la concentration en ions H3O et le PH M mento de physique appliqu e 65 PRESSION Pa Pressure PRESSION ATMOSPH RIQUE Pa Atmospheric pressure PDP LEXIQUE pH log H30 10713 10711 1079 107 10 5 1073 1071 mol L H30 Basique Eau Acide pure Un pH gal 7 caract rise donc une solution neutre du point de vue de son quilibre a
34. ratures diff rentes Solution satur e de 0 15 C 0 20 C 6 25 C Chlorure de lithium 11 3 11 3 11 3 Chlorure de magn sium 33 3 33 1 32 8 Carbonate de potassium 43 1 43 2 43 2 Bromure de sodium 60 7 59 1 57 6 Chlorure de sodium 75 6 75 5 75 3 Chlorure de potassium 85 9 85 1 84 3 Sulfate de potassium 97 9 97 6 97 3 Substance LIQUIDE permettant la dissolution d un SOLUT pour former une SOLUTION L EAU est un tr s bon exemple de solvant R partition des valeurs d une GRANDEUR physique en fonction d une grandeur p riodique Par exemple l expression spectre visible d signe la r partition des composantes de la LUMI RE blanche naturelle en fonction de la longueur d onde du RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE Ces composantes sont souvent d sign es par des couleurs conventionnelles dans Pordre d croissant de longueur d onde rouge orange jaune vert bleu indigo violet dites encore couleurs de arc en ciel De fait le spectre de la lumi re naturelle est continu il n y a pas de limite pr cise entre chaque couleur Certaines sources de lumi re artificielle sont caract ris es par des spectres discontinus pr sentant des raies ou bandes sp cifiques certaines longueurs donde D analhse spectrale permet d identifier les diverses longueurs d onde pr sentes dans un rayonnement Elle est Poutil fondamental des astronomes et des physiciens de la mati re Certaines
35. sultat d un effort permanent d am liorations et de corrections Je me suis efforc de r diger les notices du lexique de la fa on la plus simple possible sans notation math matique ou presque tout en conservant cependant la rigueur la plus grande N anmoins je n exclus pas qu il puisse subsister des manques des impr cisions et m me d authentiques fautes et erreurs Pour poursuivre l enrichissement de ce document je vous serais reconnaissant de me faire part de vos r flexions suggestions critiques propositions d ajouts ou de modifications D une mani re g n rale toute participation sous quelque forme qu elle soit sera la bienvenue Le cas ch ant je vous remercie de m adresser votre contribution l adresse suivante pierre pedregal conservationpreventive com Merci d avance pour vos prochains messages Se Se Le gain de notre tude c est en tre devenu meilleur et plus sage Michel EYQUEM seigneur de MONTAIGNE Essais Livre 1 25 Firmin Didot Paris 1854 p 65 PDP M mento de physique appliqu e 120
36. sut le littoral sont le r sultat des m canismes de convection Si le fluide plac au voisinage de la surface solide est d j anim d une certaine vitesse effet du vent ou pr sence d un organe m canique comme un ventilateur ou une pompe on parle de convection forc e Perception sensorielle de l il humain li e une certaine longueur d onde du rayonnement re u Si le SPECTRE visible s tend de 380 nm 780 nm la sensibilit spectrale de l il est maximale au voisinage de 550 nm Pour rendre compte de la sensation visuelle humaine des GRANDEURS et des UNIT S de mesure sp cifiques ont t cr es elles sont dites photom triques Grandeurs et unit s photom triques p 106 par opposition aux grandeurs purement nerg tiques Quelle est la couleur de cet objet D un strict point de vue physique il faut bien admettre que cette question n a aucun sens En soi un objet n a pas de couleur Soumis un RAYONNEMENT il va partiellement le r fl chir le transmettre ou l absorber Seule la fraction r fl chie est susceptible d influencer notre perception visuelle Tout d pend donc en premier lieu de la nature du rayonnement que re oit Pobjet et plus particuli rement du spectre de ce rayonnement qui la plupart du temps n est pas monochromatique compos d une seule M mento de physique appliqu e 29 DEGR HYGROM TRIQUE Humidity percentage DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE Psych
37. 45 7 soit presque un doublement De mani re g n rale la solubilit s accro t avec la temp rature sauf dans de tr s rares cas Ainsi le sulfate de lithium LiSO4 voit sa solubilit l g rement diminuer de 25 6 248 lorsque la temp rature de la solution s l ve de 20 50 C Lorsque la solution concerne un solut dont la solubilit dans le solvant consid r s l ve avec la temp rature cas le plus fr quent comme nous lavons vu on peut rencontrer des situations dans M mento de physique appliqu e 80 SOLVANT Solvent SPECTRE Spectrum STATIQUE Steady PDP LEXIQUE laquelle la solution peut tre dans un tat de supersaturation En effet lors d un refroidissement lent de la solution il peut arriver que la proportion de solut dans le solvant la temp rature de la solution soit sup rieure la limite th orique de solubilit sans que le solut ne pr cipite Il s agit l vidence d un tat instable Les solutions satur es pr sentent une caract ristique tr s importante pour une temp rature donn e l humidit d quilibre au dessus de la solution est parfaitement d finie Cette propri t est mise profit pour r aliser des talons d humidit relative ou pour effectuer un contr le pr cis de l humidit relative dans une vitrine Le tableau suivant donne les valeurs d humidit relative d quilibre de quelques substances s lectionn es pour trois temp
38. L instant suivant la position des charges M mento de physique appliqu e 90 VAPEUR Vapor VAPORISATION Vaporisation VARI Unsteady VIDE Vacuum PDP LEXIQUE dans l espace va changer induisant une modification de la polarit En moyenne la polarit de l ensemble est nulle Pourtant une interaction subsistera entre les mol cules et assurera leur coh sion Bien entendu cet effet existe aussi entre mol cules polaires Aussi les forces de London s ajoutent aux forces de Keesom et de Debye Les NERGIES mises en jeu dans les interactions de Van der Waals sont de l ordre de quelques kJ mol Ces valeurs sont beaucoup plus faibles que celles qui caract risent les liaisons hydrog nes une forme particuli re des forces lectromagn tiques intermol culaires Synonyme de GAZ Une substance formant un gaz plac e dans des conditions de PRESSION et de TEMP RATURE telles qu elle demeure en QUILIBRE avec une quantit aussi petite soit elle de la m me substance en phase liquide est dite en tat de vapeur saturante Par opposition lorsque le dit gaz est loin du point d quilibre envisag on le d nomme vapeur s che 1 La pression correspondant l tat d quilibre des phases vapeur et liquide est dite PRESSION DE VAPEUR SATURANTE Ces cumulus humulis ne sont pas de la vapeur d eau mais des nuages de gouttelettes d eau plong s dans une atmosph re d air humide DR Ph nom ne d
39. Q On peut galement caract riser un lectrolyte par sa r sistivit Elle s exprime alors en Qm On doit Svante ARRHENIUS d avoir le premier compris le m canisme de la dssociation lectrolytique dite aussi dissociation ionique qui se produit spontan ment dans une solution Ce r sultat remarquable surprit tout d abord la communaut des chimistes avant qu ils ne finissent par se rendre l vidence nul besoin d un courant lectrique pour que la dissociation ionique se produise Ce sujet fut le th me de la conf rence qu il pronon a lorsqu il re ut le prix Nobel en 1903 Bien que constitu e de MOL CULES polaires PEAU pure est un mauvais lectrolyte En revanche sa conductivit lectrique peut augmenter consid rablement en y dissolvant des sels Ainsi l eau pure a une conductivit voisine de 8 3 105 S m contre 5 S m pour l eau de mer satur e avec du chlorure de sodium NaCl L eau de mer est donc 60 000 fois plus conductrice que l eau pure Substance qui ne peut plus tre d compos e en une substance plus l mentaire 92 l ments naturels ont t d couverts dans l Univers L ATOME de chaque l ment est constitu d un noyau form de protons et de neutrons l exception de l l ment hydrog ne autour duquel gravitent des ctrons Un atome tant toujours lectriquement neutre il y a toujours autant d lectrons que de protons L l ment le plus lourd M mento de phy
40. Sa j 20 60 OOS Hl 30 LN YED 7 K TI j TT a GN 25 1 Siy 7 15 lt S S K i s D 20 2 LN i l E 1 T s 10 20 i i 15 ku ji wE N 7 K a FNI TES 10 Sai Si ET lt D L p3 N E Y T 2750 Prin 800 sza N 85 6e K z 0 o LE 10 5 o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ieee a anchrt crun a 01 28 2 5 on Pus 01 34 12 8 29 rnin pi in pedisgsi itanadis e ni L entr e dans le graphe se fait avec deux GRANDEURS quelconques Il suffit ensuite de lire toutes les autres grandeurs sur les chelles appropri es Le diagramme psychrom trique est l outil de travail de base pour toute personne qui doit appr hender les diff rents param tres caract ristiques de Pair humide Se dit d un corps non conducteur dans lequel l application d un CHAMP lectrique provoque un d placement relatif des lectrons vis vis du noyau des ATOMES constituant le di lectrique L application de ce champ lectrique va donc induire une polarisation lectronique du di lectrique Un MAT RIAU di lectrique se caract rise par sa permittivit relative C est une GRANDEUR sans DIMENSION indiquant la d croissance de l
41. amp FERNET PRESSION DYNAMIQUE Pa Dynamic pressure PRESSION PARTIELLE PDP LEXIQUE Pression de vapeur saturante 120 100 80 60 0 01 pys 40 Pression saturante kPa 20 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Temp rature en Pour leau cette d termination exp rimentale a t conduite avec une excellente pr cision d s le milieu du XIX si cle par un chimiste et physicien fran ais Henri REGNAULT 1810 1878 Son dispositif est d riv du zube de Torricelli parfaitement identifiable sur la gauche de Pillustration ci contre Il faut admirer la pr cision obtenue par Regnault avec un syst me qui a bien des allures clandestines d alambic Ses mesures de la pression de vapeur saturante entre 0 et 100 C pr sentent une erreur inf rieure 1 par rapport aux valeurs commun ment admises aujourd hui On retiendra galement que H Regnault fut linventeur du PSYCHROM TRE Pression qui s exerce dans la direction de l coulement d un fluide Elle est proportionnelle au carr de la vitesse du fluide Elle se calcule avec la relation suivante 1 2 Pa 2 D dans laquelle v est la vitesse en m s et la masse volumique en kg m3 Comme on pourra le v rifier cette relation est formellement identique celle qui permet d valuer P NERGIE CIN TIQUE d un corps mobile En faisant l analyse dimensionnelle des deux relations on peut imm diatement voir que la
42. apr s avoir longtemps fabriqu des instruments scientifiques En reconnaissance de ces formidables inventions entre autres honneurs il fut nomm en France membre associ de l Acad mie des Sciences Q GRANDEUR permettant le d nombrement des entit s l mentaires ATOMES MOL CULES IONS etc constituant le SYST ME tudi La quantit de mati re s exprime en mole l une des sept UNIT S fondamentales du sys me SI symbole mol Dans une mole il existe par d finition N entit s l mentaires N4 est le sombre ou constante d Avogadro et vaut 6 02214 103 mol Cette valeur correspond au nombre d atomes contenus dans 12 g de l sofope 12 du carbone M mento de physique appliqu e 70 RADIAN rad Radian RADIOACTIVIT Radioactivity PDP LEXIQUE Supposons qu un chantillon d une substance donn e contienne N entit s l mentaires la quantit de mati re 7 consid r e en mole sera donc par d finition Unit d angle sans dimension dans le Sysz me SI Un angle d un radian est la mesure d un secteur angulaire plan form entre deux rayons d un cercle qui intercepte un arc de longueur 1 m sur une circonf rence de rayon 1 m La longueur d une circonf rence est gale 2nr o r est le rayon Il s ensuit qu un angle a une valeur maximale gale 27 radians 360 On obtient facilement la conversion 1 rad 57 296 mission spontan e de MATI RE et ou D NERGIE par
43. autres domaines LEROI GOURHAN A Milieu et techniques Albin Michel Paris 1945 Parce qu il est entra n l observation de signes t nus mais signifiants le regard de l anthropologue sait lire dans nos pratiques quotidiennes la trace des contraintes conomiques sociales et culturelles qui les sous tendent Andr Leroi Gourhan poss de l art et la mani re d clairer notre compr hension de l histoire des civilisations au travers d un expos toujours inspir cet gard le chapitre consacr l habitation est exemplaire LORUSSO S SCHIPPA B La m thodologie scientifique appliqu e l tude des biens culturels Diagnostic et valuation technico conomique traduit de Pitalien par Marcel Stefanaggi Erec Paris 1995 En r alisant la traduction de cet ouvrage M Stefanaggi chef de laboratoire au LRMH fait uvre utile car on ne trouvait pas dans la litt rature sp cialis e fran aise d ouvrage de synth se sur les m thodes scientifiques utilisables dans le domaine de P tude et de la conservation des biens culturels L essentiel de l ouvrage est consacr la pr sentation des tr s nombreuses techniques disponibles en laboratoire Des r f rences bibliographiques sont ajout es la fin de chaque partie Figure galement dans louvrage une liste qu il conviendrait sans doute aujourd hui d actualiser de bases de donn es sp cialis es dans les domaines de Part et de arch ologi
44. de VAPEUR d eau En m lange avec PAIR sec pr sent dans l atmosph re elle forme de PAIR HUMIDE dont les propri t s THERMODYNAMIQUES sont d termin es gr ce au DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE OR H Diff rentes repr sentations graphiques de l eau La figure de droite met en vidence la polarit de la mol cule DR La polarit des mol cules d eau permet la constitution de liaisons hydrog ne repr sent es par des traits pointill s qui jouent un r le important dans le comportement de l eau DR Ph nom ne de VAPORISATION rapide d un LIQUIDE recevant un important FLUX nerg tique Ce ph nom ne s accompagne de la formation au sein du liquide de bulles de VAPEUR qui viennent clater M mento de physique appliqu e 30 Le panache qui s chappe du col du ballon chauff o se produit l bullition du liquide est un m lange de vapeur d eau invisible et de fines gouttelettes d eau visibles provenant de la recondensation imm diate d une partie de la vapeur d eau dans l air environnant Doc DRION amp FERNET LECTROLYTE Electrolyte L MENT Element LEXIQUE la surface du liquide Pour un liquide donn cette bullition ne peut se produire qu une TEMP RATURE donn e qui d pend de la pression environnante Pour de l eau et pour une PRESSION ATMOSPH RIQUE gale 101 325 Pa cette bullition se produi
45. de la vapeur d eau Si la temp rature baisse il aura tendance en gagner Ph nom ne de d pendance de l tat physique d un corps en fonction d tats ant rieurs Il se manifeste souvent par un cart de l effet vis vis de la cause selon que la cause cro t ou d cro t Ce ph nom ne se rencontre par exemple lors de processus d aimantation d un solide m tallique ou lors d un cycle d humidification d shumidification d un mat riau hygroscopique On observe galement un ph nom ne d hyst r sis dans la relation contrainte d placement lors de la d formation plastique d un solide I Propri t un corps se traduisant par une certaine r sistance au changement de position de vitesse de temp rature etc On distinguera l inerfie m canique V inertie chimique et Pinertie thermique Inertie m canique Livr lui m me un corps ne peut modifier seul sa vitesse S il est au repos il y demeure S il est en mouvement il le poursuit sans changement Pour modifier la vitesse d un corps il convient d exercer une force ext rieure ce corps Les historiens des sciences s accordent consid rer que c est l immense Isaac NEWTON qui aurait le premier formul clairement ce principe d inertie Voici comment Isaac NEWTON s exprime ce sujet car linertie est ce qui fait qu on ne peut changer sans effort l tat actuel d un corps soit qu il se meuve soit qu il soit en
46. de propagation de la lumi re parfois d nomm e v rit d pend du milieu qu elle traverse Dans le vide la vitesse de la lumi re not e 4 a une valeur consid r e comme une constante fondamentale c 299 792 458 m s M GRANDEUR physique fondamentale caract ristique de tout ensemble mat riel ne surtout pas confondre avec la notion de POIDS le poids n tant rien d autre qu une FORCE Par le pass la masse tait d sign e par lexpression quantitas materie Ce concept de QUANTIT DE MATI RE est aujourd hui pris en compte par une unit sp cifique la mole Pune des unit s fondamentales du Sysz me SI L unit de masse est le kilogramme l une des sept unit s fondamentales du Sysme SI Elle est la seule commencer par un pr fixe en l occurrence kilo qui vaut 1000 10 Pour un syst me mat riel donn la masse est une grandeur extensive constante sauf pour les substances radioactives pouvant rev tir deux aspects gravitationnel les masses s attirent entre elles et inertiel une masse s oppose son d placement INERTIE C est au demeurant gr ce au ph nom ne de la PESANTEUR li attraction de la Terre que la masse est mesurable Il revient Albert EINSTEIN prix Nobel 1921 d avoir montr en 1905 que la masse d un corps tait une mesure de son NERGIE intrins que E et d avoir propos la c l bre relation E m dans laquelle d signe la vit
47. de sa deuxi me dition ce grand classique demeure une source tr s riche d informations Pour le lecteur la surprise vient de la structure originale de l ouvrage Les trois premiers chapitres sont consacr s respectivement la lumi re humidit et la pollution Curieusement les trois chapitres suivants portent sur les m mes th mes De fait ils constituent des compl ments plus techniques des premiers chapitres L ouvrage ne comporte pas moins de 321 r f rences bibliographiques TORRACA G Mat riaux de construction poreux Science des mat riaux pour la conservation architecturale Xccrom Rome 1986 L ambition de l ouvrage est limit e mais l auteur contrairement d autres en donne plus qu il n en promet Sous des dehors modestes Pouvrage propose en effet une approche r ellement pluridisciplinaire d un sujet difficile En 140 pages l essentiel est dit M mento de physique appliqu e 110 INDEX Index Trouver d abord Chercher apr s Jean COCTEAU Journal d un inconnu Grasset Paris 1953 p 20 PDP M mento de physique appliqu e 111 INDEX DES NOTIONS Index des notions A ABSORPTION 2 de oran ar nt 6 Absorptivit sssr gt Absorption Acc l ration de la pesanteur Pesanteur ACIDE rec E tierce lunes en 6 Aa aiaa r a E Potentiel hydrog ne ACTIVIT DE L AU osnneneintinennrnteites 7 Activit nucl aire Radioactivit ADH SI
48. des mol cules composant les substances en pr sence est grand Par cons quent le m canisme de diffusion est plus rapide dans un gaz que dans un solide la vitesse de diffusion est de l ordre de 2 10 3 m s dans les gaz 2 105 m s dans les liquides et seulement de 2 10 m s dans les solides Dans le cas de la diffusion d un gaz dans un autre gaz la distance moyenne X parcourue par une mol cule en un TEMPS est donn e par la relation x 4V2 D 7 2 dans laquelle D est appel coefficient de diffusion Comme le montre lPexpression pr c dente le coefficient de diffusion a la dimension d une surface par seconde Les valeurs de D tant faibles on utilise souvent le cm s comme unit Ce coefficient augmente lorsque la temp rature augmente Dans le cas des gaz le coefficient de diffusion est proportionnel la vitesse moyenne des mol cules constituant le gaz et leur LIBRE PARCOURS MOYEN Distance moyenne parcourue par une particule pr D 0 1 cm s e D 0 2 cm s a D Distance X parcourue m 2 0 30 60 90 120 150 Temps coul h Le graphe pr c dent montre le temps n cessaire une mol cule de gaz pour parcourir une certaine distance partir de sa source d mission Si cette mol cule est du radon D 0 1 cm s il lui faudra 125 heures pour se retrouver 3 m tres de sa source On le voit le processus de
49. diffusion est relativement lent m me dans les gaz Cependant dans une ambiance tr s calme dans laquelle ne se manifeste aucun autre ph nom ne de DISPERSION il suffit expliquer le m lange constat de gaz dont les MASSES MOLAIRES sont tr s diff rentes En effet contrairement une croyance commune les gaz ne se stratifient pas dans un local en fonction de leur masse molaire Il n est pas rare que des ouvrages scientifiques participent la diffusion de cette croyance inspir e du comportement des liquides On peut montrer que la diffusion correspond un processus irr versible accompagn d une augmentation de l ENTROPIE La stratification des composants d une masse gazeuse violerait donc le second principe de la THERMODYNAMIQUE Au terme d un d lai suffisamment long le ph nom ne de diffusion gazeuse induit inexorablement un m lange parfait des substances gazeuses en pr sence Cependant s il existe en M mento de physique appliqu e 26 DILATATION Dilatation DIMENSION Dimension PDP LEXIQUE un point une source permanente d une substance diffusant dans un milieu un gradient permanent s y tablira Le gradient observ peut tre confondu tort avec une stratification li e au poids mol culaire respectif de la substance diffusante et du milieu Mais comme nous Pavons dit une stratification de ce type est par nature impossible dans un milieu gazeux Ph nom ne d augmentation
50. dire que l nergie est le produit d une FORCE et d une longueur Comme une force r sulte du produit d une MASSE par une acc l ration il s en suit qu une nergie est le produit d une masse et d une surface divis deux fois par le temps soit dans la notation symbolique MLT L analyse dimensionnelle permet de v rifier tr s rapidement que la pression ratio d une force et d une surface MLT L2 MLIT est quivalente une nergie volumique ML2T 2 L MLT2 ce que ne laisse pas soup onner l examen des seules unit s respectivement Pa et J m L importance de l analyse dimensionnelle vient de la facilit avec laquelle elle permet de v rifier l homog n it d une relation entre plusieurs grandeurs physiques Elle facilite galement consid rablement la conversion de donn es entre diff rents syst mes unit s la notation symbolique des dimensions servant de r f rence commune Une grandeur sans dimension HUMIDIT RELATIVE par exemple est telle que la valeur num rique qui la repr sente est ind pendante du syst me d unit s choisi SYST ME physico chimique compos d une phase dispers e solide liquide ou gazeuse et d une phase continue solide liquide ou gazeuse Cette appellation de dispersion est r serv e aux substances non miscibles Aussi ne parle t on pas de dispersion gaz gaz car tous les GAZ sont totalement miscibles On parlera dans ce cas de w lange gazeux La notion d
51. e avec l azimut la hauteur permet de situer pr cis ment la position apparente d un astre sur la vo te c leste La hauteur d un astre comme l azimut d pend du mois du jour et de lPheure ainsi que des coordonn es g ographiques latitude et longitude du point d observation D signe le rapport entre la MASSE d eau contenue dans un VOLUME d AIR HUMIDE et le volume total de Pair humide avec lequel la VAPEUR est associ e Une des nombreuses fa ons de caract riser l HUMIDIT DE L AIR Cette appellation souffre d un important d faut Si Pon se contente de chauffer une certaine quantit d air humide la valeur de l humidit absolue exprim e en kgeau m change bien que l on mait pas modifi la quantit de vapeur d eau pr sente dans le m lange En chauffant Pair PRESSION constante on augmente son VOLUME cons quence de la loi de Gay Lussa En faisant le rapport d une quantit constante sur une grandeur plus importante on obtient une valeur num rique plus petite En d autres termes le nombre qui repr sente l humidit absolue aura chang alors m me que les quantit s de vapeur d eau et d air pr sentes dans le m lange n ont pas chang d une seule MOL CULE Cette mani re de caract riser l humidit de Pair est donc source de confusion Nous lui pr f rons la GRANDEUR appel e RAPPORT DE M LANGE VAPEUR d eau pr sente dans l AIR atmosph rique Outre de l azote et de l o
52. et d autre part la chute de temp rature en fonction de la r sistance thermique et du flux thermique traversant cette r sistance SYST ME form d une PHASE dispers e de particules solides ou liquides dans une phase continue liquide ou gazeuse Si la phase continue est gazeuse on parle d A ROSOL Si elle est liquide on parle de DISPERSION collo dale gt COLLO DE Ne pas confondre ce terme avec son parfait homonyme sol qui d signe la couche superficielle de la cro te terrestre L origine tymologique des deux termes est fort diff rente Le premier d rive du mot solution Le second provient du latin so uz TAT fondamental de la MATI RE correspondant au plus grand niveau d ofganisation par comparaison avec les LIQUIDES et les GAZ Dans un solide au repos la position relative des MOL CULES constituant la substance est en moyenne fixe bien que ce r seau supporte une agitation mol culaire au m me titre mais un moindre degr que les liquides et les gaz L tat solide se caract rise donc par une certaine rigidit l tat de solide de nombreuses substances adoptent une structure de cristal dans laquelle les atomes sont organis s selon un r seau parfaitement r gulier et ordonn C est le cas notamment des m taux On constate que la plupart des mat riaux cristallins pr sentent des caract ristiques physiques awisotropes leurs propri t s varient selon la direction selon laqu
53. exprimait le grand Ren DESCARTES 1596 1650 dans l essai Les m t ores qu il avait crit en 1637 en application de son Discours de la M thode l instar du philosophe inventeur du doute m thodique les m t orologistes ont entrepris de recenser et de classer les nombreux ph nom nes qui se produisent dans latmosph re Le tableau suivant en propose un chantillon Famille de m t ores M t ores Lithom t ores Brume s che chasse poussi re etc Hydrom t ores Nuage pluie neige gr le gr sil etc lectrom t ores Foudre tonnerre aurore bor ale etc Photom t ores Couleur du ciel arc en ciel etc La plupart des lithom t ores et hydrom t ores sont li s la pr sence d A ROSOLS dans l atmosph re tude des M T ORES En ce sens strict la m t orologie est une branche de la CLIMATOLOGIE Au sens courant la m t orologie d signe un ensemble d activit s comprenant notamment la pr vision du temps court terme Du gr metron mesure Science et parfois art de la mesure des GRANDEURS physiques Toute mesure n cessite le choix d un appareil de mesure qui d une mani re ou d une autre va influer sur le ph nom ne mesur Par ailleurs aucun dispositif de mesure ne peut tre consid r comme parfait Il convient donc de tenir compte dans le r sultat de la mesure de erreur instrumentale introduite par l appareil utilis erreur qui en toute rigueur doit tre
54. fait la structuration de l eau liquide par les liaisons hydrog ne conduit des motifs t tra driques tels que chaque mol cule d eau est entour e de quatre autres mol cules vec des valeurs g n ralement comprises entre e mol Avec d l g l t p tre 10 et 30 kJ mol P nergie des interactions mol culaires dues la liaison hydrog ne bien que sup rieure celle mise en jeu dans les forces de Van der Waals demeure faible en regard des nergies de 100 et 1000 kJ mol mises en jeu par les faisons covalentes qui solidarisent les atomes l int rieur de la mol cule Les liaisons hydrog ne entre mol cules d eau sont responsables d une importante propri t appel e nzeraction hydrobhobe gt HYDROPHOBE Distance moyenne parcourue par une MOL CULE de GAZ entre deux collisions Le libre parcours moyen d pend de la taille des mol cules et de la densit particulaire dans le VOLUME consid r Aux TEMP RATURE et PRESSION habituelles le libre parcours moyen des mol cules de gaz est voisin de 1 ym pour une mol cule de diam tre a 1 et de 0 01 um pour une mol cule de diam tre o 10 Repr sentation sch matique d une succession de 4 1 collisions entre l une mol cule d un gaz et les autres La densit particulaire normale nomm e galement nombre de Loschmidi est ny Ny 1 o N est le sombre d Avogadro 6 02214 103 mol et V3 le VOLUME MOLAIRE normal c est d
55. g n rale r gionale plan taire Facteurs Facteurs Facteurs g ographiques astronomiques m t orologiques r gionaux l ments du climat tude des changes nerg tiques et hydriques entre la surface de la Terre et l atmosph re Cette tude inclut Panalyse de la fr quence et de la succession des v nements m t orologiques constitutifs des diff rents CLIMATS Elle rev t donc un aspect statistique et dynamique Elle peut s tendre aux cons quences des v nements climatiques sur la biosph re FORCE qui unit entre elles les MOL CULES d un corps solide ou liquide Cette force a pour origine l interaction des charges lectriques des mol cules et l QUILIBRE des forces attractives et r pulsives FORCES DE VAN DER WAALS qui en d coule Ce sont les forces de coh sion qui donnent aux LIQUIDES leur unit de phase DISPERSION de particules solides phase dispers dans un LIQUIDE phase continue Le terme est parfois utilis dans un sens beaucoup plus large incluant toutes les formes de dispersion Nous nous limitons ici au sens strict Ces particules sont des agr gats de MOL CULES voire des macromol cules isol es Soumises la pesanteur ces particules solides ont a priori tendance s dimenter dans le liquide o elles sont dispers es Mais par ailleurs sous l effet du MOUVEMENT BROWNIEN ces particules sont anim es d une vitesse de d placement non nulle Lorsque la composante vert
56. l atmosph re en tant que m lange de gaz phase continue m l de particules phase dispers e Mise au pluriel a rosols atmosph riques l expression renvoie aux seules particules pr sentes dans ATMOSPH RE Le contexte vite en g n ral toute confusion dans l acception du terme Bien que les a rosols soient la plupart du temps invisibles l il nu et repr sentent une tr s faible MASSE par rapport au VOLUME d air qui les abrite la concentration massique est en moyenne de 3 1g m dans les r gions polaires 100 1g m dans les d serts ils jouent un r le physique chimique et biologique consid rable Ils sont l origine de la formation des nuages et des pr cipitations en tant que noyaux de condensation Ils interviennent dans le bilan radiatif de atmosph re Ils influencent les changes oc an atmosph re et contribuent aux modifications de la couche d ozone Ils affectent largement la transparence visuelle de latmosph re et sont le support de la radioactivit a roport e ainsi que des vecteurs de contaminations chimiques et microbiologiques Pr s de la surface terrestre la concentration d a rosols en nombre de particules par unit de volume est en moyenne de mille par centim tre cube au dessus des oc ans de dix mille au dessus des zones rurales et de cent mille voire au del dans les zones pollu es centres industriels villes etc En zone urbaine la taille observ e des a
57. la coh sion des atomes et des MOL CULES Le vecteur de l interaction lectromagn tique est le photon une particule sans masse et sans charge Toute la chimie repose sur la seule interaction lectromagn tique L interaction faible Son intensit est tr s faible et sa port e inf rieure 10 16 m tre Elle est l origine de la transmutation des protons en neutrons et inversement Les vecteurs de cette interaction seraient des particules d nomm es W W et Z dites bosons interm diaires L interaction forte Elle assure la coh sion entre les protons au sein des noyaux atomiques M mento de physique appliqu e 40 FRONTI RE Boundary FUSION Fusion Melting GAZ Gas PDP LEXIQUE en d pit de la r pulsion lectrostatique qui tend repousser des particules de m me charge De fait elle s exerce entre les wwc ons protons et neutrons ind pendamment de leur charge lectrique Le vecteur de linteraction forte est le g on Se trouve t il un seul physicien au monde pour penser que ce qu il est convenu d appeler le mod le standard de la physique fond sur les quatre interactions fondamentales cit es constitue l aboutissement de leurs efforts Certainement pas L effort des th oriciens s oriente aujourd hui vers l laboration d un mod le plus g n ral encore baptis par certains la Th orie de la Grande Unification la sonorit quelque peu m taphysique Limite imaginair
58. la pression atmosph rique h 760 mm Pression atmosph rique Le point Z se trouve dans le tube de Torricelli au m me niveau que celui du mercure dans la cuvette Puisque notre syst me est en quilibre la pression qui r gne en ce point est gale la pression atmosph rique Or en ce point la seule force qui s exerce est le poids de la colonne fluide plac e au dessus V rifions que cette force produit bien une pression gale la pression atmosph rique Soit S la section du tube Le volume T de cette colonne est donc en unit SI V 0 760 S La masse de cette colonne s obtient en multipliant le volume en m par o la masse volumique du mercure exprim e en kg mi Cette masse volumique vaut 13 546 kg m 20 C La masse M de la colonne vaut donc M 10294 96 S Le poids d un objet quelconque est obtenu en multipliant sa masse par g lacc l ration de la pesanteur Cette derni re est gale 9 81 m s au niveau de la mer Le poids F en newtons de la colonne de mercure s tablit F 100993 56 S Il ne reste plus qu calculer la pression exerc e par la colonne de mercure au point Z Rappelons que la pression est la contrainte qu exerce une force sur une surface Elle s obtient en divisant la valeur de la force exprim e en newtons par la mesure de la surface concern e exprim e en m tre carr Dans le cas analys la surface concern e est S Nous ne lui avons pas donn
59. m s et la longueur d onde En combinant les deux quations pr c dentes on obtient Le E PDP M mento de physique appliqu e 74 RAYONNEMENT THERMIQUE Thermal radiation PDP LEXIQUE Cette derni re relation montre que l nergie associ e un photon d une onde est inversement proportionnelle sa longueur d onde C est la raison pour laquelle le rayonnement ultraviolet yy 2 107 m pour PUV court est plus dangereux pour les collections patrimoniales que l nfraronge ir 1 106 m pour PIR proche Le rayonnement visible est situ entre l ultraviolet et l infrarouge Sa plage spectrale est comprise entre 380 et 780 nm 0 38 et 0 78 um 0 4 visible 0 8 ultraviolet infrarouge o 4 rayons ondes xX radio 10 nm 0 1 um 1 um 10 um 100 um 0 1 cm chelle logarithmique de la longueur d onde des rayonnements lectromagn tiques DR RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE dont les effets sont essentiellement thermiques Chaque corps dont la TEMP RATURE est sup rieure au z ro absolu est le si ge d une agitation mol culaire Celle ci engendre une mission lectromagn tique un rayonnement dont les caract ristiques notamment la longueur d onde sont fonctions de la temp rature Lorsque ce rayonnement est re u par une surface opaque pour la longueur d onde correspondante l NERGIE transport e est partiellement absorb e par la surface La fraction absorb e est transform e e
60. math matique Le logarithme de 1 est gal 0 Tout nombre inf rieur 1 a un logarithme n gatif La concentration ionique s exprime par un nombre toujours inf rieur un Le logarithme est donc toujours n gatif d o le signe moins dans l quation artifice math matique permettant que le pH soit toujours un PDP LEXIQUE La porosit peut tre mesur e en laboratoire porom trie Une mesure de la porosit est donn e par l valuation de la surface sp cifique surface d velopp e des pores exprim e g n ralement en m g Un charbon actif mat riau tr s utilis en f fration chimique de Pair pr sente une surface sp cifique de l ordre de 1000 m g En supposant une ADSORPTION monocouche de mol cules d eau un calcul rapide montre qu un gramme de charbon actif peut adsorber th oriquement jusqu 30 de sa masse Selon une publication r cente Swence 23 septembre 2005 vol 309 une quipe fran aise de l Institut Lavoisier CNRS Universit de Versailles vient de battre un record mondial en proposant un nouveau mat riau le t r phtalate de chrome dont les pores ont une dimension comprise entre 2 9 et 3 4 nanom tres et dont la surface sp cifique est de 5900 m g La demande industrielle pour ce type de mat riau tant tr s grande ce record risque bien de ne pas durer tr s longtemps Mesure de l acidit ou de la basicit d une SOLUTION En abr g le potentiel hydrog ne est not
61. n dict de SAUSSURE 1740 1798 qui dans son Essai sur l hygrom trie de 1783 con ut et d crivit un hygrom tre cheveu dont s inspir rent par la suite de nombreux physiciens Les illustrations ci dessous montrent des hygrom tres cheveu du XIX si cle M mento de physique appliqu e 47 Thermohygrom tre num rique de nouvelle g n ration capable d enregistrer plus de 30000 couples de temp rature s che et l humidit relative Doc Testo HYGROSCOPICIT Hygroscopicity PDP LEXIQUE Fig 257 Hygrom tre cheveu DR De nombreux autres appareils ont t propos s depuis Le plus embl matique de ceux qui sont utilis s dans les espaces patrimoniaux est l hygrographe tambour dont un des premiers mod les datant des ann es 30 figure ci apr s Doc Biblioth que de Downsview Canada Aujourd hui l poque des appareils m canisme est r volue Leurs d fauts fragilit co t lev fiabilit incertaine constante de temps trop grande sont trop importants pour ne pas masquer leurs qualit s simplicit affichage direct Ils sont en passe d tre d tr n s par des appareils enregistreurs num riques devenus tr s bon march et facile utiliser Propri t de certains SOLIDES retenir une plus ou moins grande quantit d eau en phases liquide et gazeuse De nombreuses carac
62. nombreuses singularit s li es la nature polaire de ses MOL CULES grande M mento de physique appliqu e 29 BULLITION Boiling PDP LEXIQUE capacit dissoudre les substances forte TENSION SUPERFICIELLE CHALEUR de vaporisation lev e etc La polarit de la mol cule d eau est due son asym trie Les deux aisons covalentes O H dont la longueur est un peu inf rieure un ngstr m 10 10 m forment entre elles un angle de 104 5 Il en r sulte une r partition non uniforme du nuage lectronique autour de la mol cule qui bien que globalement neutre pr sente un moment dipolaire permanent u 1 85 debye induit par la non superposition des barycentres des charges positives et n gatives L eau n est pas la seule substance polaire Autre solvant Pac tone l est bien davantage 7 2 88 debye Le debye est une unit ad hoc Nous avons la correspondance suivante avec le syst me SI 1 debye 3 33564 10 coulomb m tre Autre curiosit l eau est l une des tr s rares substances qui augmente de VOLUME en passant l tat solide Cette augmentation est de Pordre de 8 Elle est due l organisation cristalline particuli re de la glace selon un sch ma tridimensionnel o chaque ATOME d oxyg ne est li deux atomes d hydrog ne par des liaisons covalentes mais aussi deux autres atomes d oxyg ne par des LIAISONS HYDROG NE l tat gazeux on lui donne souvent le nom
63. notamment des oxydes du carbone CO et CO des carbonates comme le carbonate de calcium CaCO3 ou des carbures tel que le carbure de calcium CaCO En revanche les hydrocarbures mol cules ne contenant que les seuls l ments C et H comme CH4 le m thane le plus simple des compos s organiques sont consid r s comme des substances organiques La branche de la chimie qui tudie les compos s organiques est nomm e chimie organique Jadis cette expression d signait l tude des mol cules des organismes vivants v g taux ou animaux d o le nom donn la discipline On Popposait alors la chimie min rale qui traitait toutes les autres substances inertes Dans la protection des collections patrimoniales il faudra souvent lutter contre des compos s organiques volatils souvent d sign s par Pacronyme COV Il s agit de compos s organiques naturellement gazeux aux pressions et temp ratures ordinaires Bien qu il s agisse d une mol cule organique cf supra le m thane n est pas consid r comme un COV M mento de physique appliqu e 20 CONDENSATION Condensation Deposition CONDITIONS AUX LIMITES Boundary conditions CONDITIONS NORMALES Standard temperature and pressure CONDUCTION Conduction PDP LEXIQUE Au sens strict passage d une substance de l TAT de GAZ l tat solide CHANGEMENT D TAT On utilise galement ce terme pour le passage de l tat gazeux l
64. physique Dans l tude des syst mes le bilan des changes avec l environnement est crucial si lon veut respecter le Premier principe Deuxi me principe Il n existe pas de processus qui diminue PENTROPIE totale de l univers L entropie tant une mesure du d sordre le deuxi me principe donne une formulation au constat que l univers tend vers un d sordre toujours plus grand Selon un autre nonc apparemment tr s loign du premier le deuxi me principe affirme qu il est impossible de r aliser une transformation d un syst me dont l unique r sultat serait absorption de chaleur partir d une source chaude et sa transformation totale en travail Ce deuxi me principe a de profondes cons quences et implications qui sont explor es en d tail dans un ouvrage tr s recommandable ATKINS 1987 M mento de physique appliqu e 87 THERMOM TRE Thermometer Thermoscope alcool propos PDP par G Galilei DR LEXIQUE Troisi me principe Au z ro absolu tout corps poss de une entropie nulle En effet cette temp rature le corps constitue un syst me parfaitement immobile d pourvu de toute agitation mol culaire et dont l ordre par opposition au d sordre que mesure l ENTROPIE est donc parfait Le nombre d tats microscopiques Q qui le caract rise est donc gal 1 En appliquant la de Boltzmann ENTROPIE on trouve bien k ln 1 0 Dans c
65. propri t s de la mati re vis vis du rayonnement lectromagn tique sont d pendantes des caract ristiques de ce rayonnement et notamment de sa longueur d onde Ces propri t s sont alors qualifi es de spectrales s lectivit spectrale dans ABSORPTION Qualifie un R GIME stable dans le TEMPS impos un SYST ME physique S oppose DYNAMIQUE M mento de physique appliqu e 81 ST RADIAN st Steradian SUBLIMATION Sublimation SYST ME System PDP LEXIQUE L angle solide 2 vaut 1 RAT RS I AT Centre de la sph re de rayon 1 m Unit dange solide sans dimension dans le Sysz me SI Un angle solide en volume de un st radian intercepte une surface de 1 m sur lPenveloppe d une sph re de rayon 1 m La surface d une sph re est gale 4 x 72 Il s ensuit qu un angle solide a une valeur maximale gale 4 x st radians Passage direct d une substance de l TAT de SOLIDE l tat de GAZ Le CHANGEMENT D TAT inverse passage direct de la PHASE gazeuse la phase solide est appel CONDENSATION La sublimation est mise profit dans un proc d technologique la ophilisation appel e encore cryodessication qui permet de d shydrater un solide initialement humide Le solide est tout d abord plac dans une chambre froide L eau liquide s y transforme en glace Puis le solide est transf r dans un caisson dans lequel on maintien
66. redevenant constantes Effet r sultant d une FORCE qui d place son point d application tymologiquement le substantif travail d rive d un mot latin tripalium qui d signait un instrument de torture C est sans doute la raison pour laquelle on utilise usuellement ce mot pour d signer une activit professionnelle r mun r e Loin des exigences conomiques du quotidien les physiciens utilisent le terme travail dans un sens tr s diff rent Pour un SYST ME physique soumis une force et donc recevant un travail la cons quence apparente pourra tre un d placement une d formation ou un chauffement Les recherches men es au XIX si cle et notamment celles de James JOULE ont permis d tablir l quivalence entre NERGIE et travail Le travail s exprime donc comme l nergie en joule J U GRANDEUR conventionnelle par rapport laquelle toutes les grandeurs de m me nature sont compar es La mesure d une grandeur conduit d terminer une valeur num rique un simple nombre qui ne prend sens que par rapport l unit physique correspondante Ainsi mesurer une LONGUEUR par exemple revient tablir une comparaison entre l objet mesur et l talon de longueur choisi dans le syst me d unit s retenu M mento de physique appliqu e 89 La destruction de MCO dans l atmosph re de Mars est due une erreur de conversion d unit s Source http www nirgal net mco_end html V
67. repos ainsi on peut donner la force qui r side dans les corps le nom tr s expressif de force d inertie I NEWTON Principia Principes math matiques de la philosophie naturelle Dunod Paris 2005 p 4 Cette inertie m canique est directement la MASSE du corps consid r Inertie chimique Lorsqu une substance manifeste une faible r activit chimique on dit qu elle est verte Ainsi de nombreux gaz sont qualifi s d inertes au sens o ils ne provoquent pas d oxydation Cette belle propri t est mise profit en conservation En remplacement de Pair Pazote pur peut tre utilis dans des vitrines afin d viter les d gradations d objets fragiles m taux mat riaux organiques M mento de physique appliqu e 49 ION Ion ISOLATION Insulation LIAISON HYDROG NE Hydrogen bond PDP LEXIQUE Inertie thermique Les mat riaux sont capables de stocker de P nergie thermique sous forme de chaleur autrement dit d nergie cin tique des mol cules qui les constituent Conform ment au Principe z ro de la thermodynamique un corps plac dans une ambiance une certaine temp rature maintenue constante recherchera un quilibre avec cette ambiance et atteindra donc la m me temp rature Plus le stock nergie interne initiale du corps sera importante plus il lui faudra de temps pour atteindre cet quilibre En ce cas on dira que ce corps est dot d une grande inertie thermique
68. sur cette chelle les temp ratures sont exprim es en kelvin symbole K Par d finition de l chelle la temp rature absolue est toujours not e par un nombre positif La conversion entre degr Celsius et kelvin est ais e Pour obtenir une temp rature absolue partir d une temp rature donn e en degr Celsius il suffit d ajouter 273 15 Qu on se r f re l chelle M mento de physique appliqu e 84 Lord Kelvin DR TEMP RATURE HUMIDE C Wet bulb temperature TEMP RATURE DE RAYONNEMENT C K Radiant temperature TEMP RATURE DE ROS E C Dew point temperature PDP LEXIQUE Celsius ou l chelle absolue les intervalles de temp rature sont exprim s par un m me nombre Il a donc t convenu de noter tous les carts ou intervalles de temp rature en kelvin Attention on dit kelvin et non degr kelvin Le kelvin est une unit fondamentale du sysme SI Il comm more le nom du physicien irlandais William THOMSON devenu lord KELVIN 1824 1907 inventeur de l chelle absolue Il existe une autre chelle thermom trique absolue connue sous le nom d chelle Rankine Les chelles thermom triques Temp rature de l air mesur e avec un thermom tre dont le bulbe est maintenu humide avec une eau parfaitement pure l aide d un dispositif appropri Plus l air sera sec plus l vaporation de l eau autour du bulbe du thermom tre abaissera sa temp rat
69. temp rature d air sans autre pr cision il s agit toujours de la temp rature s che Elle s oppose la TEMP RATURE HUMIDE Le couplage d un thermom tre sec et d un thermom tre humide forme un PSYCHROM TRE Dans une ambiance donn e l cart mesur entre temp rature s che et temp rature humide par un psychrom tre est directement reli l tat hydrique de Pair DIMENSION essentielle avec l ESPACE de tout SYST ME physique Le temps est l une des sept GRANDEURS fondamentales du Syst me d unit SI L unit l gale est la seconde L une de ses propri t s fondamentales est son orientation Cette singularit implique qu aucun signal ne peut retourner dans le pass alors qu il peut se propager librement dans toutes les directions de l espace trois dimensions Ainsi le Deuxi me principe de la THERMODYNAMIQUE repose fondamentalement sur l hypoth se jamais contredite ce jour de lirr versibilit d un processus temporel En bon physicien nous ne nous pr occupons pas de la nature du temps qui demeure encore en grande partie une question philosophique mais plut t de sa repr sentation correcte dans les mod les physiques o il intervient gt DYNAMIQUE Force qui se manifeste la surface d un LIQUIDE Elle est due la COH SION des MOL CULES qui le constituent Au sein d un liquide les forces de COH SION s quilibrent Ce n est pas le cas en surface Il en r sulte une for
70. valu e et mentionn e Les proc dures de mise en uvre des appareils de mesure entra nent galement des erreurs attribuables cette fois ci l op rateur Elles aussi devront tre valu es On rappellera que toute mesure doit tre exprim e par une valeur num rique qui ne prend son sens qu accompagn e d une plage d erreur probable et d une indication d unit Selon les disciplines concern es la m trologie porte un nom plus sp cialis e THERMOM TRIE HYGROM TRIE phofom trie colorim trie borom trie etc M mento de physique appliqu e 56 MOD LE Model MOL CULE Molecule Mol cule d thanol Doc IUFM Grenoble MOUILLABILIT Wetting PDP LEXIQUE Repr sentation math matique d un SYST ME physique en vue de son analyse par SIMULATION Le mod le sera dit STATIQUE si les CONDITIONS AUX LIMITES influant sur le syst me sont suppos es constantes dans le TEMPS Dans le cas contraire le mod le est qualifi de DYNAMIQUE Assemblage plus ou moins complexe d ATOMES Une mol cule peut contenir de deux par exemple la mol cule d hydrog ne H2 plusieurs milliers d atomes mol cules organiques Les liaisons chimiques entre atomes sont r alis es par la mise en commun d lectrons On parle alors de liaisons covalentes Ce sont les lectrons situ s sur les couches p riph riques de l atome qui participent aux liaisons Plus NERGIE n cessaire pour arracher un lectron
71. 0015 Dioxyde de soufre hydrog ne krypton x non Sa composition chimique tant pratiquement invariable Pair est souvent consid r comme un gaz homog ne de MASSE MOLAIRE moyenne gale 29g mol Par opposition l expression AIR HUMIDE on utilise fr quemment l appellation air sec pour d nommer Pair atmosph rique priv de VAPEUR d eau M lange en proportion variable d AIR sec et de VAPEUR d eau Selon les r gions du monde et les saisons la proportion de vapeur d eau dans PATMOSPH RE varie de 0 5 climat d sertique 5 climat tropical humide La CHALEUR LATENTE associ e la vapeur d eau va consid rablement influencer les propri t s thermodynamiques du m lange Ces propri t s telles que la MASSE VOLUMIQUE le RAPPORT DE M LANGE ENTHALPIE sont calculables mais il est plus simple d utiliser un DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE pour les d terminer Enveloppe gazeuse entourant certaines plan tes dont la Terre Compos e essentiellement d AIR et de VAPEUR d eau auxquels de m lent de nombreux A ROSOIS l atmosph re est le si ge de nombreux ph nom nes physico chimiques qui influencent consid rablement le climat Baptis s M T ORES ces ph nom nes ont une ofigine naturelle et ont pour moteur l NERGIE solaire re ue par notre plan te Cependant l influence des activit s humaines devient de plus en plus perceptible Les trois principales sources de perturbations anthropog niques
72. 7O et 180 Pour d terminer la masse atomique relative d un l ment naturel on calcule une moyenne pond r e des masses atomiques de chaque isotope de l ment au prorata de leur abondance relative Prenons l exemple du chlore On lui conna t pas moins de 19 isotopes Seuls deux d entre eux sont stables et ce sont eux qui constituent ensemble ce qu il est convenu d appeler le chlore naturel CI et CL Le premier a une masse de 35 969 u et une abondance relative de 75 77 La masse atomique relative du second est de 36 966 u et son abondance relative de 2423 Un calcul l mentaire permet d obtenir une masse atomique relative de 35 453 u pour le chlore naturel La mole ayant t M mento de physique appliqu e 11 AZIMUT o Azimuth PDP LEXIQUE d finie en 1969 comme la QUANTIT DE MATI RE d un syst me contenant autant d entit s l mentaires qu il y a d atomes dans 12 g de carbone 12 il s ensuit que le nombre repr sentant la masse atomique relative d une substance exprime galement sa MASSE MOLAIRE Avec l exemple pr c dent il vient Masse atomique relative du chlore 35 453 u Masse molaire du chlore Mg 35 453 g mol Il est ais de v rifier que la masse atomique relative du carbone naturel telle qu elle appara t dans la able de Mendeleiev n est pas exactement 12 La valeur donn e est 12 011 u En effet le carbone naturel contient des isotopes autres que 1 C Angle form
73. 918 1988 1 FOURIER Jean Baptiste Joseph 1768 1830 21 G GALILEI Galileo dit GALIL E 1564 1642 88 H H RON l Ancien 1 si cle de notre re s s 88 HERTZ Heinrich Rudolf 1857 1894 59 HOWARD Luke 1772 1864 59 J JOULE James Prescott 1818 1889 JURIN James 1684 1750 ssssssssssssseesssssssssssseeeeessssssssseee K KELVIN William THOMSON sir 1824 1907 84 L LAVOISIER Antoine Laurent de 1743 1794 32 83 M MAXWELL James 1831 1879 15 59 MENDELE EV Dmitri Ivanovitch 1834 1907 10 31 MOLLIER Richard 1863 1935 24 PDP M mento de physique appliqu e 119 INDEX DES SCIENTIFIQUES CIT S N S NEWTON Isaac 1643 1727 39 49 61 SANTORIO Santore 1561 1636 88 SAUSSURE Horace B n dict de 1740 1798 47 P T PASCAL Blaise 1623 1662 66 PERRIN Jean 1870 1942 58 TORRICELLI Evangelista 1608 1647 66 PHILON de Byzance M si cle avant notre re 88 PLANCK Max 1858 1947 74 V R VAN DER WAALS Johannes Diderik 1837 1923 90 VENTURI Giovanni Battista 1746 1822 69 RANKINE William 1820 1872 s sssssssssssssrsssssssreesses 100 R AUMUR Ren Antoine FERCHAUD 1683 1757 99 W REGNAULT Henri 1810 1878 67 RUTHERFORD Ernest 1871 1937 71 WATT James 1736 1819 WIEN Wilhelm 1864 1928 Note finale au lecteur R dig dans le cadre d un enseignement de DESS puis de MASTER ce m mento est le r
74. AN DER WAALS FORCES DE Van der Waals forces J D Van der Waals Doc Nobel Fondation PDP LEXIQUE L ensemble des unit s n cessaires la description des ph nom nes physiques connus forme un syst me d unit s Il en existe plusieurs Le syst me adopt par la tr s grande majorit des pays est d nomm SYST ME INTERNATIONAL D UNIT S en bref syst me ST La conversion d unit s entre syst mes diff rents est toujours une t che d licate et une source in puisable de pertes de temps et d argent Pour ne citer qu un exemple parmi d innombrables le 22 mars 1999 la mission spatiale Mars Climate Orbiter lanc e par la NASA choua it lamentablement pour une vulgaire erreur de conversion d unit s La firme am ricaine Lockheed Martin Astronautics qui avait construit la sonde utilisait des unit s dites imp riales pouce degr Farenheit etc tandis que les ing nieurs du Jet Propulsion Laboratory avaient fond leurs programmes de navigation sur les unit s du sysf me SI Co t de l erreur 125 millions de dollars L analyse dimensionnelle est une technique extr mement utile pour r soudre ce type de probl mes y FORCES attractives qui s exercent entre les MOL CULES d un milieu solide ou liquide Elles sont d origine lectrostatique Elles interviennent galement dans les GAZ et permettent d expliquer les diff rences constat es entre les propri t s des GAZ PARFAITS et celles d
75. E 84 Temp rature de consigne R gulation TEMP RATURE DE RAYONNEMENT 11 85 TEMP RATURE DE ROS E 85 Temp rature de transition vitreuse TEMP RATURE HUMIDE e Temp rature normale Conditions normales Temp rature op rative gt Temp rature de rayonnement Temp rature radiative gt Temp rature de rayonnement TEMP RATURE S CHE 86 PDP M mento de physique appliqu e 115 TEMPS ara E ER RRE non 86 Teneur en humidit Contenu en eau Temioaiti nent Hygrophile TENSION SUPERFICIELLE ssssssssseetettttessssreee tette 86 Th orie cin tique des gaz Pression statique THERMODYNAMIQUE 87 Thermodynamique chimique gt Chimie THERMOM TRE 88 Thermom trie sssri Thermom tre Thermoscope sssssssssssssssssrrsrssrsrersssssrsrssesee Thermom tre Torricelli Tube de Pression atmosph rique Transition de phase Changement d tat TRANSITION VITREUSE 89 TRANSITOIRE 89 Transmissipit ns Absorption Tr nsnranien irrin l ment Atome TRAVAIL 89 roposph re nest Atmosph re Uffravioler Rayonnement lectromagn tique UNIT nn in meneur 89 Unit de base Syst me International d unit s Unit d riv e Syst me International d unit s V VAN DER WAALS FORCES DE 90 INDEX DES NOTIONS
76. E R m sal degree y ll P Legs MAGNETIC MAGNETIC Fe FLUX FLUX I f mole DENSITY CELSIUS TEMPERATURE i L POTENTIAL ELECTROMOTIVE AMOUNT OF SUBSTANCE LUMINOUS ILLUMINANCE LUMINOUS INTENSITY FLUX a o i steradian G m m 1 PLANE ANGLE SOLID ANGLE DR PDP M mento de physique appliqu e 104 GRANDEURS ET UNIT S PHOTOM TRIQUES Grandeurs et unit s photom triques Les grandeurs photom triques occupent une place un peu part En effet bien que la d finition de la candela unit fondamentale du syst me SI soit exprim e de mani re rigoureuse du point de vue physique il n en demeure pas moins que l objectif de la photom trie est de proposer une s rie de grandeurs permettant de caract riser le plus pr cis ment possible la sensation visuelle Le tableau suivant pr sente ces grandeurs et les unit s associ es d un observateur humain Voyons voir Grandeur Intensit lumineuse Luminance Flux lumineux Eclairement lumineux Efficacit lumineuse Unit Candela Lumen Lux Symbole cd cd m2 Im lx Im W Description Unit fondamentale du SI La candela est l intensit lumineuse dans une direction donn e d un rayonnement monochromatique de fr quence 5 40 1014 Hz ceci correspond une longueur d onde de 555 nm dont l intensit nerg tique dans cette direction est de 1 683 W sr Grandeur d finie en un point d u
77. E constitutive d un corps simple L ordre de grandeur du rayon d un atome est de 10 10 m soit un ngstr m lectriquement neutre un atome est constitu d un noyau form de protons porteurs d une charge lectrique et de neutrons M mento de physique appliqu e 10 PDP LEXIQUE neutres comme leur nom l indique entour d un nuage d fctrons Le noyau est environ 10 000 fois plus petit que l atome L hydrog ne est le seul L MENT connu dont le noyau ne comporte aucun neutron Protons et neutrons sont collectivement d sign s par l expression nucl ons Il y a toujours autant d lectrons charges n gatives que de protons charges positives Les protons et les neutrons sont eux m mes form s de particules plus l mentaires encore les quarks La coh sion de ce nanomonde est assur e par l une des quatre FORCES FONDAMENTALES de l Univers l nferaction forte Le nombre de protons et donc d lectrons d un atome est appel num ro o nombre atomique et est not Z Le nombre de neutrons est not N Une convention d criture permet de d signer n importe quel nucl ide ensemble des atomes ayant le m me nombre de protons et le A Z N m me nombre de neutrons sous la forme y X o X est le symbole de P l ment Exemple Por est not Au On d signe par A la somme Z N A est d nomm nombre de masse On appelle sozope d un l ment un nucl ide poss dant
78. ENT D TAT Elle ne provoque alors aucune l vation de TEMP RATURE NERGIE en jeu tant int gralement absorb e sous forme d NERGIE CIN TIQUE des MOL CULES constituant la substance S oppose CHALEUR SENSIBLE Cette quantit de chaleur est variable en fonction de la nature de la substance de sa MASSE et des conditions de PRESSION et de TEMP RATURE sous lesquelles se produit le changement d tat Prenons un exemple Port pr alablement 100 C sous pression atmosph rique normale un kilogramme d eau doit absorber 2 257 k pour tre totalement vaporis Pendant ce temps la temp rature demeurera constante Inversement la liqu faction d un kilogramme de vapeur restituera int gralement les 2257 kJ absorb s lors de la phase de VAPORISATION Par comparaison on notera qu il maura fallu que 419 kJ pour porter un kilogramme d eau de 0 C 100 C soit 5 4 fois moins Quantit de CHALEUR qui doit tre fournie un kilogramme d une substance pour lever sa TEMP RATURE d un degr Celsius On la nomme galement capacit thermique o encore capacit calorifique Voici quelques valeurs indicatives de chaleurs massiques SO a nn cr ns 130 J amp g C S Arent esanian 235 J kg C e E 390 kg C E e nd rte 500 J kg C A E 800 J kg C Diese 840 J kg C Annee 900 J kg C nn 1 000 J kg C Bonn hu 1 700 J kg C des rc 4 200 J kg C Quantit
79. Inverse de la MASSE VOLUMIQUE Volume occup par une MOLE de la mati re consid r e plac e dans les CONDITIONS NORMALES pour m moire temp rature gale 0 PRESSION gale 101325 Pa Cette d finition s applique aux SOLIDES aux LIQUIDES et au GAZ On retiendra qu une mole d un gaz quelconque maintenue aux conditions normales occupe toujours le m me volume Not V le volume molaire des gaz vaut M mento de physique appliqu e 92 Z OLITHE Zeolite PDP LEXIQUE V 22 414 10 3 m3 Ce r sultat a priori surprenant est la cons quence d une belle d couverte du physicien et chimiste italien Amedeo AVOGADRO 1776 1856 qui proposa une Hi portant d sormais son nom et stipulant que deux volumes gaux de gaz diff rents plac s dans les m mes conditions de temp rature et de pression contiennent exactement le m me nombre de mol cules On se souvient peut tre davantage d Avogadro au travers du sombre ponyme qui indique le nombre de mol cules contenues dans une mole de mati re La valeur universelle et constante de 1 facilite les calculs relatifs aux gaz Ainsi sachant que la MASSE MOLAIRE de Pair sec vaut sensiblement 29 g mol soit 29 10 gt kg mol il est ais de calculer la MASSE VOLUMIQUE de Pair sec aux conditions normales p 29 10 5 22 414 105 soit 1 29 kg m Z Structure cristalline microporeuses dont les pores ont une taille comprise entre 0 3 et 1 nm POROSIT
80. OLUME MASSIQUE Bien entendu les gaz ont une masse volumique au m me titre que les LIQUIDES et les solides La diff rence notable avec ces derniers tient la grande compressibilit et dilatabilit des gaz qui font de leur masse volumique une grandeur tr s variable L indication de la masse volumique d un gaz n a de sens qu en pr cisant pour quelle temp rature et quelle PRESSION elle est donn e Ceci est une cons quence directe de la loi des GAZ PARFAITS Afin de fixer des ordres de grandeur voici quelques valeurs de masse volumique consid r es aux CONDITIONS NORMALES e granit 2 500 kg m e eau 1000 kg m3 e air sec 1 3 kg m La masse volumique de Pair peut para tre n gligeable De fait elle ne Pest pas Le cylindre d air qui contient la Tour Eiffel hauteur 300 m base 125 x 125 m repr sente une masse sup rieure celle de la Tour elle m me 9 300 tonnes contre 8 000 tonnes Se dit d une MATI RE utilisable pour la fabrication d objets ou de b timents difice plus ou moins complexe constitu d ATOMES Par convention les lectrons les protons et les neutrons formant les atomes seront consid r s non comme de la mati re proprement parler mais comme les constituants fondamentaux de la mati re En accord avec la d couverte d EINSTEIN prouvant lexistence d une relation fondamentale entre la MASSE et NERGIE on peut consid rer que ces deux grandeurs sont probable
81. ON Rene EAE T Adia bahne or aaoi E EA Syst me AdSOrbaNT oa E ERRER RERA gt Adsorption ADSORPTION oaa nettet este ae 7 AEROSOL i EE E E E E EEEE 8 ya T E AAE EEEE S S 8 AIR HUMIDE nonnen a Aes 9 Air Set AND a a EEE E E E ER ER Anisotrope Arrhenius Loi d sses Energie d activation ATMOSPH RE ronori ne 9 Potentiel hydrog ne TETE ER TE RE PET Le Chimie TL Couleur Boltzmann Constante de Entropie Boltzmann Loi de Entropie Bosons interm diaires Forces fondamentales Boyle Mariotte Loi de gt Gaz parfait BROUILLARD nn tn ee 13 Capacit calorifique Capacit thermique Chaleur massique gt Chaleur massique CAPILLARIT ii deiraisinsasidesinar inosti 13 CATALYSEUR nAn AA Eaa 14 Catalyseur h t rog ne nn Catalyseur Catalyseur homog ne ns Catalyseur CU O a EE E E EES CERN AAEE CHALEUR S CHALEUR LATENTE eeeesesesessreseresersseresssssesessssssseses CHALEUR MASSIQUE CHALEUR SENSIBLE CHAMP Champiralairessnrennnrnnesneths Champ VeHonel rm CHANGEMENT D TAT 16 Charbon AIT ieni Filtration Charles Loi de gt Gaz parfait CHIMIE aotrea aienea e EE EREE RR 18 E A EE OE EEEE Chimie Chimie min rale Compos organique Chimie min rales Chimie Chimie organique asss Compos organique Chimie organique ssssssssssssssss
82. P LEXIQUE qui est fonction du lieu consid r L ensemble des vecteurs locaux de la pesanteur forme ce que l on nomme le CHAMP de pesanteur Par nature il s agit d un champ sph rique La norme du vecteur s exprime en m s Sa valeur moyenne au niveau de la mer est de 9 81 m s La d termination pr cise du champ de pesanteur terrestre permet de distinguer le champ de gravit proprement dit qui r sulte de Pattraction qui s exerce entre les corps selon une loi c l bre formalis e par Isaac NEWTON de quelques effets secondaires dus notamment la rotation de la plan te et Pattraction des autres astres La plupart du temps le champ de pesanteur et le champ de gravit peuvent tre confondus Synonyme d TAT lorsque le substantif d note une certaine organisation de la MATI RE Ainsi on parle de phase solide liquide ou gazeuse d une substance Peut galement d signer des ensembles de particules mat rielles dans des m langes h t rog nes cf COLLO DE et DISPERSION Tous les corps purs peuvent exister sous les trois tats solide liquide et gazeuse en fonction de deux facteurs la PRESSION et la TEMP RATURE Pour chaque substance consid r e on peut tracer un diagramme de phases illustrant graphiquement les conditions d existence des phases et de CHANGEMENTS D TAT en fonction de la pression et de la temp rature PRESS ERTE Domaine hypercritique Pression Point critique Vap
83. Placer des uvres fragiles dans des pi ces orient es au nord ne garantit donc pas que ces uvres ne seront pas touch es par le rayonnement solaire Au demeurant le risque est autant plus significatif que le Soleil tant alors bas sur horizon son rayonnement peut p n trer profond ment dans les b timents au travers des baies vitr es M mento de physique appliqu e 12 BASE Base BROUILLARD Fog CAPILLARIT Capillarity PDP LEXIQUE Trajectoire apparente du Soleil Paris Date 21 6 2006 T 17h0mnTU Latitude 48 51 N Longitude 2 20 E 90 E z I D Dur e du jour 16h 6 mn Trajectoire du Soleil Bo E Position au temps T E Lever 3 h 48 mn TU 70 Lever A Coucher 19 h 56 mn TU L 260 cu Coucher 60 50 E 40 Hauteur 30 20 E E 277 QE i 1 ii tai ii i i E ti pp l 1 ii Ex 30 60 W 2 150 EJ 20 2 300 330 0 Azimut Se dit d un corps chimique ION ou MOL CULE susceptible de recevoir un ion H c est dire un proton ou de lib rer un ion OH ion hydroxyle Une base poss de donc n cessairement un doublet libre d lectrons sur lequel Pion hydrog ne peut se lier 10 In Extenso La mesure de la basicit ou alcalinit d une SOLUTION est donn e par le POTENTIEL HYDROG NE Un pH sup rieur 7 confirme la basicit d un
84. Pour quantifier ces processus particuliers des unit s sp cifiques ont t d velopp es Elles sont pr sent es dans le chapitre sp cialis Grandeurs et unit s photom triques GRANDEUR mesurant l agitation thermique du r seau mol culaire constituant le milieu consid r Elle se d finit partir de l NERGIE CIN TIQUE moyenne des MOL CULES L chelle de temp rature la plus couramment utilis e est l helle Celsius d finie par la division en cent degr s symbole C de l intervalle entre la temp rature de la glace fondante choisie arbitrairement comme le z ro de l chelle et la temp rature de l eau bouillante la pression atmosph rique normale 101 325 Pa Le nom de l chelle rappelle la m moire d Anders CELSIUS 1701 1744 physicien et astronome su dois Il est l inventeur de cette chelle cent simale qu il avait curieusement invers e pour lui Peau bouillait 0 et la glace fondait 100 degr s Il existe d autres chelles thermom triques dont les plus connues sont les chelles R aumur et Fahrenheit Les chelles thermom triques Temp rature de r f rence correspondant une cessation totale de l agitation thermique Dans l chelle Celsius cette temp rature limite est gale 273 15 C L chelle des zp ratures absolues dite aussi chelle THERMODYNAMIQUE a t construite partir de ce point de r f rence appel naturellement g ro absolu Mesur es
85. R WAALS Si son nergie cin tique est insuffisante elle va tre captur e par la surface C est l adsorption Le ph nom ne inverse porte le nom de d sorption On distingue e la physisorption ph nom ne d adsorption r versible faisant appel aux seules FORCES DE VAN DER WAALS et aux LIAISONS HYDROG NE la chimisorption ph nom ne d adsorption irr versible au cours duquel une v ritable liaison chimique s tablit entre l adsorbant et l adsorbat Ph nom ne d attraction entre MOL CULES de substances diff rentes Lorsque les mol cules appartiennent la m me substance on parle de COH SION Dans le cas d un LIQUIDE et d un SOLIDE si les forces d adh sion Pemportent sur celles de coh sion le liquide a tendance s taler sur la surface du solide On dit que le liquide mouille le substrat MOUILLABILIT Si les forces de coh sion l emportent sur les forces d adh sion le liquide a tendance former des gouttes On dit que le liquide perle sur le substrat En ce cas si le liquide est de l eau on dit que le substrat est HYDROPHOBE Si l eau ne perle pas si elle mouille le support celui ci est dit HYDROPHILE M mento de physique appliqu e 7 A ROSOL Aerosol AIR Air PDP LEXIQUE DISPERSION gazeuse SOL gazeux Par extension nom attribu aux petites particules solides ou liquides en suspension dans un GAZ L expression a rosol atmosph rique d signe
86. SOLIDE repr sentera la variation de temp rature en fonction de la LONGUEUR consid r e selon un axe Le gradient de PRESSION atmosph rique en fonction de l altitude correspond la variation de la pression au fur et mesure que l on s l ve dans l ATMOSPH RE Gradient GRANDEUR Caract ristique physique mesurable d un SYST ME Une statuette par exemple est un objet concret Sa MASSE son VOLUME sa TEMP RATURE constituent des grandeurs que l on peut mesurer L exp rience montre que des relations caract re math matique plus ou moins complexes peuvent tre tablies entre ces grandeurs Ces relations sont repr sentatives des lois physiques sous jacentes Physical quantity Du point de vue de leur repr sentation math matique les grandeurs se r partissent en deux grandes familles Les grandeurs vectorielles il s agit de grandeurs directionnelles comme la vitesse le POIDS qui rappelons le est une FORCE le CHAMP lectrique etc Math matiquement une grandeur vectorielle est repr sent e par l association d un nombre et d un axe orient c est dire par un vecteur auquel elle emprunte sa repr sentation graphique C est pourquoi elle est le plus souvent not e par une lettre capitale surmont e d une fl che symbolisant le vecteur Exemple une force pourra tre not e F e Les grandeurs scalaires il s agit de toutes les autres grandeurs comme le TEMPS la masse la tem
87. SSION DE VAPEUR SATURANTE qui pourrait tre atteinte dans la m me enceinte et la m me temp rature S exprime en pour cent Aux temp ratures mod r es rencontr es dans les b timents la valeur de l humidit relative est peu diff rente de celle du DEGR HYGROM TRIQUE L humidit relative est une GRANDEUR sans DIMENSION qui d pend la fois de la pression partielle de vapeur effective dans l ambiance mais aussi de la temp rature sch ma ci dessous Humidit relative Il faut donc faire attention interpr tation de cette grandeur Ainsi le moteur d un transfert hydrique entre deux ambiances n est pas la diff rence entre les humidit s relatives mais plut t la diff rence des pressions partielles de vapeur d eau qui s exercent de part et d autre d une paroi Ces pressions partielles sont d termin es soit graphiquement Paide d un DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE soit par le calcul M mento de physique appliqu e 45 Courbes de la pression de vapeur d eau pour diff rentes humidit s relatives Par d finition de l humidit relative la courbe 100 co ncide avec la courbe de pression saturante Ce graphique constitue un diagramme psychrom trique simplifi HUMIDIT SP CIFIQUE kgeau kgah Specific humidity HYDROG NE Hydrogen L l ment hydrog ne Doc CEA PDP LEXIQUE Courbe de pression de vapeur d eau pour diff rentes humidit s relatives 120
88. UNIVERSIT DE PARIS 1 MASTER SP CIALIT CONSERVATION PR VENTIVE DU PATRIMOINE M mento de physique appliqu e tabli l intention des conservateurs des r gisseurs et des restaurateurs de biens culturels La Nature toujours eu l air d un inextricable sac de n uds mais force on y distingue des structures et on commence difier des th ories un peu de clart appara t et les choses se simplifient Richard FEYNMAN prix Nobel 1965 Lumi re et mati re traduction de QED the Strange Theory of Light and Matter Inter Editions Paris 1987 p 192 Pierre Diaz Pedregal Version 3d Novembre 2008 SOMMAIRE Sommaire Pages A Lexique COMMENTE Lait a AE de a te Ste RUE SN Sn te 4 B Compl ments date tn nan nette 87 Le tube de Torricelli et la pression atmosph rique insistent 91 chelles th riometriquess sen Een nn tn 99 Quelques informations utiles sur les D S tente Rd GTA RE 102 Grandenrsetranit s DAS lo HUE nt ps SA nn ee ne nn 106 Bibliographie comment e Se San ana Dia R 109 D Index sonin RER ie ii an n i e a ns 101 Tndexdesinotions ERA LS Re Sn A A S 114 Tnd exdes trad cHons kaii enaa a a A 119 Index des scientifiques Ces ann i enna EEE EEEE EER 121 PDP M mento de physique appliqu e 3 MODE D EMPLOI M mento mode d emploi E N EST pourtant pas la faute de la physique si la nature est compliqu e C est vrai qu ils ne sont pas ais s d crire ces no
89. YGROSCOPIQUE sur la masse s che du mat riau Ce contenu en eau d pend des conditions hygrom triques r gnant dans l environnement du mat riau Ces conditions sont caract ris es par l indication de l HUMIDIT RELATIVE et de la TEMP RATURE de l environnement la place de contenu en eau certains auteurs parlent de zeneur en humidit Les deux expressions peuvent tre consid r es comme synonymes Dans certains secteurs industriels on utilise la notion d ACTIVIT DE L EAU pour d finir l humidit relative d QUILIBRE d un mat riau hygroscopique La relation entre le contenu en eau d un mat riau hygroscopique et lPactivit de l eau ou humidit d quilibre de l environnement est repr sent e par une courbe tablie exp rimentalement appel e isotherme de sorption Comme son nom l indique l isotherme de sorption est valable pour une temp rature donn e En r gle g n rale quand la temp rature augmente toutes choses gales par ailleurs le contenu en eau d un mat riau hygroscopique diminue Et vice versa De m me temp rature constante lorsque l humidit relative de l environnement augmente le contenu en eau du mat riau augmente La r ciproque est vraie m me si la courbe caract ristique de d sorption peut s carter sensiblement de la courbe de sorption comme le montre l exemple ci contre Ce ph nom ne d HYST R SIS s explique par la cin tique des transferts d
90. a biologie L effort de tr s nombreux chercheurs autour de cette discipline centrale de la physique s est traduit par un petit nombre de propositions fondamentales qui ont t baptis es Principes de la thermodynamique On en compte quatre Il n existe pas d nonc standard de chacun des principes Pour des raisons p dagogiques chaque auteur a tendance proposer une formulation qui lui est propre Bien videmment tous les nonc s d un principe donn sont strictement quivalents ou devraient tre Principe z ro Deux SYST MES en QUILIBRE thermique avec un troisi me sont en quilibre thermique entre eux L quilibre thermique signifie que les syst mes ont m me TEMP RATURE Tous les THERMOM TRES constituent une application du principe z ro Ce principe r sulte d un constat d exp rience si deux syst mes entrent en contact des changes vont se produire de telle sorte que toutes les grandeurs intensives caract risant les syst mes temp rature PRESSION etc aient n fine la m me valeur Premier principe La variation totale d NERGIE d un syst me proc de par change de travail et de chaleur Ce principe repose sur le fait que nergie l instar de la mati re ne peut tre ni produite ni d truite Il s en suit que dans un syst me isol l nergie totale est une quantit conserv e Le principe de conservation de l nergie est l une des cl s fondamentales de la
91. a valeur mesur e et la valeur de consigne Si la valeur mesur e est inf rieure le r gulateur va commander l metteur de chaleur E de fournir de l nergie au local Lorsque la temp rature de consigne sera atteinte il commandera l arr t du chauffage Et ainsi de suite L exemple d crit est d une extr me simplicit mais il reproduit les principes fondamentaux de toute r gulation mesure de la grandeur contr ler comparaison d cision action contr le De ce qui pr c de il est ais de comprendre que l id e m me de r gulation suppose que la grandeur contr l e subisse des variations puisque c est la d tection de ces variations qui va induire une action d clench e par le r gulateur Dans l exemple trait la temp rature int rieure ne peut demeurer constante cause des variations ext rieures du CLIMAT ou des perturbations int rieures Une r gulation est donc un dispositif qui tente de maintenir l QUILIBRE d un syst me qui sous l effet des variations des sollicitations qu il supporte ne peut maintenir des valeurs caract ristiques constantes Les dispositifs de r gulation utilis s aujourd hui font appel aux techniques de l lectronique et de l informatique S Seuil au del duquel il n est plus possible d accro tre la quantit de VAPEUR pr sente dans un certain VOLUME Ce seuil est d fini par une limite de la PRESSION de vapeur qui peut r gner dans ce volume Pour une su
92. aintient un vide de 10 7 Pa Cet instrument de recherche produira des rayons X une forme tr s nerg tique de RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE qui les rend tr s p n trants pour sonder la mati re L espace intersid ral correspond un vide extr me 300 km d altitude la pression n est plus que de 10 10 Pa Au niveau de la mer la densit mol culaire est sup rieure 26 milliards de milliards de MOL CULES par cm contre moins d une mol cule par cm dans Pespace interplan taire Propri t macroscopique d un FLUIDE traduisant la plus ou moins grande aptitude de ses MOL CULES glisser les unes par rapport aux autres Pour un LIQUIDE la viscosit r sulte essentiellement des forces d attraction entre les mol cules Elle diminue donc logiquement avec la TEMP RATURE Les forces d attraction intermol culaires tant n gligeables dans un GAZ sa viscosit traduit un change de quantit de mouvement entre les mol cules Il s ensuit que la viscosit d un gaz augmente avec la temp rature et la PRESSION Profil de vitesse dans une canalisation Le frottement sur les parois ralentit le localement le fluide Ce frottement provoque un glissement relatif des filets fluides les uns par rapport aux autres Au centre de la canalisation le fluide pr sente donc une vitesse sup rieure celle qu il poss de proximit des parois de la canalisation Volume occup par un kilogramme de substance
93. alors d espace temps L tude d un syst me DYNAMIQUE ne peut se faire qu l int rieur d un espace temps Pratiquement il faut proc der au choix d un syst me de coordonn es afin de faciliter le rep rage des entit s constitutives du syst me tudi Quatre valeurs num riques suffisent pour rep rer un point dans Pespace temps Il existe de nombreux syst mes de coordonn es coordonn es cart siennes polaires cylindriques sph riques etc Le choix est effectu en fonction de la facilit qu offrent les coordonn es pour repr senter le syst me tudi Ainsi pour tudier le d placement d un v hicule sur de petites distances un syst me de coordonn es cart siennes fera parfaitement l affaire En revanche l tude du M mento de physique appliqu e 35 TAT State VAPORATION Evaporation Cloche tanche R cipient plein FILTRATION Filtration PDP LEXIQUE mouvement des astres sera plus facilement r alis e dans un syst me de coordonn es sph riques Organisation de la MATI RE en fonction de la TEMP RATURE et de la PRESSION On dit aussi PHASE Les corps purs pr sentent trois tats principaux l tat de SOLIDE de LIQUIDE ou de GAZ gt CHANGEMENT D TAT Aux tr s hautes temp ratures lagitation thermique est telle qu il ne subsiste plus dans le SYST ME consid r qu un ensemble d ATOMES d pouill s de tout ou partie de leur cort ge d kctro
94. ariables 1 kg 100 kg Eux aussi s crivent en minuscules la seule exception de ceux qui comm morent le nom de savants Exemples volt pour Alessandro Volta symbole V joule pour James Joule symbole J watt pour James Watt symbole W etc Les pr fixes s crivent avec des minuscules comme k pour kilo m pour milli etc sauf pour les pr fixes repr sentant des puissances de 10 gales ou sup rieures 6 Ainsi m ga 106 s crit M giga 10 s crit G etc Ces pr fixes sont toujours attach s au symbole de Punit kW kilowatt mm millim tre MJ m gajoule etc Certaines unit s r sultent de la combinaison par multiplication ou division d unit s plus l mentaires Nous les notons la mani re des exemples suivants W m watt par m tre carr Certains auteurs utilisent la notation avec exposants n gatifs L exemple pr c dent serait not W m Autre exemple le kilowatt heure l unit pratique bien connue d nergie lectrique Elle est le produit d une puissance exprim e en kilowatt kW et d un temps exprim e ici en heure h Pour crire le symbole de l unit kilowatt heure on composera kWh k pour kilo W pour watt h pour heure Pour marquer le produit nous utilisons le point de la multiplication et non le point d cimal Cette notation vite les ambig it s de certains pr fixes Ainsi mm signifie
95. ase vapeur Au del de ce point on p n tre dans le domaine hypercritique o il existe plus de transition franche entre liquide et gaz phases qu il mest alors plus possible de distinguer M mento de physique appliqu e 17 Cellule point triple de l eau La cellule est r alis e en verre borosilicat On ajoute un liquide de contact conducteur pour faciliter l quilibre thermique du thermom tre test plac dans le puits central L incertitude de mesure est de l ordre de 0 001 C Doc Metrix CHIMIE Chemistry CLIMAT Climate PDP LEXIQUE Le tableau suivant donne les points triples et les points critiques de quelques corps purs Point triple Point critique Substance 0 C p Pa be C pe Pa H2 259 3 7 2 108 240 1 3 106 CO2 56 6 0 52 106 31 7 4 106 Hg 38 83 2 10 H2O 0 01 612 374 22 1 106 Source D Lide Handbook of Chemistry and Physics CRC Press New York 78 ed 1997 Le graphe ci apr s indique les quantit s d nergie mise en jeu lors des principaux changements d tat de Peau la pression atmosph rique normale Temp rature 2 260 kJKg vaporation de l eau 100 77 7 7777 Pression atmosph rique 101 325 Pa r Fusjon de la glace Chautage de leau 419 kJkg 335 kJKg Apport d nergie tude des L MENTS constitutifs de la MATI RE de leur association et de leur transformation au cours de proc
96. ation thermique ne doit pas tre confondue avec celle d INERTIE thermique Un mat riau isolant peut pr senter une tr s faible inertie C est le cas de la plupart des isolants utilis s dans les b timents Par ailleurs une substance tr s inerte peut tre faiblement isolante Les pierres de construction sont de bons exemples de cette situation L Interaction lectrostatique entre mol cules qui par sa nature n est pas fondamentalement diff rente de celles l origine des FORCES DE VAN DER WAALS Sa particularit tient ce qu elle implique la pr sence d ATOMES d hydrog ne dont la tr s petite taille favorise un rapprochement tr s grand des MOL CULES L interaction est donc tr s forte et l NERGIE mise en jeu plus importante que dans le cas des M mento de physique appliqu e 50 LIBRE PARCOURS MOYEN um Mean free path PDP LEXIQUE interactions o s exercent les forces de Keesom et de Debye de 5 10 fois plus lev e Autre particularit les liaisons hydrog ne s tablissent dans des directions privil gi es de l espace mol culaire Un bon exemple en est fourni par PEAU comme l illustre le sch ma suivant i i HS HS A i H H Dans la figure pr c dente les liaisons rouges repr sentent les liaisons hydrog ne qui unissent les mol cules d eau Celles ci se comportent comme des dip les tentant de s assembler par combinaison de leur p le positif et n gatif De
97. atiques de la conservation restauration des vestiges arch ologiques Masson Paris 1990 Ce livre a un seul d faut il est puis Pour le reste on ne saurait en dire trop de bien sauf tre suspect de complaisance pour les auteurs de cette somme qui se veut un effort collectif d unification des champs conceptuels dans un domaine complexe faisant appel de nombreux savoirs et savoir faire noter la tr s compl te bibliographie qu une nouvelle dition de l ouvrage que nous appelons de nos v ux ne manquerait pas de r actualiser BRUCE 1998 BRUCE C L trange affaire du chat de Mme Hudson Flammarion Paris 1998 Sans doute les raisons du choix de cet ouvrage appara tront elles plus videntes si nous pr cisons la fin du titre ef autres nouvelles polici res r solues gr ce aux progr s de la physique Nous ne saurions trop recommander la lecture de ce livre dans lequel Pauteur physicien et crivain vivant Oxford fait revivre un Sherlock Holmes au fait des derni res d couvertes de la physique Le faussement na f docteur Watson est toujours l bien s r d couvrant sous la f rule amicale de son ma tre et ami les beaux myst res de la conservation de l nergie et de la relativit PDP M mento de physique appliqu e 107 CAMUFFO 1998 CASSAR 1995 GENNES 2002 GIVONI 1978 HARKNESS 1978 HUFTY 2001 LAV DRINE 2000 PDP Bibliographie comme
98. atures est important La d termination de l humidit relative ou de l humidit absolue est faite par calcul ou plus simplement l aide d un graphe sp cial fourni par le constructeur du psychrom tre ou au moyen d un diagramme de Pair humide DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE adapt altitude du lieu Il existe diff rentes sortes de psychrom tres dont l arch type est celui de l illustration ci contre On am liore consid rablement la qualit de la mesure en faisant en sorte que l air circule rapidement autour des deux THERMOM TRES Les plus commodes sont des appareils comportant deux capteurs de temp rature enferm s dans un corps ventil l un tant maintenu humide Les deux capteurs sont reli s un boitier lectronique assurant l affichage des mesures et le calcul automatique des valeurs de l hygrom trie de Pair en fonction de la PRESSION ATMOSPH RIQUE Quantit de TRAVAIL effectu par unit de TEMPS En prenant en compte l quivalence entre NERGIE et travail une autre d finition peut tre propos e nergie fournie par unit de temps La premi re d finition est utile en m canique La seconde est plus adapt e nerg tique et l lectricit L unit de puissance d coule directement de sa d finition c est le joule par seconde On lui a donn le nom de watt en souvenir de James WATT 1736 1819 l ing nieur cossais qui a consid rablement perfectionn les machines vapeur
99. ayonnement lectromagn tique consid r Ainsi un mat riau peut pr senter une forte transmissivit pour un rayonnement de courte longueur d onde et par ailleurs se r v ler parfaitement opaque pour un rayonnement de grande longueur d onde Un exemple vident est celui du verre qui est transparent dans le domaine du visible mais devient opaque pour des rayonnements de longueur d onde sup rieure environ 3 um Cette sensibilit d un mat riau aux caract ristiques du rayonnement est appel e s lectivit spectrale Se dit dun corps chimique ION ou MOL CULE susceptible de lib rer un ion H c est dire un proton Il s en suit que tout acide contient n cessairement au moins un atome d hydrog ne Pour autant toutes les substances contenant de l hydrog ne ne sont pas n cessairement des acides Ainsi bien qu il comporte quatre ATOMES d hydrog ne le m thane CH4 n est pas un acide En revanche HCI est bien un acide Apr s dissolution dans l eau on obtient l quilibre ionique HCI H2O e H3O CF C est Svante ARRHENIUS un chimiste su dois connu pour la i qui porte son nom sur l activation chimique NERGIE D ACTIVATION qui en 1887 proposa une th orie de la dissociation lectrolytique et qui d finit les acides et les bases comme donneurs respectivement d ions H et OH Cette th orie lui valut de recevoir le M mento de physique appliqu e 6 ACTIVIT Activity ACTIVIT
100. bien millim tre pr fixe milli 10 devant le symbole du m tre m et non le produit de deux longueurs qu on noterait m m c est dire m C est ce m me point de la multiplication que nous utilisons galement lorsque nous indiquons un nombre tr s petit ou tr s grand avec la notation scientifique comme par exemple le nombre d Avogadro N4 6 02214 103 mof 1 Ici la notation mol signifie par mol Pour tre conforme aux r gles indiqu es ci dessus ceci devrait tre not mol L absence d unit au num rateur rend la notation peu lisible Dans ces rares cas nous pr f rons utiliser des exposants n gatifs PDP M mento de physique appliqu e 103 QUELQUES INFORMATIONS UTILES SUR LES UNIT S RELATIONSHIPS OF THE SI DERIVED UNITS WITH SPECIAL NAMES AND THE SI BASE UNITS SOLID LINES INDICATE MULTIPLICATION BROKEN LINES INDICATE DIVISION SI BASE UNITS SI DERIVED UNITS WITH SPECIAL NAMES kilogram i newton kg m s i i Jka pascal N m Ca Hot P FORCE o DOSE joule Y N m LENGTH ENERGY WORK QUANTITY OF HEAT becquerel JO po s Z ACTIVITY P OF A RADIO 4 FREQUENCY second NUCLIDE V4 A W s coulomb A S farad CN p F HEAT FLOW RATE ELECTRIC CHARGE CAPACITANCE N N siemens 1 2 ohm WA LOU ampere N CONDUCTANCE r RESISTANCE WWA ELECTRIC CURRENT kelvin INDUCTANCE ik weber V s A THERMODYNAMIC TEMPERATUR
101. ble En revanche il est possible de dire que tel syst me ou tel processus d change entre syst mes tend vers l quilibre et d en pr dire les caract ristiques Prenons un exemple Si l on place une casserole pleine d eau sur une plaque chauffante on atteint un point d quilibre pour l eau lorsque la temp rature d BULLITION est atteinte En effet la temp rature de Peau demeure constante m me lorsque de l nergie continue d tre fournie la casserole Cette NERGIE va tre utilis e pour la production de VAPEUR D EAU partir de l eau liquide mais aussi pour maintenir la temp rature de la casserole qui c de de la CHALEUR lPenvironnement par CONVECTION et RAYONNEMENT La plupart du temps la notion d quilibre ne sera pas utilis e dans son sens strict Elle sera au contraire employ e pour d signer un tat aussi proche de l quilibre qu il est possible de l imaginer ou de le mesurer Au sens strict entit math matique permettant de d terminer la position d un point ou plus g n ralement d un SYST ME mat riel Un espace peut ne comporter qu une seule DIMENSION Il se r duit alors une simple droite LONGUEUR Dot de deux dimensions il devient un plan Avec trois dimensions il constitue un VOLUME Tous les ph nom nes physiques observables l chelle macroscopique se d roulent dans un espace trois dimensions auquel s ajoute la quatri me dimension du TEMPS On parle
102. bstance donn e cette pression limite appel e PRESSION DE VAPEUR SATURANTE ne d pend que de la TEMP RATURE Technique permettant d tudier le comportement d un SYST ME physique plus ou moins complexe Le syst me physique tudi doit tre d crit par un MOD LE appropri La simulation peut faire appel des techniques analogiques ou num riques Dans les calculateurs analogiques le mod le physique tudi est repr sent par assemblages de r sistances lectriques de condensateurs et de sources de courants dont le r seau est consid r comme analogue au mod le physique Les r sultats du calcul analogique sont obtenus par la mesure du courant ou des diff rences de potentiels aux bornes du r seau analogique cr Les calculateurs analogiques ont t progressivement remplac s par les calculateurs num riques ordinateurs plus rapides et surtout plus souples Cependant le raisonnement analogique appliqu l analyse d un syst me conserve toutes ses vertus heuristiques M mento de physique appliqu e 78 SOL Sol SOLIDE Solid Structure d un cristal m tallique complexe DR PDP LEXIQUE AU I R Conduction U U lectrique I AT Q Rm Conduction T D thermique 9 Le sch ma pr c dent montre la similarit formelle des relations exprimant d une part la chute de tension lectrique en fonction de la r sistance lectrique et du courant qui traverse la r sistance
103. ce d attraction dirig e vers l int rieur du liquide Cette force s oppose l augmentation de la surface du liquide La surface peut tre vue comme une membrane lastique dont la d formation n cessite un certain travail Le rapport du travail fournir AW pour augmenter la surface d une certaine quantit AS est appel tension de surface et est not g On a la relation o AW AS Elle s exprime donc en J m ou ce qui revient au m me en N m Not e en newton par m tre la tension de surface appara t comme une M mento de physique appliqu e 86 THERMODYNAMIQUE Thermodynamics Sadi Carnot est mort du chol ra Paris l ge de 36 ans DR PDP LEXIQUE force par unit de longueur tude des rapports ph nom nologiques entre la CHALEUR et le mouvement Depuis sa naissance au XIX si cle avec l uvre visionnaire du jeune Sadi CARNOT 1796 1832 qui publia compte d auteur en 1824 il n avait que 28 ans ses magistrales R flexions sur la puissance motrice du feu la thermodynamique a tr s largement red fini sa probl matique en proposant une description des propri t s macroscopiques de la MATI RE en termes de GRANDEURS physiques coh rentes et en tablissant des relations universelles entre ces grandeurs cet gard elle concerne aujourd hui toutes les disciplines scientifiques majeures de l nerg tique qui l a vue na tre la chimie et Pastrophysique en passant par l
104. cido basique Des valeurs inf rieures correspondent des solutions acides pH lt 7 des valeurs sup rieures des solutions basiques pH gt 7 Contrainte exerc e sur une surface Une FORCE le POIDS d un objet par exemple appliqu e sur une surface de dimension donn e se traduit par une pression Math matiquement cette GRANDEUR se calcule en faisant le rapport de l intensit de la FORCE exprim e en newton symbole N et de la surface concern e exprim e en m tre carr symbole m L unit de pression dans le SYST ME INTERNATIONAL D UNIT S est le pascal symbole Pa Une force de 1 N appliqu e une surface de 1 m induit une pression de 1 Pa sur ladite surface Un GAZ plac dans une enceinte exercera une pression sur les parois Cette pression r sulte des multiples chocs des MOL CULES induits par le mouvement thermique d sordonn du gaz Est il n cessaire de rappeler que le nom donn lunit de pression est celui de l une des plus fulgurantes intelligences de l histoire des sciences Blaise PASCAL N en 1623 Clermont mort pr matur ment Paris P ge de 39 ans PASCAL fut un math maticien d une pr cocit ahurissante En 1640 il publie un premier trait Essai sur les coniques Il n a que 17 ans 19 ans il invente une machine calculer r volutionnaire Contrainte exerc e par l ATMOSPH RE M lange de GAZ l atmosph re se caract rise entre autres choses par une MASSE et d
105. control in buildings Applied Science Publishers London 1978 Plus technique que le livre des fr res Olgyay OLGYAY 1957 cet ouvrage en constitue un bon compl ment Les auteurs se sont attach s proposer une m thode d analyse permettant tout concepteur d laborer rationnellement des solutions aux questions de protection solaire des fa ades qu il rencontre HUFTY A Introduction la climatologie Les Presses de l Universit de Laval Laval 2001 L tude des climats est une discipline exigence qui n cessite d aborder de nombreux champs de la physique Cet ouvrage constitue un expos clair mais n anmoins rigoureux de la climatologie et de ses divers domaines Parfaitement illustr il demeure essentiellement descriptif et vite un recours syst matique l appareil math matique Pour ceux qui veulent aller plus loin Pauteur propose une bibliographie riche de plus de 700 r f rences LAV DRINE B Les collections photographiques Guide de conservation pr ventive Arsag Paris 2000 Bien que l objet de cet ouvrage soit limit la pr servation des collections photographiques on peut y trouver de nombreuses informations relatives l environnement climatique qu il est ais de M mento de physique appliqu e 108 LEROI GOURHAN 1945 LORUSSO 1995 MARSTON 1972 OLGYAY 1957 OLGYAY 1963 RAPOPORT 1972 PDP Bibliographie comment e transposer d
106. ction de toutes les entr es du lexique On notera que si certains termes fran ais sont au singulier leur quivalent anglais prend le pluriel la physique se traduit par physics la thermodynamique devient thermodynamics Cette traduction est mentionn e dans la colonne de gauche Certaines expressions n ont pas d quivalent direct en anglais notre connaissance Nous proposons alors une traduction approch e pr c d e du symbole Les traductions sont galement reprises dans un index sp cifique o elles sont class es par ordre alphab tique Il est ainsi possible de s y r f rer la fa on d un dictionnaire Pour les lecteurs soucieux de rendre C sar ce qui appartient C sar nous proposons un index des scientifiques cit s dans ce m mento Il est pr c d de quelques commentaires Les illustrations identifi es par la mention Doc DRION amp FERNET sont tir es du v n rable ouvrage Ch DRION FERNET Trait de physique l mentaire 9e dition Masson Paris 1883 Lorsque Porigine de Pillustration ne nous est pas connue le document est not DR droits r serv s Les illustrations sans mention particuli re ont t cr es par nous 0 PDP M mento de physique appliqu e 4 LEXIQUE Lexique comment Les mots sont plus myst rieux que les faits Pierre MAC ORLAN La Petite Cloche de Sorbonne Gallimard Paris 1959 PDP M mento de p
107. ctrique atteint une temp rature sup rieure 2000 C Il produit alors un rayonnement dont le spectre est pour partie visible La uminescence correspond une mission de lumi re par des SOLIDES des LIQUIDES ou des GAZ la suite de r actions chimiques ou bien apr s ABSORPTION de photons d lectrons ou de particules charg es La fluorescence est un ph nom ne tr s similaire mais le rayonnement mis par la substance excit e n est pas visible Une lampe fluorescente nous claire par un double m canisme La lampe est remplie d une vapeur de mercure basse PRESSION Des lectrodes dispos es dans la lampe provoquent une d charge lectrique dans le gaz induisant l mission d un rayonnement dont le spectre est essentiellement dans l raviolet invisible Ce rayonnement est absorb par la paroi interne de la lampe sur laquelle des substances luminescentes ont t d pos es Ce sont donc elles qui in fine produisent un rayonnement visible La phosphorescence est un ph nom ne de luminescence qui se prolonge M mento de physique appliqu e 53 MASSE kg Mass Prototype de l talon de masse en platine irridi Doc BIPM MASSE MOLAIRE g mol Molar mass PDP LEXIQUE apr s que excitation initiale a disparu Cette r manence du ph nom ne va de quelques fractions de seconde tubes cathodiques plusieurs heures cadrans lumineux d horloge signalisation de s curit La vitesse
108. culaires on parlera de DISPERSION de suspension ou de COLLO DE La concentration d une solution est le ratio de la masse de solut par unit de volume de solution Elle s exprime le plus souvent en g L La wolarit est la QUANTIT DE MATI RE de solut par unit de volume de solution Elle s exprime en mol L La wolalit est la quantit de mati re de solut par unit de masse du solvant Elle s exprime en mol kg La molalit est ind pendante de la temp rature de la solution contrairement la molarit dont la valeur est affect e par les variations de volume de la solution sous l effet des changements de temp rature La solnbilit est d finie comme le rapport de la masse du solut sur la masse de la solution masse du solut plus masse du solvant Elle peut s exprimer en pouf cent Si l on fait abstraction de quelques rares cas de miscibilit illimit e entre certains liquides pour chaque couple solvant solut il existe une limite de solubilit conduisant l obtention d une solution satur e 20 C la solubilit du chlorure de sodium NaCI dans l eau est de 26 4 Elle change peu lorsque la temp rature s l ve 50 C elle est de 26 9 Pour d autres substances la sensibilit l l vation de temp rature est beaucoup plus grande Ainsi pour le nitrate de potassium KNO elle passe respectivement de 242 valeur presque identique celle du chlorure de sodium
109. de valeur num rique pour mieux faire appara tre qu apparaissant deux fois dans le calcul une premi re fois par multiplication et une seconde fois par division elle ne joue de fait aucun r le dans la valeur num rique recherch e Nous obtenons finalement la valeur de la pression exprim e en pascals P F S P 100 993 56 Pa PDP M mento de physique appliqu e 96 LE TUBE DE TORRICELLI La valeur que nous obtenons est tr s proche de la valeur standard 101325 Pa 0 3 pr s Les calculs pr c dents se r sument en une formule unique P hpe Quelle hauteur aurait atteint la colonne de liquide si au lieu de mercure nous avions utilis de Peau Pour r pondre la question il suffit de retourner la formule pr c dente h P g On rappelle que la masse volumique de l eau vaut approximativement 1000 kg m 20 C On obtient le r sultat suivant b 101 325 1000 9 81 b 10 32 m On voit tout Pint r t de r aliser un barom tre avec du mercure plut t quw avec de l eau PDP M mento de physique appliqu e 97 LES CHELLES THERMOM TRIQUES Les chelles thermom triques Rappel TEMP RATURE Grandeur mesurant l agitation thermique de l ensemble mol culaire constituant le milieu consid r Elle se d finit partir de l nergie cin tique moyenne des mol cules Il existe une temp rature de r f rence correspondant une cessation totale de l agitation thermi
110. de 1 98 kg Par d finition le rapport de m lange est gal 0 02 1 98 soit 0 0101 kgeau kgas En toute rigueur tant un rapport de deux masses le M mento de physique appliqu e 73 LEXIQUE rapport de m lange n a pas de DIMENSION L unit conventionnelle utilis e le kilogramme d eau par kilogramme d air sec not kgeau kgas n a d autre but que de rappeler comment est valu ce ratio caract risant l tat hydrique du m lange Le rapport de m lange est parfois appel HUMIDIT ABSOLUE par certains auteurs Pourquoi pas Pour notre part nous pensons utile de distinguer les notions d humidit absolue et de rapport de m lange Quoi qu il en soit pour viter toute confusion il suffit de v rifier les unit s utilis es dans lexpression des grandeurs consid r es D o importance de ne jamais omettre de pr ciser l unit attach e une valeur num rique RAYONNEMENT ONDE constitu e d un CHAMP lectrique et d un champ magn tique LECTROMAGN TIQUE coupl s Se caract rise par une ongueur d onde ou une fr quence chaque onde on peut associer une particule un photon Selon les circonstances on s int ressera davantage l aspect ondulatoire du rayonnement ou son aspect corpusculaire C est le physicien fran ais Louis de BROGLIE 1892 1987 qui osa le premier en 1924 parler de la dualit onde corpusculaire au grand dam de son jury de th se qui du coup ne lui accorda pas les f
111. de au gaz ne se fait pas obligatoirement par la phase liquide Sous certaines conditions de pression et de temp rature un solide peut se sublimer directement en gaz tandis qu un gaz l inverse peut se condenser directement en solide RS Domaine DS hypercritique Pression Fusion Point critique Solidification Liqu factio Vaporisation D tiple TEDDDPDDD Sublimation Temp rature Appel diagramme de phases la figure pr c dente illustre les conditions de temp rature et de pression n cessaire l existence d un tat pour un corps pur Sur ce graphe les lignes continues repr sentent les conditions P QUILIBRE entre deux phases Ainsi la courbe d quilibre entre la phase gazeuse et la phase liquide mest rien d autre que la repr sentation de la PRESSION DE VAPEUR SATURANTE en fonction de la temp rature Deux points singuliers sont repr sent s sur le graphe pr c dent le point triple et le point critique Au point triple les trois tats fondamentaux peuvent coexister P quilibre Pour une substance pure donn e il ne peut exister qu un seul point triple dont les coordonn es en temp rature et pression sont toujours parfaitement d finies C est la raison pour laquelle les points triples comme celui de l eau sont utilis s comme talons de temp rature Le point critique constitue une limite sup rieure pour la courbe quilibre entre la phase liquide et la ph
112. de chaleur par change de travail Lorsque les changes de chaleur sont impossibles le syst me est dit adiabatique D application quasi universelle le Syst me International d unit s syst me SI en abr g est l h ritier direct d un enfant de la R volution Fran aise le syst me m trique dont LAVOISIER disait en 1794 ann e de sa mort Jamais rien de plus grand et de plus simple de plus coh rent dans toutes ses parties n est sorti de la main des hommes De fait ce syst me comportait encore de nombreux d fauts Propos en 1873 le syst me CGS centim tre gramme seconde constituait une avanc e sensible En effet pour la premi re fois un syst me d unit s tait coh rent ce qui signifie que les UNIT S sont reli es entre elles comme le sont les GRANDEURS auxquelles ses unit s s appliquent sans faire appel des facteurs num riques arbitraires S il tait coh rent le syst me CGS n en tait pas pour autant complet Le syst me SI est n de ce constat Il fut mis en uvre progressivement partir de 1960 Il est r guli rement perfectionn au gr des Conf rences G n rales des Poids et Mesures qui se tiennent tous les quatre ans Paris Ces am liorations portent notamment sur la pr cision des d finitions des unit s Ainsi le m tre unit de LONGUEUR n est plus rattach au M tre des Archives P talon de 1799 dont la pr cision ne d passait pas 0 01 mm Aujourd hui
113. de trouver en consultant Pindex principal des notions plac la fin du lexique Celui ci r f rence galement les corr lats figurant en falique dans le texte Les r f rences en gras et surlign es d une trame gris e telles que chelles thermom triques renvoient aux d veloppements propos s dans les compl ments plac s la suite du lexique Pour viter d alourdir la typographie les mots solide et liquide qui constituent des entr es du lexique ne sont jamais enrichis quand ils sont utilis s comme adjectifs De m me aucun enrichissement n est op r dans les tableaux Lorsqu une expression comporte un nom propre exemples Forces de Van der Waals nombre d Avogadro table de Mendele ev loi de Boyle Mariotte la recherche dans Pindex doit s op rer partir du nom propre comme le montre cet exemple surlign en bleu clair AZIMUT Lorsqu une entr e du lexique correspond une grandeur dimensionn e le symbole de l unit avec laquelle elle doit tre exprim e est indiqu sous le nom de la grandeur Les unit s utilis es sont celle du syst me SI dont une pr sentation d taill e est donn e dans les compl ments Les valeurs indiqu es pour les constantes universelles sont les derni res valeurs connues 2002 arrondies la cinqui me d cimale significative Pour faciliter la lecture d articles ou d ouvrages en anglais nous proposons une tradu
114. des noyaux d ATOMES instables au moment de leur d sint gration Encore d nomm e d croissance radioactive De nombreux atomes stables poss dent des ssofopes qui eux ne le sont pas Spontan ment ils se d sint grent pour tendre vers une architecture plus p renne de leur noyau Les corps responsables de cette radioactivit sont baptis s radionucl ides o encore radio l ments Les rayonnements mis lors de ces d sint grations spontan es sont de trois sortes les rayonnements alpha ax b ta B et gamma y Le tableau ci apr s r sume leurs caract ristiques principales Il permet de constater que plus la particule associ e au rayonnement est petite plus p n trante est la radiation Type de Particule Masse Pouvoir de rayonnement associ e kg p n tration x Noyau d h lum 6 7 10 7 Tr s faible 8 Electron 9 1 10 1 Moyen y Photon 0 Tr s lev On observera que le pouvoir p n trant des trois types de rayonnement M mento de physique appliqu e 71 LEXIQUE est curieusement inversement proportionnel la MASSE des particules associ es Le plus p n trant de tous est le rayonnement gamma dont la particule associ e le photon est de masse nulle noter galement l cart relatif de masse entre l kc ron et le noyau d h lium le rapport est de un plus de 7 000 Dans cette d finition de la radioactivit nous nous sommes Exemple de d sint gration a conform s l usage et a
115. deux conducteurs une force gale 2 107 newton Intensit J candela cd La candela est l intensit lumineuse dans une lumineuse direction donn e d une radiation monochromatique de fr quence 540 10 2 hertz et qui pr sente dans cette direction une intensit nerg tique de 1 683 watt par st radian partir de ces unit s fondamentales toutes les autres unit s peuvent tre d finies par un simple jeu de multiplication et de division sans aucun coefficient num rique comme l indique le sch ma qui cl t ce chapitre Il est int ressant d observer que les d finitions de ces unit s fondamentales ne sont pas ind pendantes l une de l autre Seules les d finitions de la masse du temps et de la temp rature thermodynamique sont auto suffisantes Toutes les autres d pendent d une de deux voire de trois autres d finitions Les unit s forment bien un SYST ME Les relations entre d finitions sont illustr es par le sch ma suivant dans lequel chaque grandeur fondamentale est repr sent e par sa dimension DIMENSION dans le lexique PDP M mento de physique appliqu e 101 QUELQUES INFORMATIONS UTILES SUR LES UNIT S Sch ma des relations existant entre grandeurs fondamentales telles qu elles sont actuellement d finies Les grandeurs sont repr sent es par le symbole de leur dimension voir tableau pr c dent Les trois grandeurs dont les d finitions sont auto suffisantes s
116. du VOLUME d un corps sous l effet d un apport d NERGIE Imaginons le comportement d une seule MOL CULE composant une substance solide Si on la chauffe son nergie interne augmente et se traduit par un accroissement de Pamplitude de ses vibrations dans l espace Si cette mol cule appartient un r seau mol culaire ses vibrations vont loigner les mol cules voisines Si ces derni res s chauffent leur tout elles vont elles aussi occuper une place un peu plus grande dans l espace De proche en proche le corps tout entier va augmenter de volume Il se sera dilat l ments d un m tre soumis un cart de 10 Polypropyl ne Bois radial Polyester Cuivre Acier Gr s Marbre Bois longitudinal 0 00 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00 1 20 1 40 1 60 in Edenson Dilatation en mm Le graphe pr c dent donne un ordre de grandeur de la dilatation en fonction d une l vation de TEMP RATURE de 10 C pour quelques mat riaux Selon la structure des corps cette dilatation sera ssotropique gale dans toutes les directions de l espace ou awisotropique une dimension est privil gi e Un bon exemple de dilatation anisotropique est celui du bois dont la dilatation radiale est nettement sup rieure la dilatation longitudinale SOLIDE Repr sentation symbolique d une GRANDEUR physique mesurable Toute grandeur peut tre rattach e aux sept UNIT S fondamental
117. duire la tension superficielle de l eau et favoriser ainsi sa capacit de mouillage Se dit d une substance sans affinit avec PEAU Les hydrocarbures sont de bons exemples de substances hydrophobes Le m canisme de Phydrophobie ou interaction hydrophobe est une cons quence de la structuration de l eau par les LIAISONS HYDROG NE Ne pouvant engager de liaison avec l eau les particules hydrophobes auront tendance se grouper pour former des inclusions homog nes entour es d eau DISPERSION les mol cules d eau cr ant de v ritables cages poly driques autour des substances hydrophobes Si deux inclusions se rapprochent suffisamment elles finiront par se r unir afin de minimiser la surface en contact avec Peau L hydrophobie d un solide induit la non MOUILLABILIT de sa surface Du gr hugros humidit et metron mesure M TROLOGIE sp cifique de la vapeur d eau pr sente dans un espace particulier atmosph re un local une bo te Le terme est galement employ pour d signer l HUMIDIT DE L AIR elle m me L appareil de mesure est nomm hygrom tre La mise en vidence de lPhumidit de Pair est relativement ancienne Les chroniques historiques t moignent des efforts faits par le pass pour mettre en lumi re les variations de cette humidit Cependant l inventeur du premier hygrom tre capable donc de r ellement mesurer lPhygrom trie relative fut un physicien suisse Horace B
118. e MARSTON FITCH American building The environmental forces that shape it Houghton Mifflin Company Boston 1972 L homme ne peut pas survivre dans la nature sans d ployer un arsenal minimal de moyens de protection La fonction premi re de l architecture est d offrir une m diation entre l homme et les forces naturelles souvent hostiles Telle est la th se fondamentale de cet ouvrage bien construit dont le titre est cependant trop restrictif eu gard son plus vaste propos OLGYAY A OLGYAY V Solar control and shading devices Princeton University Press Princeton 1957 Sign par les fr res Olgyay cet ouvrage a souvent t imit mais jamais gal Riche de tr s nombreux exemples illustr de photos et dessins de d tail tir s des meilleures uvres architecturales contemporaines il constitue un demi si cle plus tard une somme incomparable de r f rences toujours actuelles pour les constructeurs d aujourd hui OLGYAY V Design with climat Princeton University Press Princeton 1963 Le propos de l auteur est tout dans le sous titre qu il a donn son ouvrage Bioclimatic approach to architectural regionalism Plus de trente apr s sa publication cet ouvrage constitue encore la r f rence pour tous les professionnels qui souhaitent construire des b timents en harmonie avec le climat RAPOPORT A Pour une anthropologie de la maison Collection M mento de physique ap
119. e Pour viter toute ambig it il vaudrait mieux pr ciser alors condensation liquide Attention Les g ologues utilisent parfois ce terme pour d signer un ph nom ne de d consolidation brutale suite un s isme des mat riaux constitutifs d un terrain soi liquefaction engendrant une instabilit des constructions sur lequel elles reposent L un des trois TATS fondamentaux de la MATI RE correspondant des niveaux moyens d NERGIE interne Il est interm diaire entre celui des SOLIDES et celui des GAZ Les forces de COH SION entre les MOL CULES organis es en liquide sont insuffisantes pour que le liquide ait une forme propre Cependant la proximit des mol cules est telle que les liquides pr sentent en g n ral une tr s faible compressibilit M mento de physique appliqu e 52 LONGUEUR m Length LUMI RE Light PDP LEXIQUE Sous Paction de la pesanteur les liquides pousent donc la forme de leur contenant en d veloppant une surface libre qui mest dite horizontale que par simplification Dans le r f rentiel de notre plan te la surface libre d un liquide est une surface sph ro dale dont le centre de courbure co ncide avec le centre de gravit de la Terre La courbure des oc ans est une vidence pour les marins l chelle de notre vie quotidienne par commodit on consid re les surfaces liquides libres comme tant parfaitement plane DIMENSION essentielle de tout SYST ME p
120. e aux recherches du fran ais Jean PERRIN 1870 1942 travaux qui lui vaudront le prix Nobel de physique en 1926 N M mento de physique appliqu e 58 NOMBRE Number NUAGE Cloud ONDE Wave PDP LEXIQUE tre math matique permettant un recensement d l ments de m me nature Ces l ments peuvent tre des entit s extr mement concr tes des cailloux des choux des moutons des individus Mais ils peuvent aussi pr senter un tr s grand degr d abstraction Ainsi des nombres peuvent servir compter des ensembles de nombres Les nombres les plus simples sont les enfiers naturels dont l ensemble est not Puis viennent par ordre de g n ralit croissante les nombres entiers relatifs Z les nombres rationnels Q les nombres r els et les nombres complexes A ROSOL de microgouttelettes d eau dans une masse d AIR HUMIDE satur e sans contact avec le sol naturel Lorsque le nuage est au sol on le d nomme plut t BROUILLARD Le diam tre de ces gouttelettes est en g n ral compris entre 2 et 10 um soit nettement plus que la longueur d onde de la lumi re visible Ces gouttelettes peuvent donc diffuser la totalit du spectre visible C est la raison pour laquelle les nuages nous paraissent blancs Lorsque la couleur d un nuage s assombrit c est que son paisseur et la surface qu il recouvre sont telles que la lumi re solaire transmise est notablement affaiblie Je
121. e les phases solide liquide et gazeuse d un corps pur coexistent en quilibre gt CHANGEMENT D TATS Pour un corps pur il n existe qu un point triple d fini par une temp rature et une pression Pour l eau la temp rature du point triple est de 273 16 K ou encore 0 01 C et la pression de 612 Pa La propri t des corps purs de n avoir qu un point triple est mis profit pour la r alisation d talons de temp rature PDP M mento de physique appliqu e 98 LES CHELLES THERMOM TRIQUES Commentaire Apparue avant l chelle thermodynamique l chelle Celsius est parfois nomm e chelle centigrade ou encore cent simale expressions viter Son usage est encore possible dans le cadre du syst me SI Pour viter toute confusion les temp ratures mesur es en degr s Celsius sont not es avec les symboles ou Relation en C T en K 273 15 e Autres chelles thermom triques pour information o chelle R aumur Nom de l unit degr R aumur Symbole R D finition Le degr R aumur est la quatre vingti me partie de Pintervalle de temp rature s parant le point de fusion et le point d bulliion de Peau pure la pression normale de 101 325 Pa Conventionnellement la valeur 0 de P chelle est fix e au point de fusion et la valeur 80 au point d bullition Commentaire Cr e un peu avant l chelle Celsius elle est d sormais abandonn e
122. e CHANGEMENT D TAT entre une phase liquide et une phase gazeuse Il peut se manifester sous deux formes l BULLITION et l VAPORATION Se dit d un R GIME o le SYST ME physique supporte des CONDITIONS AUX LIMITES variables Si les variations des conditions aux limites sont cycliques on parlera de r gime P RIODIQUE Fraction d espace d pourvu de toute MATI RE De fait le vide parfait n existe pas Ainsi m me les espaces intersid raux ne sont pas vides proprement parler On y croise des FLUX corpusculaires lectrons protons noyaux de calcium de fer de nickel d oxyg ne de carbone etc et de mati re macro et microm t orites On parlera donc de vide relatif caract ris par une PRESSION r siduelle exprim e en pascals Les principaux domaines du vide sont d finis dans le tableau suivant M mento de physique appliqu e 91 VISCOSIT Viscosity VOLUME MASSIQUE mi kg Specific volume VOLUME MOLAIRE m3 mol Molar volume PDP LEXIQUE Vide grossiet s es de 101 325 Pa 100 Pa Vide primaires de 100 Pa 10 Pa e Vide secondaire de 10 7 Pa 105 Pa e Ultravide de 10 Pa 10 Pa e Vide extr me inf rieur 10 Pa Les tubes vide utilis s dans l lectronique entrent dans le domaine de lultravide Dans Panneau de confinement du synchrotron Soleil d une circonf rence de 354 m tres en cours d ach vement Saclay on m
123. e de l ensemble physique d fini en tant que SYST ME analys Une identification et une comptabilisation des changes entre le syst me et son environnement sont faites cette fronti re afin d tablir les CONDITIONS AUX LIMITES Ph nom ne de CHANGEMENT D TAT entre une phase solide et une phase liquide Comme pour tous les changements d tat la fusion n cessite qu une certaine quantit d NERGIE soit fournie au corps initialement solide Cette quantit d nergie qui d pend de la nature de la substance concern e et de sa MASSE est appel e CHALEUR LATENTE de fusion G L un des trois TATS fondamentaux de la MATI RE avec l tat solide et l tat liquide gt CHANGEMENT D TAT Le mot gaz fut cr par le m decin et chimiste flamand Jan Baptist van HELMONT 1577 1644 en s inspirant dit on du latin chaos Le mouvement al atoire des MOL CULES constituant un gaz justifie a posteriori la d nomination choisie On observe exp rimentalement qu un gaz occupe toujours ouf le volume qui lui est offert Outre sa nature chimique un gaz se caract rise par sa TEMP RATURE et sa PRESSION Une loi fondamentale gouverne le comportement des gaz Cette QUATION D TAT indique que pour une certaine MASSE de gaz consid r e le produit de sa pression et de son VOLUME divis par sa TEMP RATURE ABSOLUE est toujours constant quation des gaz parfait En d autres termes dans une enceinte de volume d f
124. e dispersion liquide liquide n a de sens que dans le cas de liquides non miscibles Si les liquides sont miscibles on parlera de SOLUTION Selon la nature des phases dispers es et continues les dispersions portent des noms diff rents comme M mento de physique appliqu e 28 DYNAMIQUE Unsteady state EAU Water PDP LEXIQUE lPindique le tableau ci apr s Phase Phase Nom Exemples dispers e continue Liquide Gaz A rosol Brouillard nuage Solide Gaz A rosol Fum e Gaz Liquide Mousse Mousse raser Liquide Liquide mulsion Lait vinaigrette Solide Liquide Collo de Peinture encre Gaz Solide Mousse solide Verre cellulaire Liquide Solide mulsion solide Cr me glac e Solide Solide Dispersion solide Rubis Le graphe suivant est une illustration du tableau pr c dent A rosol Collo de dispersion mulsion Mousse solide Dispersion solide mulsion solide Phase dispers e Phase continue Graphe des milieux dispers s Qualifie un R GIME variable en fonction du TEMPS impos un SYST ME physique S oppose STATIQUE Dans la famille des r gimes dynamiques on distingue les r gimes TRANSITOIRES P RIODIQUES et VARI S Dans la nature rares sont les syst mes physiques qui ne sont pas dynamiques E Corps pur de formule chimique H20 D eau que Pon pourrait nommer monoxyde d hydrog ne pr sente de
125. e radon 22Rn p riode de 3 82 jours est un gaz radioactif naturel dont la source principale est le sol lui m me Sa d sint gration produit une particule Le radon est un descendant direct du radium lui m me provenant du thorium et plus en amont de l uranium 8U Dans les espaces faible renouvellement d air r serves caves grottes la concentration en radon peut atteindre des niveaux tr s importants et d passer les seuils de dangerosit sanitaire Le seuil d activit nucl aire jug alarmant est de 400 Bq m Rapport entre la MASSE de VAPEUR d eau contenue dans une certaine quantit d AIR HUMIDE et la masse dair sec avec laquelle elle est en m lange Le choix de rapporter la masse d eau la masse d air sec contenue dans le m lange vise faciliter les calculs En effet quelles que soient les transformations subies par une certaine quantit d air humide chauffage rafra chissement humidification d shumidifica tion la quantit d air sec impliqu e dans le m lange ne change jamais au contraire de la quantit de vapeur d eau Exprimer les GRANDEURS caract ristiques de l air humide par rapport la quantit d air sec facilite donc grandement les raisonnements et accessoirement les calculs Soit par exemple un certain VOLUME d air humide pr sentant une masse totale de 2 kg Supposons que ce m lange contienne une masse de vapeur d eau gale 20 g La masse d air sec est donc
126. e solution A ROSOL de gouttelettes d eau dans une masse d AIR HUMIDE satur e en contact avec le sol naturel Un tel a rosol est appel NUAGE s il est d tach de la surface du sol La formation de brouillard peut r sulter de diff rents ph nom nes m lange d air chaud et humide avec de Pair tr s froid CONDENSATION de la VAPEUR d eau au sein d une masse d air humide au contact d un sol froid etc C Ph nom ne d ascension d un LIQUIDE dans un tube tr s fin capillaire Il est d l existence d une TENSION SUPERFICIELLE du liquide en contact avec la paroi du tube capillaire La hauteur atteinte par un liquide dans un tube capillaire est proportionnelle la tension de surface de ce liquide et inversement proportionnelle au rayon du tube Ce beau r sultat a t tabli au XVII si cle par un m decin britannique James JURIN qui a laiss son nom la loi qu il a tablie o de Jurin La force F qui r sulte de la tension de surface quilibre le poids de la colonne d eau Avec de l eau et un tube de 2 mm de diam tre h est gal 29 mm M mento de physique appliqu e 13 M nisque CATALYSEUR Catalyst CHALEUR Heat PDP LEXIQUE Le w nisque courbure de la surface form au contact du liquide et de la paroi du tube et de celle du r cipient d pend la fois de la tension de surface du liquide et de l adh sion du liquide la surface du substrat L angle for
127. eau dans la matrice solide Ph nom ne de transfert de CHALEUR et de MASSE dans un FLUIDE Ce ph nom ne complexe r sulte de l action simultan e de deux M mento de physique appliqu e 22 COULEUR Color PDP LEXIQUE m canismes principaux la CONDUCTION dans le fluide qui r pond la oi de Fourier et un transport de chaleur par la mise en mouvement du fluide appel convection Imaginons un petit VOLUME de fluide une TEMP RATURE donn e mis au contact d une surface dont la temp rature est plus lev e Par conduction ce volume id al s chauffe Sa densit va donc diminuer Le fluide plus froid qui l environne exercera par cons quent sur lui une pouss e vers le haut principe d Archim de Le volume fluide va se d placer et c der la place un volume identique temp rature plus basse qui son tour s chauffera Et ainsi de suite L cart de temp rature entre la surface chaude et le fluide induira de la sorte une mise en mouvement du fluide caract ristique du transfert convectif Le m me raisonnement s applique lorsque la surface est plus froide que le fluide Le sens du transfert de chaleur est alors invers et le fluide subit un mouvement dirig vers le bas Lorsque le mouvement du fluide est d au seul effet de son chauffement localis on parle de convection naturelle Brise de mer Brise de terre DOC B Urgell Les ph nom nes de brise de mer et de brise de terre qui se manifestent
128. ectron ELEMEN Tino ninan AANE RA ARa 31 mulsifiant nes mulsion EMULSION emmener 32 Endothermique Changement d tat ENERGIE anna AAS 32 nergie chimique sssssssssssssssssesseeseen nergie potentielle NERGIE CIN TIQUE einen 33 NERGIE D ACTIVATION se 33 nergie d ionisation sssrin Mol cule nergie lectrique nn nergie potentielle nergie gravitationnelle nergie potentielle nergie nucl aire nergie potentielle NERGIE POTENTIELLE 33 nergie thermique Chaleur ENTHALPIE MASSIQUE 33 EN ROPIE nn ne E AD Abe 34 Enzyme Catalyseur QUATION aromates 34 QUATION D TAT 35 INDEX DES NOTIONS quation des gaz parfaits Gaz parfait QUILIBRE Moie ee E end con 35 1 DEI C EN EEE E E E EA T 35 Espace temps Espace TAT nn 36 VAPORATION 36 Exothermique Condensation Extn Mi sinistre Grandeur F FILTRATION esse 36 Filtration chimique ss Filtration Filtration physique sssri Filtration Fibre fins eia aa ERE Ea Filtration Filtre grossier Filtration Filtre HEPA Filtration Filtre ULPA Filtration Floculation Collo de SA ADN A D I PAAA EA E EAS EEE N 39 1 ai OD PTAA T E anni NAT ee 39 FIMK ClecITigMe oe a a A A EER Flux Flux lumineux Grandeurs photom triques Flux magnetigi osiossa nni a ai RE
129. elle Debye Forces de sesser Van der Waals Forces de D croissance radioactive ossos Radioactivit Degr de saturation Degr hygrom trique DEGR HYGROM TRIQUE 24 D rmnouillage Mouillabilit DER JR RE BAET RA Flux Densit particulaire normale Libre parcours moyen DESPA ON sine e Adsorption Diagramme de l air humide osses Diagramme psychrom trique Diagramme de phase Changement d tat DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE 24 DI LECTRIQUE ovocoreserecoresi 225 DIFFUSION 25 DILATATION 27 DIMENSION ie 27 DISPERSI N 55 en nee aures 28 Dissociation lectrolytique lectrolyte Dissociation ionique lectrolyte Domaine bypercritique sssr Changement d tat DYNAMIQUE 29 E EAU BULLITION chelle Celsins Les chelles thermom triques chelle Fahrenheit Les chelles thermom triques chelle Rankine Les chelles thermom triques chelle R aumur Les chelles thermom triques Eclairement lumineux Grandeurs photom triques conlement laminaire sssssssssss1ss11s121 Pression statique Efer de setres sacnnanniann Rayonnement thermique Efer Veniti enerne Pression statique Efficacit lumineuse Grandeurs photom triques Efficacit lumineuse relative spectrale Grandeurs photom triques LECIRONT nn n 31 ectrom t ore M t ore l
130. elle elle est observ e D autres substances telles que le verre ou la plupart des polym res se caract risent par un arrangement mol culaire d sordonn On les d signe par l appellation de solides aworphes La grande majorit de ces solides sont zsofrapes leurs propri t s ne d pendent pas de la direction selon laquelle elle est mesur e Il arrive cependant que des mat riaux complexes adoptent une structure macroscopique qui contredit les observations pr c dentes M mento de physique appliqu e 79 SOLIDIFICATION Freezing SOLUT Solute SOLUTION Solution PDP LEXIQUE Un bon exemple en est le bois Compos de polym res il devrait tre isotrope Ce n est pas du tout le cas Sa structure cellulaire orient e pr sente des propri t s thermo m caniques tr s anisotropiques Ph nom ne de CHANGEMENT D TAT d une substance passant de P tat liquide lP tat solide On dit galement cong lation Cette transformation est un processus exofhermique qui restitue la CHALEUR LATENTE emmagasin e par la substance lorsqu elle est pass e de l tat solide l tat liquide FUSION Se dit d une substance dissoute dans un SOLVANT pour former une SOLUTION Substance liquide form e d au moins deux corps chimiques m l s au niveau mol culaire le SOLVANT et le ou les SOLUT S dissous dans le solvant Si le solut n est pas totalement dissous mais subsiste sous forme d agr gats mol
131. entiques wonom re Le polym re se forme lors d une r action chimique appel e polym risation Les monom res sont le plus souvent des GAZ ou des LIQUIDES tandis que les polym res sont fr quemment des SOLIDES Des polym res peuvent r sulter de la combinaison de plusieurs monom res de nature diff rente On les nomme alors copolym res La cha ne macromol culaire d un polym re peut comporter plusieurs milliers voire millions de monom res L organisation spatiale des cha nes correspond des topologies tr s vari es On rencontre des architectures lin aires ramifi es en peigne en toile en chelle en r seaux divers etc Cette organisation correspond des structures mol culaires diverses amorphes amotphes orient es semi cristallines etc Propri t de certains MAT RIAUX de pr senter une structure lacunaire La porosit peut tre ouverte pores communicants ou ferm e pores ind pendants Dimension des pores o Nanopores r lt 0 01 um 10 nm o Micropores 0 01 ym lt r lt 1 um 1000 nm o M sopores 1 pm lt r lt 1000 um 1 mm o Macropores r gt 1 mm Ces donn es sont illustr es par le graphe suivant Dimension des pores p Mol cule d eau l Microporesi l l l Nanopores i l l l l 1 E 12 1 E 09 1 E 06 1 E 03 1 E 00 M mento de physique appliqu e 64 POTENTIEL HYDROG NE pH Petit rappel
132. er la radioactivit d un milieu donn en prenant en compte l ensemble des d sint grations des radionucl ides pr sents dans ce milieu on utilise la notion d acfivit nucl aire Elle se mesure en becquerel du nom d Antoine Henri BECQUEREL 1852 1908 le d couvreur de la radioactivit Cette unit correspond une d sint gration par seconde symbole Bq La plupart du temps cette grandeur ne peut tre que mesur e en pla ant dans le milieu consid r des appareils capables de d tecter les d sint grations qui se produisent Il serait fastidieux de citer tous les scientifiques qui ont apport leur contribution la compr hension de la radioactivit On ne peut cependant oublier les pr curseurs Outre Henri BECQUEREL d j cit rappelons les noms de Pierre CURIE 1859 1906 et de son pouse Marie Sklodowska CURIE 1867 1934 et aussi celui d Ernest RUTHERFORD 1871 1937 le p re de la physique nucl aire Du point de vue de la conservation la radioactivit ne pose gu re de probl me dans les difices abritant des collections patrimoniales Notons cependant qu on a d couvert que des fossiles de vert br s pouvaient receler des taux importants de radium Ra Certains objets ou documents notamment dans les collections scientifiques peuvent galement tre radioactifs Hormis ces rares cas le principal risque provient du radon et ce risque concerne le personnel des tablissements patrimoniaux L
133. es du SYST ME INTERNATIONAL D UNIT S SI Exprimer la dimension d une grandeur physique permet d expliciter sa relation avec les unit s fondamentales Cette op ration est appel e analyse dimensionnelle o analyse aux dimensions Le tableau suivant donne les quatre plus courantes M mento de physique appliqu e 2i DISPERSION Dispersion PDP LEXIQUE Grandeurs Dimensions Unit s SI Longueur L m tre m Masse M kilogramme kg Temps T seconde s Temp rature absolue kelvin K Prenons un premier exemple tr s simple le VOLUME est le produit de trois LONGUEURS Dans le formalisme de analyse dimensionnelle on crira qu un volume a pour dimension L3 La traduction de cette dimension dans le syst me SI est directe il suffit de remplacer le symbole de la dimension L par celui de Punit m Un volume s exprimera donc en m Autre exemple la vitesse est le rapport d une longueur et d un TEMPS L analyse dimensionnelle conduit donc l expression de la vitesse en LT Traduit en unit du syst me SI il vient imm diatement m s Certaines grandeurs sont exprim es dans des unit s auxquelles on a donn un nom particulier il s agit le plus souvent d un hommage un scientifique C est le cas de l NERGIE par exemple pour laquelle on utilise le joule J Pour commode qu il soit ce nom masque la g n alogie de cette grandeur L analyse dimensionnelle de nergie nous conduit
134. es gaz r els C est Johannes Diderik VAN DER WAALS 1837 1923 qui le premier conjectura l existence d interactions entre mol cules pour expliquer les diff rences observ es entre gaz r els et gaz parfaits Voil pourquoi il tait l gitime de nommer ces interactions du nom de ce physicien n erlandais qui re ut le prix Nobel en 1910 Ces forces de Van der Waals sont au nombre de trois Les forces de Keesom Deux mol cules polaires chlorure d hydrog ne HCI ac tone CH3COCH s attirent la mani re de deux aimants le p le positif de l une attirant le p le n gatif de Pautre Les forces de Debye Une mol cule polaire cr e autour d elle un CHAMP lectrique qui induit une polarit au sein des mol cules polaires ou non de son voisinage Entre la mol cule polaire et la mol cule subissant une polarit induite s exercent des forces d attraction semblables aux forces de Keesom Les forces de London Les forces d attraction d crites pr c demment supposaient que l une au moins des mol cules concern es tait polaire Or entre mol cules non polaires il s exerce galement une interaction de nature lectrostatique En effet l absence de polarit d une mol cule n est qu un effet de moyenne dans le temps chaque instant la distribution des charges lectriques dans lPespace n est pas homog ne et cr e par cons quent une polarit Deux mol cules voisines vont donc interagir
135. es tarifs applicables de l lectricit Il est donc n cessaire de choisir avec beaucoup de soin le niveau de filtration retenir en fonction des performances obtenir et d un co t d exploitation acceptable La filtration particulaire n est pas toujours suffisante Si lPenvironnement de l tablissement qui abrite la collection prot ger est fortement pollu c est presque toujours le cas en zone urbaine une filtration chimique doit tre envisag e Contrairement au cas de la filtration physique l efficacit de la filtration chimique a plut t tendance diminuer avec le degr de colmatage Elle est r alis e par l interposition d un filtre contenant une substance capable de retenir les polluants gazeux par ADSORPTION physisorbtion ou chimisorption La plupart des filtres chimiques contiennent du charbon actif qui agit par physisorption Ils peuvent aussi faire appel aux Z OLITHES Le charbon actif s obtient par carbonisation de mati res v g tales telle que notamment la noix de coco Un traitement compl mentaire appel activation est r alis Paide de vapeur d eau haute temp rature Il conf re au mat riau une tr s grande POROSIT conduisant une surface sp cifique sup rieure 1000 m g L adsorption du charbon actif est surtout efficace sur les polluants de MASSE MOLAIRE sup rieure 30 g mol et dont le point d bullition est sup rieur 60 C la pression atmosph rique I
136. esse de la lumi re c 2 99792458 108 m s dans le VIDE Cette formule permet d valuer la quantit ph nom nale d nergie que rec le la MATI RE La disparition d un seul milligramme de mati re induit la g n ration d une quantit d nergie gale 9 1010 J soit la possibilit th orique de chauffer plus de 200 tonnes d eau de 0 100 C MASSE d une mole de MATI RE La masse molaire est donc le produit de la masse de la particule de mati re consid r e et du nombre d Avogadro Si l entit consid r e est un atome sa masse molaire en g mol s exprime avec le m me nombre que sa wasse atomique relative Ainsi si on consid re PAIR SEC comme un GAZ homog ne on peut d finir sa masse molaire partir de celle de ses trois principaux composants e Pazote 78 My 28 g mol M mento de physique appliqu e 54 MASSE VOLUMIQUE kg m Specific mass MAT RIAU Material MATI RE Matter PDP LEXIQUE e Poxyg ne 21 Mo 32 g mol e Pargon 1 M4 39 9 g mol Un calcul simple de proportions nous donne la masse molaire de Pair M 28 96 g mol arrondi 29 g mol Rapport de la MASSE d une substance son VOLUME Il faut se souvenir que si la masse d une certaine QUANTIT DE MATI RE est invariable il men est pas de m me du volume qui m me pour un SOLIDE change avec la TEMP RATURE La masse volumique est donc une GRANDEUR variable L inverse est appel V
137. essus complexes d nomm s R ACTIONS l instar de la PHYSIQUE dont elle constitue une branche la chimie comporte de nombreuses sous disciplines dont les principales sont la biochimie chimie du vivant la chimie physique dite aussi chimie g n rale consacr e l tude de la structure de la mati re et des conditions fondamentales r gissant les r actions chimiques la chimie organique chimie des compos s du carbone la chimie min rale chimie des compos s de tous les autres l ments la herodynamique chimique tude des changes nerg tiques propres aux r actions chimiques Il importe de rappeler que la chimie repose sur une seule des quatre FORCES FONDAMENTALES connues dans lUnivers Pznteraction lectromagn tique Valeur moyenne sur une p riode suffisamment longue des param tres physiques qui caract risent l tat de ATMOSPH RE en un lieu donn Les principaux param tres caract risant le climat d un lieu sont les suivants TEMP RATURE et HUMIDIT de Pait M mento de physique appliqu e 18 CLIMATOLOGIE Climatology COH SION Cohesion COLLO DE Colloids PDP LEXIQUE ensoleillement pr cipitation n bulosit vitesse et direction du vent PRESSION ATMOSPH RIQUE Le sch ma suivant d apr s Hufty illustre la complexit des facteurs affectant la formation du climat d un lieu Circulation Circulation H atmosph rique atmosph rique G ographie
138. et tat si le corps re oit la plus infime quantit de chaleur il subira une augmentation finie de sa temp rature Le nombre d tats microscopiques possibles augmentera alors imm diatement ainsi que l entropie du syst me Appareil de mesure permettant de rep rer la TEMP RATURE d un milieu solide liquide ou gazeux Pour leur construction les thermom tres font appel des ph nom nes physiques extr mement vari s changement de couleur dilatation r sistance lectrique variable etc Il ne faut jamais oublier qu un thermom tre ne d livre une information que sur sa propre temp rature Tout l art de la mesure fhermom trie une branche de la M TROLOGIE consistera faire en sorte que le thermom tre soit dispos dans des conditions telles qu il soit en quilibre thermique avec le SYST ME dont on veut conna tre la temp rature et ceci en application du principe z ro de la THERMODYNAMIQUE On pourra alors consid rer que le dispositif de mesure indique une temp rature tr s proche sinon gale celle du syst me mesur Cependant d un point de vue dynamique on peut affirmer qu un thermom tre n indiquera jamais la temp rature r elle d un syst me physique si celle ci varie L erreur sera d autant plus grande que la constante de temps du thermom tre est grande en regard de la p riode des ph nom nes observ s On appelle constante de temps not e 7 d un instrument de mesure la dur e
139. eu consid r Le poids est une grandeur vectorielle parce qu il r sulte du produit d un scalaire avec une grandeur vectorielle C est donc la pesanteur qui conf re la force poids son orientation GRANDEUR vectorielle caract risant un certain type d interactions m caniques entre l ments d un SYST ME physique Appliquer une force un syst me revient lui communiquer une acc l ration Un moteur de fus e exerce une pouss e qui conf re ladite fus e une acc l ration suffisante pour l arracher l attraction terrestre Cette M mento de physique appliqu e 39 FORCES FONDAMENTALES Fundamental interactions PDP LEXIQUE m me attraction terrestre exerce un CHAMP de PESANTEUR communiquant tous les corps qui y sont plong s une acc l ration Au reste l intensit de la force est gale au produit de la masse du syst me consid r par l acc l ration qu il a re ue Dans le sysz mme d unit s SI une force se mesure donc en kg m s La force est une notion tr s importante en physique Aussi lui a t on donn un nom particulier le newton not N On a donc la relation de d finition 1N 1kg m s Le nom de cette unit est un hommage Isaac NEWTON 1643 1727 le g nial physicien anglais dont Pouvrage le plus c l bre publi en 1687 Philosophi naturalis principia mathematica demeure un monument de la pens e scientifique Pour les curieux il faut signaler que ouvrage a
140. fectant il est aussi tr s toxique Pourtant associ es sous forme de chlorure de sodium ces deux substances deviennent non seulement stables et inoffensives mais aussi tr s b n fique Le chlorure de sodium a longtemps t indispensable pour la conservation des aliments On a galement d couvert qu il jouait un r le fondamental dans l quilibre ionique cellulaire des organismes vivants Propri t de surface d un SOLIDE vis vis d un LIQUIDE Le ph nom ne d talement d un liquide sur une surface est appel mouillage En g n ral un mat riau HYDROPHILE sera mouillable tandis qu un mat riau HYDROPHOBE ne le sera pas La rugosit de la surface joue un r le non n gligeable Sur un substrat hydrophile une surface rugueuse entra nera une plus forte mouillabilit Au contraire sur un M mento de physique appliqu e 57 MOUVEMENT BROWNIEN Brownian motion Albert Einstein 1879 1955 en 1912 DR PDP LEXIQUE substrat hydrophobe une rugosit accrue se traduira par une hydrophobie plus grande La mouillabilit d une surface peut tre augment e ou diminu e par un traitement appropri consistant d poser sur la surface concern e un film mol culaire appropri La mouillabilit d une surface hydrophile peut tre consid rablement r duite par la d position de T flon polyt trafluoro thyl ne PTFE L op ration inverse est r alis e par le greffage de groupes hydrophiles
141. gh Efficiency Particulate Air cinq classes H10 H14 en fonction de leur efficacit de r tention des particules les plus difficiles stopper dont la dimension nomm e MPPS Most M mento de physique appliqu e 37 PDP LEXIQUE Penetrating Particule Size est comprise selon les filtres et les vitesses d air entre 0 1 et 0 2 um Filtres ULPA Ultra Low Penetration Air trois classes U15 U17 Le crit re de classement est le m me que celui utilis pour les filtres HEPA Un filtre U17 pr sente une efficacit minimale de 99 999995 Ceci correspond un coefficient d puration 1000 fois plus grand que celui d un filtre HEPA H14 Ces filtres aux performances exceptionnelles sont r serv s aux applications tr s exigeantes fabrication de produits st riles ou de micro processeurs laboratoire de recherche sur les bio contaminations etc Certes les performances des filtres particulaires augmentent avec le degr de colmatage mais le co t d exploitation s accro t galement dans les m mes proportions Ainsi un filtre F9 filtrant un d bit d air d un m tre cube par seconde sa perte de charge nominale 450 Pa impose une puissance suppl mentaire de 750 W au ventilateur qui pulse Pair dans les conduits Un filtre qui fonctionnerait toute l ann e sa perte de charge nominale serait responsable lui seul d une consommation lectrique de 6 570 kWh soit une d pense de 400 700 selon l
142. hysique La longueur est Pune des sept GRANDEURS fondamentales du sys me SI Elle s exprime en m tre Cette grandeur caract rise l tendue spatiale d un syst me dans une seule direction de l espace Elle peut prendre le sens de distance pour mesurer l loignement relatif de deux points Les surfaces exprim es en m et les volumes exprim s en m sont des grandeurs d riv es de la longueur Par combinaison de deux longueurs la surface exprime la taille d un syst me dans un espace deux dimensions Le volume caract rise la taille d un syst me physique dans un espace trois dimensions Sa dimension est celle du produit de trois longueurs Longueurs surfaces et volumes sont des grandeurs extensives Au sens strict RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE perceptible par l il humain dont le SPECTRE est compris entre 380 et 780 nm rayonnement visible De tr s nombreux ph nom nes physiques ou chimiques peuvent tre l origine de la production de lumi re L ncandescence est sans doute le plus commun Toute substance qui n est pas au z ro absolu met un rayonnement lectromagn tique dont la ongueur d onde est une fonction de sa TEMP RATURE Quand la temp rature du corps est suffisamment lev e sup rieure 500 C le rayonnement induit se rapproche du spectre visible Un filament m tallique tungst ne plac dans une ampoule en verre o r gne un vide suffisant et travers par un courant le
143. hysique appliqu e 5 ABSORPTION Absorption ACIDE Acid PDP LEXIQUE A Ph nom ne de p n tration et de r tention d un FLUIDE dans un MAT RIAU par les seules forces de CAPILLARIT Une ponge mouill e est un bon exemple de manifestation de ce ph nom ne ne pas confondre avec ADSORPTION Le terme d absorption est galement utilis par les acousticiens quand ils voquent l att nuation d un son provoqu e par l interaction d une ONDE sonore avec la MATI RE Cette att nuation correspond alors un transfert d NERGIE entre l onde sonore et la substance absorbante qui en g n ral s chauffe tr s faiblement On parle galement d absorption lors de linteraction d un RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE avec la mati re Soumis un rayonnement une substance peut le r fl chir le transmettre et ou Pabsorber Le rapport de la PUISSANCE absorb e du rayonnement la puissance re ue est d nomm e absorptivit On le note De m me on note t la ansmissivit o rapport de la puissance transmise la puissance re ue et la r fkctivit ou rapport de la puissance r fl chie la puissance re ue Un rayonnement ne pouvant tre que r fl chi transmis et ou absorb on a la relation vidente a tr op l Il est important de noter que ces propri t s d absorptivit de transmissivit et de r flectivit d un mat riau donn d pendent de la longueur d onde du r
144. icale de cette vitesse est au M mento de physique appliqu e 19 COMPOS ORGANIQUE Organic compound PDP LEXIQUE moins gale la vitesse de s dimentation les particules demeurent en suspension On appelle mite colloidale le rayon des particules correspondant l quilibre des vitesses indiqu es plus haut Dans l eau cette limite est de l ordre de 1 um Dans la plupart des cas les collo des ont une charge lectrique de surface La r pulsion lectrostatique qui s exerce entre particules de charge identique emp che alors la foculation La floculation est un ph nom ne physico chimique au cours duquel les mati res en suspension s agr gent en flocons La solution perd alors sa stabilit et les particules initialement en suspension s dimentent Deux particules charg es en interaction lectrostatique dans de l eau Pour viter cette floculation lorsqu elle est ind sirable les chimistes ont mis au point des techniques sp cifiques consistant notamment permettre l adsorption de mol cules tensioactives la surface des particules en solution Un bon exemple est offert par l encre de Chine constitu e de particules de noir de carbone dispers es dans de l eau et stabilis es par un POLYM RE hydrosoluble la gomme laque Substance contenant au moins un atome de carbone De fait quelques compos s simples du carbone ne sont pas consid r s comme des compos s organiques c est le cas
145. ides qui conduisent Putiliser pour d sinfecter des fluides comme Pair ou l eau Cependant il s av re tr s toxique pour l homme et dangereux pour de nombreux mat riaux constitutifs des collections patrimoniales Il affadit les teintures attaque les mat riaux photographiques et les m taux sauf M mento de physique appliqu e 60 P RIODIQUE Periodic PERMANENT Steady state PERM ABILIT Permeability PESANTEUR Gravity PDP LEXIQUE Por et le platine endommage les documents graphiques affaiblit le caoutchouc Tant qu il demeure dans la szratosph re o il est produit par action du RAYONNEMENT solaire w fraviolet UV sur les mol cules d oxyg ne il forme alors un cran protecteur pour les organismes vivants de la Terre contre les rayonnements UV de longueur d onde inf rieure 290 nm c est dire les plus nocifs En revanche dans ATMOSPH RE il redevient nuisible Il est alors le r sultat d une interaction avec le dioxyde d azote NO2 produit par la pollution automobile Les UV de longueur d onde sup rieure 290 nm qui n ont pas t stopp s par la couche d ozone stratosph rique vont dissocier les mol cules de dioxyde d azote Un atome d oxyg ne lib r va se combiner une mol cule d oxyg ne pour former de lozone L ozone peut aussi r sulter de fortes d charges lectriques dans Pair Ceci explique que certaines imprimantes laser soient de dangereux g n ra
146. ini et close de telle sorte qu aucune mol cule de gaz ne puisse entrer ou sortir imposer une temp rature au gaz revient fixer sa pression Inversement modifier sa pression induira un changement de temp rature parfaitement pr visible Au contraire des SOLIDES qui ne le sont jamais et des LIQUIDES qui le sont parfois les GAZ sont toujours totalement miscibles M me en Pabsence de mouvement a raulique un gaz introduit en un point d une enceinte contenant d j un ou plusieurs gaz va progressivement se disperser dans lenceinte par l effet de l agitation thermique M mento de physique appliqu e 41 GAZ PARFAIT Ideal gas PDP LEXIQUE d sordonn e des mol cules m me si sa MASSE VOLUMIQUE la temp rature et la pression de l enceinte est plus lev e que celle du ou des gaz d j pr sents Ce ph nom ne de DIFFUSION est irr versible au sens de la THERMODYNAMIQUE Au bout d un certain temps toutes les substances gazeuses sont intimement m lang es et chacune exerce sa contribution dite PRESSION PARTIELLE dans la PRESSION TOTALE exerc e par le m lange On appelle LIBRE PARCOURS MOYEN d une mol cule de gaz la distance qu elle parcourt entre deux chocs Elle d pend de la taille des mol cules et de la densit particulaire dans le volume consid r Lorsqu un gaz est proche de son tat de liqu faction il est souvent d sign par le terme de VAPEUR C est notamment le cas pour la vapeur d ea
147. intensit du champ lectrique apr s introduction du di lectrique dans ce champ Par d finition la permittivit relative du vide est gale 1 Par comparaison celle de l eau pure vaut 81 Pour la plupart des polym res elle est comprise entre 2 et 5 Des essais ont montr que les propri t s di lectriques particuli res de Peau pouvaient tre mises profit pour d truire des micro organismes par effet thermique l aide d un g n rateur de micro ondes De plus lP chauffement s lectif par irradiation des mol cules d eau libre dans les mat riaux permet l vaporation de l eau impr gnant un objet sans que l on soit oblig de le chauffer favorisant ainsi son ass chement Ces m mes propri t s di lectriques de l eau sont la base de nouvelles techniques comme la r flectom trie dans le domaine temporel nomm e TDR d apr s l anglais we domain reflectometr pour la d tection des taux d humidit dans les mat riaux poreux Ph nom ne de transport d une substance dans une autre dont le moteur est le mouvement d sordonn MOUVEMENT BROWNIEN des MOL CULES Ce ph nom ne se manifeste dans les SOLIDES les LIQUIDES et les GAZ o existe initialement un GRADIENT de concentration La diffusion s exerce une chelle soit mol culaire soit M mento de physique appliqu e 25 PDP LEXIQUE particulaire agr gat de mol cules Il est d autant plus important que le mouvement relatif
148. ire consid r aux CONDITIONS NORMALES soit 22 4136 10 53 m mol La densit particulaire M mento de physique appliqu e 51 LIQU FACTION Condensation Liquefaction LIQUIDE Liquid PDP LEXIQUE normale vaut donc 2 6868 1025 m gt Libre parcours moyen d une mol cule 10000 el 1000 ECC 100 Libre parcours moyen 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Diam tre de la mol cule Comme la densit particulaire est proportionnelle la pression il s en suit que le libre parcours moyen est inversement proportionnel la pression mais proportionnel la temp rature En appliquant la b orie cin tique des gaz on peut calculer le libre parcours moyen en fonction du diam tre mol culaire comme le montre le graphe pr c dent Ces distances peuvent para tre tr s faibles Il faut les rapprocher de la taille des mol cules Calculons le rapport 1 0 pour une mol cule de taille 3 diam tre approximatif d une mol cule d eau Il vaut environ 330 En d autres termes la mol cule va parcourir en moyenne 330 fois son diam tre avant de percuter une autre mol cule Si la mol cule avait la taille d une boule de billard il faudrait qu elle parcoure en moyenne 15 m en ligne droite avant de percuter une autre boule CHANGEMENT D TAT d une substance gazeuse passant l tat LIQUIDE Le terme de CONDENSATION est parfois utilis pour d crire ce ph nom n
149. ity 48 Hy Stereos i Sereia E ERER 49 I Tda ligaren a a TE 42 PDP M mento de physique appliqu e 117 Mass enthalpy Mean free path XLR TAC LOL Partial pressure Psychrometric chart INDEX DES TRADUCTIONS R Radars nine ie Rien nine 71 Radiant temperature ss 85 R dTat Lois santa 74 RAGTOACELVTEV naaa EE 71 Relative h umMid TE Vitesse 45 Satura t TOM iara a e EEEE then 78 Saturation Pressure sssrsssnesnnennennann 67 S nsThle heat nr an con 15 Simulation Te SOL 79 Solid 79 Solute 80 Solution 80 Solvent 81 SPACE sait 5 25 Specificheat T5 Specific humidity 46 Specific mass 55 Specific volume 92 SP CCLUMxs sn Mn enr Mal nn ni rite del 81 Standard temperature and pressure21 SALE E E E ne ins msn oNetnteniirns 36 SAL E nn Ar NRA nn tient Lies 77 SEA LC Pressure aa A 69 SEC AY ER E EAEE 81 Steady SEALE EEEE E SAE 61 SL TAd LAN dns 82 S plimat ioen nenu r a anni 82 Surface tensiONriurensrsnonann ninan na 86 SYST ME nn E A E R i 82 T Temperat besor E EEA 84 Thermal radiation 15 Thermodynamics 281 Thermometer 88 T ME sesrneemmenense 86 Total pressure 69 Transient state reran 89 U UM Ee enn aa R e a a a 89 Unst adys apoun ee ERRAR E 91 Unsteady statiner oinin E i 29 V VaCUU Msn Van der Waals forces VAapPOF sn Vaporisation x VLSCOSLEV aient M mento de physique appliqu e 118 INDEX DES TRADUCTIONS
150. l est possible d impr gner le charbon actif avec des substances iodure de potassium hydroxyde de sodium etc qui agissent par chimisorption pour conf rer au m dium filtrant une plus grande efficacit La capacit d adsorption d un filtre chimique s exprime en pourcentage de la masse du charbon sec utilis Ainsi la plupart des odeurs qui sont dues des mol cules organiques sont adsorb es des taux compris entre 20 et 40 Ce qui signifie qu un kilogramme de charbon actif est en mesure d adsorber entre 200 et 400 g des M mento de physique appliqu e 38 FLUIDE Fluid FLUX Flux FONCTION Function FORCE Force PDP LEXIQUE mol cules responsables de Podeur Pour viter son colmatage rapide un filtre chimique doit tre prot g en amont par une unit de filtration particulaire tr s efficace Terme g n rique d signant les LIQUIDES et les GAZ Dans un fluide les forces de COH SION sont moindres que dans un SOLIDE Le fluide peut donc adopter la forme du r cipient qui le contient Terme g n rique d signant un coulement Selon le domaine auquel le terme se rapporte il peut prendre un sens plus pr cis Ainsi un fux thermique repr sente un transfert de chaleur dans l unit de temps Il a donc la dimension d une puissance et s exprimera donc en joule par seconde Le joule par seconde a t baptis d un nom particulier le watt W Si l on veut de plus rapporter un flux
151. le m me nombre de protons que l l ment de r f rence mais un nombre ses y 14 pu diff rent de neutrons Ainsi C on prononce carbone 14 d signe un important isotope du carbone C utilis dans une m thode de datation des objets arch ologiques Un peu plus de 90 corps simples ont t d couverts Ils sont nomm s l ments Il est frappant de r aliser que l Univers dans sa totalit n est compos que de moins d une centaine de substances l mentaires Ces l ments sont r pertori s dans un tableau connu sous le nom de tableau p riodique des l ments o table de Mendeleiev du nom du g nial chimiste russe Dmitri Ivanovitch MENDELE EV qui a tablie Une trentaine d autres corps ont t cr s artificiellement mais les noyaux de ces corps sont instables et se d sint grent rapidement sous leffet d un ph nom ne nomm RADIOACTIVIT On les appelle ansuraniens car leur nombre atomique est sup rieur celui de l uranium Z 92 Une caract ristique importante de chaque l ment est sa masse atomique relative dont l unit s crit avec le symbole u On pose par ailleurs la conversion u 1 66054 10 7 kg En 1960 les physiciens s accord rent pour attribuer la valeur 12u exactement la masse atomique relative de lisotope 12 du carbone t C Mais les l ments naturels ne sont pas tous constitu s d un m me isotope Ainsi l oxyg ne naturel est un m lange de 16O 1
152. licitations Quelques ann es plus tard en 1929 il re ut le prix Nobel pour cette d couverte th orique que toutes les exp riences ult rieures v rifi rent Radiation Quelques ann es plus t t Max PLANCK avait lui aussi fait uvre de g nial pionnier en proposant l une des plus belles id es scientifiques du XX si cle Le physicien allemand prix Nobel en 1918 comprit que si la mati re est discontinue les forces le sont aussi On devait donc les quantifier autrement dit faire intervenir une constante quivalente un quantum minimal d action Baptis e constante de Planck et not e b ce quantum minimal vaut 6 62607 10 J s Sa DIMENSION est le produit d une NERGIE et d un TEMPS Albert EINSTEIN fut lun des premiers entrevoir l aspect r volutionnaire de cette d couverte Appliquant le principe de quantification au rayonnement lectromagn tique il proposa cette tr s belle quation reliant l nergie et la fr quence d une onde E h Max Planck DR qui indique que E l nergie associ e une onde exprim e en joule est le produit de la constante de Planck et de v la fr quence de Ponde dont la dimension est l inverse d un temps On sait par ailleurs qu il existe une relation fondamentale entre la longueur d onde la fr quence et la vitesse d une onde c r dans laquelle est la vitesse de Ponde dans le VIDE cette vitesse est celle de la LUMI RE soit 299 792 458
153. lus probable n est pas celui l Il correspond plut t la situation o toutes les mol cules sont quir parties dans le volume total du r cipient Le d sordre est alors maximal ainsi que l entropie Le grand physicien autrichien Ludwig BOLTZMANN 1844 1906 a d couvert en 1877 la loi qui porte son nom et qui permet de relier lPentropie au nombre d tats microscopiques que peut adopter un syst me physique Elle s crit tr s simplement S k ln Q dans laquelle In est le symbole des logarithmes n p riens et est la constante de Boltzmann ky 1 38065 10 2 J K C est cette m me constante qui intervient dans le calcul de R la constante des GAZ PARFAITS Comme la loi de Boltzmann permet de le v rifier plus il y a de mol cules plus le nombre de configurations microscopiques qu elles peuvent adopter est grand et donc plus l entropie s l ve La notion d entropie est au c ur du deuxi me et du troisi me principes de la THERMODYNAMIQUE D courag par les hommes de son poque Ludwig Boltzmann s est donn la mort en 1906 l heure o ses d couvertes commen aient bouleverser la physique La belle et f conde formule qu il a propos e est aujourd hui grav e sur sa tombe au cimeti re central de Vienne Relation math matique attribuant une valeur une variable par le biais d une galit comme lindique l tymologie du latin quatio galit La valeur a
154. m par le liquide et la paroi d pend de la capacit du liquide mouiller son r cipient MOUILLABILIT Lorsque la tension de surface l emporte sur les forces d adh sion la paroi le m nisque est convexe cas le plus courant pour les liquides Dans le cas inverse le m nisque est concave cas notamment du mercure La capillarit joue un r le consid rable dans l humidification des sols partir d une nappe phr atique L ascension de cette humidit peut se poursuivre dans les murs d une construction en entra nant des sels dissous La cristallisation ult rieure de ces sels peut provoquer d importants d sordres dans les mat riaux poreux Substance favorisant une R ACTION CHIMIQUE sans subir elle m me de transformation permanente Le catalyseur n appara t donc pas dans lP quation de la r action ni du c t des r actifs ni du c t des produits Son r le est principalement de r duire l nergie d activation n cessaire la r action La r action peut donc d marrer plus basse temp rature et se d rouler plus rapidement Un catalyseur est dit homog ne lorsqu il se trouve dans un TAT identique celui des r actifs solide liquide ou gaz se combine avec eux dans un premier temps de la r action puis est r g n r dans un second temps de telle sorte qu il n apparaisse pas dans le bilan de la r action Un catalyseur est dit h f rog ne quand il est dans un tat diff ren
155. mbreux ph nom nes li s au comportement thermo hygrom trique des b timents en g n ral et des difices patrimoniaux en particulier Il est tout aussi exact que les m canismes qui compromettent la conservation des collections et autres biens culturels ne sont pas toujours faciles comprendre cet gard ce lexique qui offre un choix limit de termes ou expressions utiles sinon indispensables constitue un effort de clarification de notions souvent d licates et dont les d finitions m ritent d tre rappel es Le sens donn aux termes du lexique peut diff rer parfois sensiblement des acceptions communes Ainsi une hauteur est ici d finie comme un angle une fronti re comme les limites d un syst me physique etc Par ailleurs le lexique s emploie d noncer quelques fr quentes et graves confusions celle entre masse et poids ou encore entre force puissance et nergie Ne figurent dans ce lexique que de rares formules math matiques retenues pour leur beaut ou leur importance dans l histoire de la physique Elles ne devraient pas constituer un obstacle majeur pour les lecteurs curieux et attentifs Les termes en PETITES CAPITALES GRASSES utilis s dans les d finitions renvoient des entr es du lexique Ceux en caract res italiques constituent des corr lats comment s dans le texte m me de la d finition ou bien dans une autre entr e qu il est ais
156. ment les deux visages de la r alit unique formant notre univers La mati re pourrait donc tre vue comme une forme condens e de l nergie La mati re poss de de nombreuses propri t s que la PHYSIQUE et la CHIMIE se sont donn pour objectif d tudier Une des GRANDEURS de base d une certaine quantit de mati re est sa masse exprim e en kilogramme On peut galement exprimer la QUANTIT DE MATI RE en mole unit de base du Sysz me ST symbole mol ce qui revient d nombrer les entit s l mentaires ATOMES MOL CULES IONS etc M mento de physique appliqu e 55 M T ORE Meteorological phenomenon M T OROLOGIE Meteorology M TROLOGIE Metrology PDP LEXIQUE constituant le SYST ME mat riel consid r Du gr wetebros lev dans les airs Tout ph nom ne se manifestant dans l atmosph re Dans le sens courant ph nom ne lumineux induit par la p n tration dans l atmosph re de corps solides provenant de Pespace Ces corps ou fragments de corps sont nomm s m t orites conduisant les vapeurs par l air j examinerai d o viennent les vents Et les faisant assembler en quelques endroits je d crirai la nature des nues Et faisant dissoudre ces nues je dirai ce qui cause la pluie la gr le et la neige je n oublierai pas aussi les temp tes le tonnerre la foudre et les divers feux qui s allument en l air ou les lumi res qui s y voient Ainsi s
157. n cessaire pour que ledit instrument d tecte 63 2 d un changement brutal du param tre mesur Certains fabricants d appareils de mesure donnent le temps de r ponse 50 de la variation totale d autres 99 Il convient donc d tudier les fiches techniques d crivant les instruments avec beaucoup d attention En 1606 Galil e construit son premier hermoscope premier appareil de l histoire mesurer la temp rature Lue dans une grande encyclop die en ligne sur Internet cette phrase ne contient pas moins de trois erreurs La plus vidente est qu un thermoscope comme son nom Pindique ne mesure pas la temp rature mais permet seulement d observer ses variations Quel en est le principe D crivons le dispositif le plus simple Un ballon plein d air et ferm par un tube plongeant dans un r cipient plein d eau Quand la temp rature de Pair dans le ballon augmente son volume s accroit galement et le niveau de l eau dans le tube s abaisse l inverse quand la temp rature du ballon sup rieur s abaisse le niveau de l eau dans le tube augmente La deuxi me erreur consiste attribuer le thermoscope au g nie de Pise Galileo GALILEI dit GALIL E 1564 1642 L innovation de GALILEI fut de remplacer l eau par de lalcool De fait le thermoscope tait connu des savants grecs Ceux imagin s par PHILON de Byzance 11 si cle avant notre re et H RON l Ancien If si cle de notre re nous
158. n agitation mol culaire Il y aura donc l vation de temp rature du corps r cepteur Le rayonnement mis par un corps est po ychromatique tymologiquement cela signifie que le rayonnement met plusieurs couleurs en l occurrence il s agit de plusieurs longueurs d onde formant un SPECTRE caract ristique la fin du si cle dernier le physicien allemand Wilhelm WIEN prix Nobel en 1911 a d couvert un fait capital la longueur d onde du maximum d mission d un rayonnement tait d autant plus faible que la temp rature du corps metteur tait lev e Ainsi le Soleil dont le rayonnement correspond un corps port 6 000 K pr sente un pic d mission vers une longueur d onde de 0 5 um Cette longueur d onde est comprise dans la plage du spectre du rayonnement visible Un SOLIDE dont la temp rature est de 20 C rayonne lui aussi mais la longueur d onde maximale du spectre mis est de 10 um Cette longueur d onde correspond la plage de l sfrarouge non perceptible par l il humain Le graphe suivant montre la relation entre la temp rature d un corps et le spectre du rayonnement lectromagn tique qu il met Ce graphe illustre parfaitement la o5 de Wien sur le d placement du maximum du spectre rayonn en fonction de la temp rature Une substance dont la temp rature est de 50 C met un spectre lectromagn tique dont le maximum se situe vers 13 um On observera que le rayonnement thermique
159. naturels sosser Nombre Nornbres entiers relatifs gt Nombre Nombres rationnels Nombre Nombres r els Nombre Noyaux de condensation ss A rosol NUAGE eccnegonecinerancaon e ea i 59 Nucl ide gt Atome Nucl on Atome Num ro atomique ns Atome O ONDE Mn nn nn ne nes te nt eines 59 Onde lectromagn tique ss Onde Onde matinelle sine Onde OZONE A nn name AE T se 60 P P riodes assassins nant ninS nn Onde P riode radioactive sossssssssssossssosseseesesesesesen Radioactivit P RIODIQUE merren in nn EN 61 PDP M mento de physique appliqu e 114 PERMANEN Diaea aR EREC REER RER 61 P RM ABIL T voorin 61 Permittivit relative sssesssssserssesersrserersrsesessee Di lectrique PESANTEUR sannutnnnnnnnnnnenniisnases 61 pH gt Potentiel hydrog ne PHASE seirce nn 62 Phase continue sessssssssssessssesessesesessesisessesesessesesees Collo de Phaseidisper tenne en Collo de Phosphirestenit rierren ee A R Lumi re Phorom t ore ns is in lininnienn in M t ore Photom trie Grandeurs photom triques Photon Rayonnement lectromagn tique PHYSIQUE nanas desde 62 Physisorption ss Adsorption Planck Constante de Rayonnement lectromagn tique Plasman A nn RR tat POIDS En A tr le ses 63 Point ringue siirsin Changement d tat Pont blesse
160. ne surface et dans une certaine direction Est gale au quotient de l intensit du rayonnement dans la direction consid r e par l l ment de surface consid r Unit SI Lumen mot latin signifiant lumi re Flux lumineux envoy par une source isotrope d intensit une candela l int rieur d un angle solide de un st radian 1lm 1 cd sr Quotient du flux lumineux par Paire de la surface r ceptrice 1 lx 1 Im m Caract rise une source lectrique Rapport du flux lumineux produit par la puissance lectrique absorb e Comme le montre ce tableau une hi rarchie existe entre ces grandeurs photom triques et donc entre les unit s correspondantes Le sch ma suivant explicite ces relations PDP Grandeur Nom de l unit gt Symbole de l unit Intensit candela cd Luminance cd m clairement Efficacit lux Im m2 Im W M mento de physique appliqu e 105 GRANDEURS ET UNIT S PHOTOM TRIQUES Dans la d finition de la candela on notera que le rayonnement monochromatique la fr quence de 540 1012 hertz correspond la sensibilit maximale de l il Il est plus fr quent de d signer un rayonnement par sa longueur d onde La longueur d onde est donn e par la relation suivante f dans laquelle f est la fr quence du rayonnement et la c l rit de la lumi re 299 792 458 m s Dans le cas pr sent on trouve 1 555 nm
161. nfirmant la saturation Si la temp rature augmente et sil subsiste suffisamment d eau dans le r cipient le processus d vaporation se poursuivra jusqu de nouveau obtenir la saturation de l ambiance F Action de filtrer Filtrer consiste purer un FLUIDE en le d barrassant soit de particules en suspension f fration physique soit dans le cas de la filtration des gaz de mol cules consid r es comme des polluants f ration chimique Les effets nocifs des polluants physiques chimiques et biologiques de Pair sur les collections tant av r s une strat gie de pr vention doit imp rativement prendre en compte la question de la filtration Le graphique suivant donne l ordre de grandeur des dimensions de M mento de physique appliqu e 36 PDP LEXIQUE quelques particules qu il est possible de rencontrer dans Pair A ROSOL Sur ce m me graphe nous avons report une chelle simplifi e du SPECTRE du RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE Nous avons galement indiqu les limites de la vision humaine pouvoir s parateur voisin de 40 pm ainsi que les limites de la microscopie optique aux environs de 0 4 um Afin de donner ce graphique une chelle plus visuelle sont figur s symboliquement une mol cule d eau environ 0 0003 um une bact rie Escherichia coli environ 1 um et un cheveu diam tre d environ 70 ym Filtrer physiquement Pair va consister interposer sur le circuit impos
162. ns La mati re se pr sente alors comme un gaz de particules ionis es le plasma 99 de la mati re existant dans l univers est l tat de plasma Le plasma peut tre utile pour la conservation des objets patrimoniaux des tests approfondis de d chloruration d objets ferreux par plasma d hydrog ne ont t r alis s par le Laboratoire d arch ologie des m taux de Jarville un instant donn l tat d un corps peut tre caract ris par une quation dite QUATION D TAT L organisation de la mati re dans certains corps peut prendre des formes beaucoup plus complexes appel es tats w somorphes r unissant certaines propri t s des solides et des liquides comme par exemple dans le cas des cristaux liquides Ph nom ne de VAPORISATION lente au dessus d une surface liquide ou humide Deux milieux hygroscopiques dont les tats hydriques respectifs diff rent changent de la VAPEUR D EAU jusqu ce qu un QUILIBRE s tablisse entre eux Ainsi dans une enceinte close qui peut tre au d part vide de tout gaz et dont la TEMP RATURE est fixe un r cipient ouvert contenant par exemple de l eau va fournir de la vapeur l ambiance jusqu ce que la PRESSION PARTIELLE de vapeur au dessus du liquide soit gale la PRESSION DE VAPEUR SATURANTE correspondant la temp rature de l ambiance Si l on mesure l humidit relative dans une telle enceinte close on obtiendra une valeur de 100 co
163. nt e CAMUFFO D Microclimate for Cultural Heritage Elsevier Amsterdam 1998 L un des rares ouvrages scientifiques centr s sur les questions de conservation des biens patrimoniaux On peut d plorer que Pauteur n utilise pas syst matiquement le syst me unit s SI Ce choix curieux contraint le lecteur quelques conversions fastidieuses Pour amateur confirm de formules math matiques CASSAR M Environmental Management Guidelines for Museums and Galleries Routledge London 1995 Dans cet ouvrage May Cassar s int resse moins aux questions th oriques qu aux aspects pratiques de la gestion environnementale appliqu e aux tablissements patrimoniaux GENNES P G DE BROCHARD WYART F QU R D Gouttes bulles perles et ondes Belin Paris 2002 Cet ouvrage scientifique marqu par le talent p dagogique de Pierre Gilles de Gennes prix Nobel de physique 1991 va sans doute devenir un classique pour tous les ph nom nes relatifs aux interfaces capillarit mouillage d mouillage etc GIVONI B L homme l architecture et le climat ditions du Moniteur Paris 1978 Architecte et docteur en m decine B Givoni a labor un ouvrage tr s complet o l analyse d taill e du comportement de l homme dans des espaces climat contr l voisine avec une pr sentation tr s compl te de la thermo hygrom trie des b timents HARKNESS E L MEHTA M L Solar radiation
164. nt solaire avait t pi g par le local avec la complicit du verre et de sa propri t de transparence s lective L illustration qui suit montre lutilisation possible du rayonnement infrarouge en d tectant de l g res diff rences de temp ratures de surfaces il devient possible de conna tre la composition d une paroi opaque En effet si la paroi est constitu e de MAT RIAUX h t rog nes le transfert d nergie travers celle ci induit des carts de la temp rature superficielle carts faibles mais mesurables L illustration correspond un fragment de la voussure d un plafond supportant une peinture On distingue parfaitement les membrures en bois qui supportent la couche de pl tre peint ainsi que des d fauts d ISOLATION thermique de ce plafond Les taches rouges d allure horizontale correspondent des tubes fluorescents dispos s sur une corniche M mento de physique appliqu e 76 R ACTION CHIMIQUE Chemical reaction R GIME State R GULATION Control PDP LEXIQUE 25 8 25 Image infrarouge en fausses couleurs d une voussure peinte montrant les variations des 24 temp ratures de surface 23 22 1 Processus de transformation de la MATI RE entra nant une modification des substances originelles Si Pon dissout du sel dans de Peau une transformation de la mati re se produit mais elle est de nature physique L VAPORATION de l eau permet de retrouver le sel d
165. on des produits Par ailleurs on peut syst matiquement v rifier que la vitesse des r actions chimiques augmente lorsque la temp rature s accro t Svante ARRHENIUS 1859 1927 prix Nobel de Chimie en 1903 a su synth tiser ces observations et proposer une Hi qui d sormais porte son nom Elle permet de d terminer un taux d accroissement relatif de la cin tique d une r action chimique en fonction de l nergie d activation requise par les substances en pr sence et de la temp rature laquelle se produit la r action L application de cette loi d allure exponentielle montre qu en moyenne un accroissement de 10 C de la temp rature double la cin tique r actionnelle l inverse une diminution de 10 C la divise par deux On voit toutes les cons quences qu on peut tirer de ces faits pour la conservation des collections Mesure de l NERGIE stock e dans un SYST ME en fonction de sa position de sa forme et ou de son TAT Cette d finition large inclut l nergie gravitationnelle V nergie lectrique V nergie chimique et V nergie nucl aire Les oscillations d un ressort constituent un bonne illustration d une transformation de l nergie m canique qui passe continument d une forme cin tique une forme potentielle GRANDEUR caract risant l NERGIE interne d une MASSE d AIR HUMIDE Par convention sur un DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE lPenthalpie massique d une masse d air sec dont la tem
166. onc un POIDS sous l effet de la PESANTEUR sans laquelle l atmosph re ne pourrait pas se maintenir autour de notre plan te Ce poids de l atmosph re appliqu la surface terrestre se traduit par une PRESSION La pression atmosph rique moyenne au niveau de la mer est de 101 325 Pa Elle est souvent d sign e par l expression pression atmosph rique normale Il revient Evangelista TORRICELLI 1608 1647 math maticien et physicien ancien l ve des J suites qui fut le secr taire de l illustre Galileo GALILEI de comprendre que c est la pression atmosph rique qui d termine la hauteur d ascension d un liquide dans un tube ferm sa partie sup rieure et dont l orifice inf rieur plonge dans un r servoir plein du m me liquide Ses dispositifs exp rimentaux constituaient les premiers barom tres Aujourd hui encore on utilise quotidiennement des zubes de Torricelli pour suivre l volution de la pression atmosph rique Evangelista TORRICELLI meurt pr cocement M mento de physique appliqu e 66 DER AA OMS Firen a e Torricelli a v rifi que la forme et le diam tre du tube qu il utilisait n avait aucune influence sur la hauteur atteinte par le mercure Doc IMSS PRESSION DE VAPEUR SATURANTE Pa Saturation pressure PDP LEXIQUE Florence P ge de 39 ans Pression atmosph rique en fonction de l altitude 10000 4 Everest 8000 4000 Altitude en m
167. ons dont la moindre n est pas notre admiration pour l ouvrage choisi et son auteur Les livres cit s nous accompagnent pour certains depuis de tr s nombreuses ann es Ajoutons que nous n avons pas voulu limiter cette liste des ouvrages de pure physique mais l ouvrir ne fusse que symboliquement des champs comme larchitecture ou l anthropologie qui ont aussi beaucoup nous dire pour nous aider comprendre l univers dans lequel nous vivons Par commodit nous avons adopt un classement par ordre alphab tique des auteurs ATKINS 1987 ATKINS P W Chaleur et d sordre Le deuxi me principe de la thermodynamique Pour la Science Paris 1987 Un tr s s rieux livre de physique qui se lit comme un roman C est le genre d ouvrage qu on regrette de avoir pas lu plus t t Il y a deux sortes de lecteurs ceux qui ont la chance de lavoir d j lu et ceux qui ont la chance de bient t le lire BANHAM 1969 BANHAM R The architecture of the well tempered environment The Architectural Press London 1969 Professeur d histoire de l architecture Reyner Banham a fait appel sa grande connaissance des mouvements culturels contemporains pour analyser l influence des techniques modernes de contr le de l environnement int rieur sur l approche conceptuelle des architectes et la construction des b timents BERDUCOU 1990 BERDUCOU M coord La conservation en arch ologie M thodes et pr
168. ont encadr es d un trait plus pais MULTIPLES ET SOUS MULTIPLES La notation des unit s fait tr s souvent appel des pr fixes qui permettent une notation plus compacte et lisible de la valeur num rique Le tableau suivant indique successivement le nom du pr fixe sa notation et sa valeur exprim e en puissance de 10 Exa E 10 8 Peta P 10 T ra T 10 Giga G 10 M ga M 10 Kilo k 10 Hecto h 10 D ca da 10 D ci d 10 Centi c 10 Milli m 10 Micro H 10 Nano n 10 Pico p 10 Femto f 10 Atto a 10718 PDP M mento de physique appliqu e 102 QUELQUES INFORMATIONS UTILES SUR LES UNIT S UNE UNIT DE LONGUEUR SUR MESURE Une unit de longueur hors syst me SI demeure tr s utilis e l ngstr m Elle tire son nom d Anders Jonas NGSTR M un astronome su dois 1817 1874 pionnier de la spectroscopie C est une unit bien adapt e l expression des dimensions des atomes et mol cules On a la relation de d finition 1 10 1m CRITURE DES UNIT S D un point de vue orthographique les noms d unit s doivent tre consid r s sans exception comme des noms communs et ce titre doivent s crire en minuscules Le cas ch ant ils doivent prendre le pluriel un kilogramme cent kilogrammes En revanche les sywboles sont toujours inv
169. ont les recherches sur P lectricit et la calorim trie demeurent encore aujourd hui incontournables M mento de physique appliqu e 32 NERGIE CIN TIQUE J Kinetic energy NERGIE D ACTIVATION J mol Activation energy NERGIE POTENTIELLE J Potential energy ENTHALPIE MASSIQUE J kgas Mass enthalpy PDP LEXIQUE Mesure du TRAVAIL que peut fournir un SYST ME de par son mouvement Elle est proportionnelle la MASSE 7 du syst me et au carr de sa vitesse v selon la simple et belle expression Si le syst me est initialement au repos il faut donc lui fournir une nergie gale E pour l amener la vitesse v Inversement s il est la vitesse v l amener au repos restituera une nergie gale E Quantit d NERGIE qu on doit fournir des substances pour enclencher une R ACTION chimique entre elles Une feuille de papier ne br le pas spontan ment la TEMP RATURE ambiante En revanche si on lui fournit une nergie d activation suffisante gr ce la flamme d une allumette par exemple la r action de combustion se produira Comme cette r action est exofhermique elle fournira au reste de la feuille de papier l nergie d activation n cessaire la propagation de la combustion Pour une r action donn e l nergie d activation permet que les liaisons chimiques des r actifs soient tout d abord rompues avant que d autres ne soient nou es pour la formati
170. orisation lt point triple Condbnsation Sublimation Temp rature Sur ce diagramme nous avons report le nom conventionnel des changements d tat Pour plus d explication se reporter aux entr es correspondantes du lexique Ensemble des disciplines scientifiques visant donner une description aussi pr cise que possible des ph nom nes naturels en recherchant les lois fondamentales qui les sous tendent l aide de m thodes exp rimentales La physique excelle expliquer le coment des ph nom nes laissant le plus souvent le pourquoi dans le champ de la m taphysique M mento de physique appliqu e 62 Balance fl au traditionnelle PDP LEXIQUE 1 Objet de la physique La physique a pour objet l tude des ph nom nes que pr sentent les corps en tant que ceux ci n prouvent pas de changements dans leur composition La chimie au contraire traite particuli rement des ph no m nes qui modifient plus ou moins profond ment la nature des corps Extrait de A GANOT Trait l mentaire de physique exp rimentale et appliqu e Paris Chez l Auteur Editeur 1868 p 1 Pour des raisons historiques mais aussi qui tiennent la n cessaire division du travail la physique est traditionnellement divis e en nombreuses disciplines telles que la m canique l lectricit l optique la thermodynamique etc Mais l un des grands acquis de la recherche du XX si cle et l
171. ous les flux mat riels AIR HUMIDIT A ROSOLS etc et immat riels RAYONNEMENTS vibrations etc qui traversent la fronti re dans un sens ou un autre 2 conna tre l intensit de ses flux et leurs ventuelles fluctuations Si ces flux sont constants le r gime sera dit STATIQUE ou encore PERMANENT L tude en sera facile Si les flux sont variables dans le temps le r gime sera dit DYNAMIQUE L tude en sera beaucoup plus complexe Expression d finissant la situation d un SYST ME soumis simultan ment une wp rature normale gale O C et une pression normale gale 101 325 Pa Les expressions feyp rature normale et pression normale peuvent tre utilis es seules lorsque la contrainte compl mentaire ne s applique pas En anglais l expression standard temperature and pressure est souvent not e s 4p Elle remplace l ancienne notation 4p normal temperature and pressure Ph nom ne de transfert de CHALEUR l int rieur d un milieu mat riel li la propagation plus ou moins rapide de l agitation mol culaire de la zone la plus chaude du corps vers la zone la plus froide Ce ph nom ne tend uniformiser la TEMP RATURE du milieu mat riel consid r La vitesse du transfert conductif est li e une caract ristique physique du MAT RIAU sa conductivit thermique exprim e en W m C Celle ci en toute rigueur d pend de la M mento de physique appliqu e 21 Jean Bap
172. p rature etc Math matiquement une grandeur scalaire est repr sent e par un nombre Du point de vue de leur nature les grandeurs se r partissent galement en deux familles e Les grandeurs intensives on appelle ainsi les grandeurs ind pendantes de la taille d un syst me ou d un composant d un syst me La temp rature la pression la vitesse sont des PDP M mento de physique appliqu e 43 HAUTEUR o Altitude angle HUMIDIT ABSOLUE kgeau mM Absolute humidity HUMIDIT DE L AIR Air humidity PDP LEXIQUE exemples de grandeurs intensives Les grandeurs extensives une grandeur est extensive si elle est une fonction de la taille d un syst me ou d un composant d un syst me La masse le volume l nergie interne sont des grandeurs extensives On notera que les deux classifications ne se recoupent pas En effet la une grandeur intensive peut tre de nature vectorielle ou scalaire au m me titre qu une grandeur extensive La vitesse est un exemple de grandeur intensive et vectorielle Le poids est la fois une grandeur extensive et vectorielle La masse est une grandeur extensive et scalaire La pression est une grandeur intensive et scalaire H Distance angulaire entre la direction d un astre et le plan de l horizon au lieu d observation illustrations de l article AZIMUT La valeur de la hauteur est comprise entre 0 astre l horizon et 90 astre au z nith Combin
173. p rature est de 0 C est fix e 0 J kgx Pour faciliter les calculs la valeur de M mento de physique appliqu e 33 ENTROPIE J K Entropy QUATION Equation PDP LEXIQUE Penthalpie est exprim e par rapport la masse d air sec contenue dans le volume d air humide consid r C est la raison pour laquelle Pindice as comme air sec est ajout l unit kg GRANDEUR EXTENSIVE mesurant le degr de d sordre microscopique d un SYST ME symbole Cette d finition peut para tre abstraite sinon absconse voire abstruse L importance de cette notion justifie cependant tous les efforts qui doivent tre consentis pour tenter d en p n trer le sens profond L tat macroscopique le plus probable d un syst me est celui qui correspond au maximum de configurations microscopiques possibles Prenons un exemple Soit un r cipient empli d un gaz un instant donn une MOL CULE de gaz se trouve soit dans la moiti gauche du r cipient soit dans la moiti droite Est il possible d imaginer que toutes les mol cules puissent se trouver du m me c t au m me moment Th oriquement cette situation est possible Mais elle est autant plus improbable que le nombre de mol cules de gaz dans le r cipient est lev Dans le syst me consid r l ordre est maximum lorsque toutes les mol cules sont group es dans la moiti droite L entropie est alors minimale Mais l tat le p
174. parfaits R 8 31447 J mol K pour tous les gaz Cette constante est le produit de deux constantes fondamentales de la physique le nombre d Avogadro QUANTIT DE MATI RE N1 6 02214 103 mol et la constante de Boltzmann k 1 38065 10 3 J K ENTROPIE Le produit R T qui appara t dans le second membre de P quation des gaz parfaits ne d pend donc que du nombre de mol cules M mento de physique appliqu e 42 LEXIQUE pr sentes dans le volume consid r Ceci conduit l observation fondamentale que les relations entre pression temp rature et volume d un syst me gazeux sont totalement ind pendantes de la nature du ou des gaz pr sents Ce r sultat peut tre consid r comme une formalisation de la 7 d Avogadro qui stipule que deux volumes gaux de gaz diff rents plac s dans les m mes conditions de temp rature et de pression contiennent exactement le m me nombre de mol cules On observera que le produit P V qui appara t dans la relation de Boyle Mariotte a la DIMENSION d une NERGIE Ceci nous conduit constater que la pression est une GRANDEUR analogue une nergie par unit de volume GRADIENT Taux de variation d une GRANDEUR en FONCTION d une grandeur d une autre nature Toute variation d une grandeur physique d pendant d une autre grandeur consid r e comme ind pendante peut tre repr sent e par un gradient Ainsi le gradient de TEMP RATURE dans un
175. pliqu e 109 RUDOFSKY 1971 THOMSON 1986 TORRACA 1986 PDP Bibliographie comment e Aspects de l urbanisme Dunod Paris 1972 la fronti re de l ethnologie de la sociologie et m me de la psychologie cet ouvrage tudie l ensemble des facteurs influant sur la conception des espaces d habitation mais qu il est ais d extrapoler aux autres constructions En universitaire aguerri Amos Rapoport conclut son livre par une bibliographie tr s compl te de plus de 300 r f rences RUDOFSKY B The prodigious Builders Hatvest HBJ Book New York 1971 Bernard Rudofsky s tait fait conna tre par un premier ouvrage intitul malicieusement Architecture without architects Doubleday New York 1964 publi l occasion d une m morable exposition organis e par le Museum of Modern Art de New York Avec ce nouvel ouvrage B Rudofsky reprend et largit son th me d tude de pr dilection Le lecteur y trouvera un recueil tr s complet des formes les plus libres de lParchitecture vernaculaire invent es travers le temps et sous toutes les latitudes On y trouvera de merveilleux exemples de contr le passif du climat entendez sans quipements techniques dans des r gions du monde o les m t ores voir ce mot dans le lexique se manifestent sous des formes extr mes THOMSON G The Museum Environment 2 edition Butterworth Heinemann Oxford 1986 Vingt ans apr s la publication
176. pression est une grandeur correspondant une nergie volumique 1 Pa 1 J m La pression dynamique qu exerce le vent sur une fa ade de b timent d pend donc du carr de la vitesse du vent 10 km h la pression exerc e n est que de 5 Pa Si le vent atteint 100 km h la pression dynamique s l ve 500 Pa PRESSION qu exercerait un composant d un m lange gazeux s il occupait seul le VOLUME consid r la m me TEMP RATURE Tout se M mento de physique appliqu e 68 Pa Partial pressure P Pi P2 PRESSION STATIQUE Pa Static pressure PRESSION TOTALE Pa Total pressure PDP LEXIQUE passe comme si chaque composant d un m lange agissait pour son compte sans interf rence avec les mol cules des autres substances C est John DALTON physicien anglais 1766 1844 qui le premier a tabli la loi qui stipule que dans un m lange gazeux la pression totale est gale la somme des pressions partielles de chacun des composants En toute rigueur cette loi n est vraie que si chaque composant est un GAZ PARFAIT et que le m lange peut tre consid r lui aussi comme un gaz parfait Dans l atmosph re terrestre le comportement des m langes des gaz n est pas exactement conforme la loi de Dalton mais s en rapproche de tr s pr s Nous admettrons donc que la loi de Dalton est vraie Elle peut s illustrer de la fa on suivante 5 5 Oe F 2 as e y t 07 e dtn N PROS e A
177. que Dans l chelle Celsius symbole C cette temp rature est gale 273 15 C L chelle des temp ratures absolues dite aussi chelle thermodynamique a t construite partir de ce point de r f rence appel naturellement z 0 absolu Mesur es sur cette chelle les temp ratures sont exprim es en kelvin symbole K e chelles thermom triques de r f rence o chelle Kelvin Non de l unit kelvin Symbole K D finition Le kelvin est Pune des sept unit s fondamentales du Syst me International Il est gal la fraction 1 273 16 de la temp rature thermodynamique du point triple de Peau Commentaire Dite aussi chelle thermodynamique ou encore chelle de temp rature absolue Pour viter toute confusion la temp rature exprim e en chelle absolue est toujours not e avec un symbole majuscule T La temp rature absolue est toujours not e par un nombre positif Relations Par d finition le z ro absolu T vaut 0 K T 0K La d finition du kelvin conduit P galit 1 K 1 C o chelle Celsius Nom de l unit degr Celsius Symbole C D finition Le degr Celsius est la centi me partie de l intervalle de temp rature s parant le point de fusion et le point d bullition de Peau pure la pression normale de 101 325 Pa Conventionnellement la valeur 0 de l chelle est fix e au point de fusion et la valeur 100 au point d bullition 1 Au point tripl
178. rometric chart PDP LEXIQUE longueur d onde La LUMI RE du Soleil se caract rise par un large spectre allant de l fraviolet l infrarouge autrement dit par un rayonnement compos de tr s nombreuses longueurs d onde En frappant l objet consid r la plupart seront absorb es De fait la couleur que nous attribuons l objet n est que la perception r tinienne des seules longueurs donde que l objet a r fl chies Ainsi un individu dont la vision est normale attribuera la couleur orange une orange si celle ci est clair e par une lumi re semblable celle mise par le Soleil Si le spectre du rayonnement re u par l objet change sa couleur changera La couleur d un objet n est donc d finie que pour un spectre donn du rayonnement incident Le blanc est la couleur attribu e une surface capable de diffuser galement dans toutes les directions l int gralit du spectre radiatif qu elle re oit Inversement le soir est la couleur attribu e une surface absorbant int gralement toutes les longueurs d onde La colorim trie est la branche de la m trologie qui vise mesurer les caract ristiques physiques d une couleur D Rapport entre le RAPPORT DE M LANGE observ d un certain volume d AIR HUMIDE et le rapport de m lange qui caract riserait cet air humide port SATURATION la m me TEMP RATURE et la m me PRESSION Comme HUMIDIT RELATIVE le degr
179. rosols est comprise approximativement entre 0 01 um et quelques um Les particules d une taille inf rieure 0 1 um ont une masse trop faible pour s dimenter L NERGIE CIN TIQUE re ue par l effet des chocs des MOL CULES de GAZ est en effet suffisante pour les maintenir en suspension dans Pair Ce ph nom ne est rapprocher de la formation d un COLLO DE dispersion de particules SOLIDES dans un LIQUIDE Le tableau suivant liste quelques types d a rosols en fonction de leur nature Nature A rosols Inorganique Particules solides provenant des terres merg es argile sable poussi res volcaniques etc Particules solides et liquides provenant des oc ans cristaux de sels gouttelettes d eau Pollution d origine anthropique r sidus de combustion poussi res industrielles Organique Graines pollens spores et fragments v g taux Micro algues et moisissures Virus et bact ries Nom donn un m lange de GAZ constitu principalement d azote 78 d oxyg ne 21 et d argon 1 ces trois constituants s ajoutent de nombreux autres gaz pr sents l tat de traces gaz carbonique m thane n on krypton x non etc M mento de physique appliqu e 8 AIR HUMIDE Humid air moist air ATMOSPH RE Atmosphere PDP LEXIQUE Composant en volume Azote 78 084 Oxyg ne 20 9476 Argon 0 934 Dioxyde de carbone 0 0314 N on 0 00182 H lium 0 00052 M thane 0 0
180. s limiter le cas ch ant un niveau l mentaire Force exerc e par une MASSE plac e dans un CHAMP de PESANTEUR Il existe entre la masse le poids et Pacc l ration de la pesanteur une relation fondamentale P dans laquelle P le poids en N 7 est la masse du corps consid r en kg et Z l acc l ration de la pesanteur en m s La notion de poids ne doit pas tre confondue avec celle de masse Bien qu admise dans le langage courant l expression cet objet p se 1 kg n a pas de sens physique Un objet dont la masse est d un kilogramme p se 9 81 newtons environ la surface de notre plan te mais seulement 1 63 newton sur la Lune et 0 newton dans l espace une distance suffisante de toute toile ou plan te on peut M mento de physique appliqu e 63 Elle permet de mesurer des masses en tablissant une comparaison de forces l aide de masses de r f rences appel es commun ment poids Photo J Poussin POLYM RE Polymer POROSIT Porosity PDP LEXIQUE consid rer que le champ de pesanteur est de valeur nulle Par cons quent une masse quelconque n tant pas acc l r e n exerce aucune force et par voie de cons quence ne p se rien On nomme galement poids des masses de r f rence utilis es avec des balances fl au telle que celle de l illustration ci contre MOL CULE r sultant de l association en cha ne de mol cules organiques id
181. se pr sente soit seul sous la forme d un GAZ le dihydrog ne H2 mais il ne repr sente alors qu une partie par million en volume dans l ATMOSPH RE soit en combinaison avec d autres atomes En s oxydant le dihydrog ne donne une substance bien connue PEAU H20 Il entre galement dans la composition des mati res organiques et notamment dans celle de la grande famille des hydrocarbures de formule g n rique CmHn comme le m thane CH4 P thane C2H6 le propane C3Hs etc M mento de physique appliqu e 46 HYDROLYSE Hydrolysis HYDROPHILE Hydrophilic HYDROPHOBE Hydrophobic HYGROM TRIE Hygrometry Hygrom tre de H B de Saussure Doc Coll ge de Saussure PDP LEXIQUE D composition chimique d un corps sous Paction de PEAU Ce ph nom ne est l origine de la destruction de nombreuses substances organiques telles que les prot ines ou la cellulose Se dit d une substance qui pr sente une bonne affinit avec PEAU Cette propri t est li e la capacit des MOL CULES de la substance d tablir des LIAISONS HYDROG NE avec les mol cules d eau Il en r sulte une forte ADH SION de l eau la surface de la substance ou une bonne miscibilit de la substance dans Peau Certaines mol cules pr sentent la particularit d tre compos es de deux parties l une hydrophile Pautre paphile miscible dans les corps gras Dites Zensioactives elles sont utilis es pour r
182. sique appliqu e 31 MULSION Emulsion NERGIE J Energy PDP LEXIQUE est l uranitum dont le noyau comporte pas moins de 92 protons et 146 neutrons Mais les physiciens ont su faire mieux en cr ant des l ments artificiels appel s ansuraniens On en compte d sormais une bonne vingtaine Il revient Dmitri Ivanovitch MENDELE EV d avoir propos le premier un classement rationnel des l ments en fonction de leurs propri t s dans lesquelles une certaine p riodicit se manifestait Il tablit une table qui porte son nom mais qui est aussi d nomm e tableau p riodique des l ments Un excellent tableau est propos e au t l chargement sur le site sp cialis du minist re de l enseignement sup rieur et de la recherche http www science gouv fr index php qcms decouverte view 2420 158 7 DISPERSION dans lequel la PHASE dispers e et la PHASE continue sont toutes deux des LIQUIDES COLLO DE En g n ral un agent sp cifique wlifiant est n cessaire pour stabiliser P mulsion GRANDEUR caract ristique de l tat d un corps tat de mouvement TEMP RATURE d formation charge lectrique etc Elle se manifeste sous diverses formes calorifique chimique lectro magn tique lectrique m canique etc L nergie peut se transformer d une forme en une autre mais ne peut tre ni produite ni d truite Cette affirmation peut tre qualifi e de principe au sens d
183. sont la g n ration de polluants gazeux de chaleur et de poussi res Les premi res cons quences sont d ores et d j mesurables et se manifestent sous la forme notamment d un r chauffement de l atmosph re En interaction forte et permanente avec les oc ans les terres merg es et le RAYONNEMENT du Soleil l atmosph re joue un r le tr s complexe de filtre entre la Terre et l espace M mento de physique appliqu e 9 ATOME Atom PDP LEXIQUE Gaz effet de serre changes radiatifs travers l atmosph re DR De nombreux calculs se r f rent Patmosph re standard Cette expression d signe un tat de r f rence de l atmosph re rapport au niveau de la mer et correspondant aux valeurs suivantes e TEMP RATURE 15 C e PRESSION 101 325 Pa e MASSE VOLUMIQUE 1 225 kg m Thermosph re M sopause M sosph re Stratopause Stratosph re Tropopause T T T t t T T T T 100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 c La figure pr c dente repr sente une coupe verticale de atmosph re La courbe rouge indique l volution de la temp rature de Patmosph re en fonction de Paltitude indiqu e par P chelle lat rale L essentiel des ph nom nes m t orologiques qui nous int ressent se produisent dans la premi re couche nomm e roposph re qui se d veloppe entre la surface terrestre et l altitude approximative de 10 km Plus petite quantit de MATI R
184. ssrsssssssrirssssrrsrssssrreess Chimie Chimie physique ns Chimie Chimisorption gt Adsorption Cin tique r actionnelle nergie d activation CLIMAT een 18 CLIMATOLOGIE eee 19 Coefficient de diffusion Diffusion COH SION siniereneiiaianeiiaiieiniei 19 COLLOIDES Ysa E E E ER E 19 Colorim trie gt Couleur COMPOS ORGANIQUE sssssssseettitisssssssrertterisssssssesee 20 Compos organique volatil Compos organique Concentrato seriinin nean na Solution CONDENSATION 21 Condensation liquide Condensation Condensation solide sssssssssssssssss gt Condensation CONDITIONS AUX LIMITES 21 CONDITIONS NORMALES ssssssssessseessreesssstttteesssess 21 CONDUCTION nn nn nm 21 Conduction lectronique lectrolyte Conduction ionique lectrolyte Conductivit thermique Conduction Cong lation nn Solidification Constante de d sint gration Radioactivit Constante de temps Thermom tre Constante des gaz parfaits ossis Gaz parfait CONTENU EN EAU asssesesesssesssessreseseserssesesssesssesssssesessss 22 CONVECTION een 22 Convection forc e gt Convection Convection naturelle gt Convection Copom enneh nehn AER R Polym re COULEUR 23 COV orreina as Compos organique CPAS M ES A Solide Codes CANONE a REAREA A A Sublimation PDP M mento de physique appliqu e 112 D Dalton Loi de sms Pression parti
185. t 100 C Au sommet de Everest 8 847 m d altitude la pression atmosph rique n est plus que le tiers de celle qui r gne au niveau de la mer Peau bout 70 C Si l on diminue encore la pression jusqu la valeur de 612 Pa l bullition se produit 0 01 C De fait il s agit d une limite dite point triple de l eau qui voit coexister les trois phases solide liquide et gazeuse en QUILIBRE CHANGEMENT D TATS Si l on diminue encore la pression l eau ne peut plus exister l tat liquide Ce point triple est si parfaitement d fini qu il sert d talon de temp rature Si l inverse on augmente la pression au del de la pression atmosph rique standard dans un r cipient contenant de l eau liquide l bullition se produira au dessus de 100 C Ainsi pour une pression gale deux fois la pression atmosph rique l bullition ne se produit qu 120 C Substance liquide ou solide dans laquelle le ph nom ne de conduction lectrique peut se manifester Cette conduction est due la mobilit des IONS cations et anions pr sents dans l lectrolyte Aussi parle t on de conduction ionique dans les lectrolytes par opposition la conduction lectronique due aux d placements des kcrons La conductivit lectrique d un lectrolyte s exprime en siemens par m tre S m On rappelle que le siemens est l inverse de l ohm unit de r sistance lectrique not e
186. t l origine de tout RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE Ces champs sont totalement d crits par un jeu d quations propos en 1873 par le brillantissime physicien cossais James MAXWELL 1831 1879 Soit dit en passant c est ce m me MAXWELL qui a d fini la LUMI RE comme une onde lectromagn tique Passage d un TAT de la MATI RE un autre On dit aussi ansition de phase Tous les corps chimiquement purs peuvent exister sous trois tats fondamentaux la PHASE solide la phase liquide la phase gazeuse compte non tenu de l tat de plasma Dans certaines conditions de PRESSION et de TEMP RATURE deux voire trois tats peuvent coexister Ces diff rentes phases correspondent des niveaux d organisation distincts de la mati re La phase solide correspond l tat le plus organis tandis que la phase gazeuse correspond l tat le plus chaotique Au fur et mesure que de l NERGIE est fournie une substance son agitation mol culaire s accro t partir d un certain seuil l NERGIE CIN TIQUE des MOL CULES est suffisante pour rompre l quilibre des FORCES de COH SION du solide Le SOLIDE va donc progressivement changer d tat et devenir liquide Pour une pression donn e tant que le solide n aura pas totalement fondu les deux phases vont coexister et la temp rature du syst me demeurera constante si la substance est pure L exemple embl matique de cette situation est le gla on dans un verre d eau
187. t r cemment r dit en fran ais par Dunod 2005 Plus de trois si cles apr s avoir t r dig cette uvre admirable continue de susciter par la clart de ses expos s et la profondeur de ses vues un incomparable objet de fascination Forces l origine de tous les ph nom nes tudi s par la physique Dans l tat actuel des connaissances de la physique il est admis de distinguer quatre FORCES ou interactions fondamentales interaction gravitationnelle ou newtonienne qui permet de rendre compte des ph nom nes d attraction entre les masses interaction lectromagn tique ou coulombienne responsable de la coh sion des ATOMES interaction faible qui permet d interpr ter les m canismes des d sint grations radioactives l interaction forte qui assure la coh sion des noyaux D interaction gravitationnelle L interaction gravitationnelle est l origine de Pattraction entre les masses PESANTEUR C est la plus faible des quatre forces fondamentales mais elle est cependant de port e infinie Elle permet donc d expliquer aussi bien la chute des pommes que l volution des astres dans l Univers Le vecteur de cette interaction serait Phypoth tique graviton L interaction lectromagn tique Elle est responsable des m canismes d attraction et de r pulsion entre charges lectriques ainsi que les ph nom nes de magn tisme C est donc elle qui permet d expliquer
188. t not e 7 On a donc la relation tr s simple r 1 4 La vie moyenne d un radionucl ide est excessivement variable d un radionucl ide Pautre mais parfaitement constante pour un radionucl ide donn Processus statistique donc la radioactivit respecte une loi exponentielle qui permet d tablir une relation simple entre la dur e de vie moyenne d un radionucl ide et la dur e n cessaire pour que le nombre de noyaux radioactifs dans un fragment de mati re diminue de moiti Cette dur e exprim e en secondes bien s r est nomm e p riode radioactive et est not e T Cette relation s crit T 7 In 2 Dans cette expression In 2 d signe le logarithme n p rien de 2 Comme In 2 vaut 0 693 la relation pr c dente se simplifie en T 0 7 7 Autrement dit lorsque qu on conna t la vie moyenne d un radionucl ide il est ais de d terminer la p riode radioactive d une substance qui contient de tels noyaux Et inversement Voici quelques exemples de p riodes radioactives relatives trois radionucl ides E a E A 7 2 108 ans e O 5 730 ans e INu 1 3 102s La grande constance de la vie moyenne d un radionucl ide a permis PDP M mento de physique appliqu e 72 RAPPORT DE M LANGE kgeau kgas Humidity or mixing ratio PDP LEXIQUE d laborer des techniques de datation des mat riaux anciens La plus connue est celle fond e sur le carbone 14 14C Lorsqu on veut caract ris
189. t ristiques du solide contribuent cette propri t Pour tre qualifi d hygroscopique un MAT RIAU doit poss der les caract res suivantes e il doit tre poreux e la POROSIT doit tre ouverte e la taille des pores doit autoriser la CAPILLARIT majorit de nano micro et m sopores Tous les mat riaux poreux ne sont pas hygroscopiques le verre cellulaire est un isolant poreux non hygroscopique Les mat riaux hygroscopiques peuvent tre organiques bois ou min raux pierre calcaire L hygroscopicit combine ADSORPTION physisorbtion et CAPILLA M mento de physique appliqu e 48 LEXIQUE RIT Lorsque la capillarit est tr s active le volume entier du mat riau Vi va tre concern On pourra alors parler d ABSORPTION Les changes Surface d une feuille de papier mat riau hygroscopique par excellence Doc C Tremblay HYST R SIS Hysteresis INERTIE Inertia PDP de vapeur d eau entre l objet hygroscopique et son ambiance sont command s par QUILIBRE de la PRESSION DE VAPEUR entourant Pobjet et les forces d adsorption entre la vapeur et le solide temp rature constante si la pression de vapeur augmente autour d un objet hygroscopique celui ci aura tendance augmenter son contenu en eau Si elle diminue son contenu en eau diminuera galement pression de vapeur constante si la temp rature augmente l objet aura tendance rejeter
190. t des r actifs auxquels il sert de support La plupart des catalyseurs h t rog nes sont des solides la surface desquels les r actifs se fixent par adsorption exemple du pot catalytique des automobiles permettant de transformer les polluants pr sents dans les gaz d chappement Dot s d une grande surface sp cifique ces catalyseurs affaiblissent les liaisons chimiques des r actifs et favorisent la formation des produits La destruction de certaines mol cules organiques comme la cellulose est favoris e par certaines prot ines sp cialis es nomm es erzywes Ainsi une hydrolyse enzymatique de la cellulose permet de produire de l thanol L enzyme concern e appara t ainsi comme un v ritable catalyseur Une des apparences de l NERGIE L change de chaleur entre un corps et son environnement provoque soit une l vation ou diminution de TEMP RATURE soit un CHANGEMENT D TAT Dans le premier cas on parle de CHALEUR SENSIBLE et dans le second de CHALEUR LATENTE La chaleur d un corps souvent appel e nergie thermique n est rien d autre que la forme macroscopique de l NERGIE CIN TIQUE des MOL CULES qui le constituent M mento de physique appliqu e 14 CHALEUR LATENTE J Latent heat CHALEUR MASSIQUE J kg C Specific heat CHALEUR SENSIBLE J Sensible heat CHAMP Field PDP LEXIQUE Quantit de CHALEUR chang e entre un milieu et un corps pur lors d un CHANGEM
191. t ioana n e a A E nee nes 14 Change in phase or state 16 Chemical reaction ss 77 Chemi SEEVE A E ES 18 Clima CEN A ES 18 Climatology mesane N 19 CLOUS A ET 59 Cohes lon imnennnnsnnnnnnennmnnunes 19 ColLloidssnnunnnnnnnnnsnnnnnnnsnnminnnnntes 19 COLOR en Ne 23 Cond nsatlon ssrinanannnnre nanas 21 52 CONAUCE TON issues st 21 CONCROL EE E TI CONVECETLON NAME MR NE MERE 22 D D poOsLELONiirestenaen en ena a 21 Dew point temperature 85 Dielectii G ntm ar29 Diffusion 4525 Dilatation P Dimension PAi Dispetsion maea a eiA nee 28 Dry bulb temperature 86 Dynami Pr ssur ssssnrenmnennninsns 68 E EL CETOLYTE a ne e ARRAS 31 Element 31 Emulsion s92 Energy w92 Entropy 34 Equation 34 Equation of state 35 Equilibrium 35 EVAPOr AT I OM eeose a EA ES 36 F AKo E AE E en en ne 15 Eilt rati Oneroa aaia E EEE ETEA 36 AE Eo AE EE EE SN 39 IEEE A ET EEA E EEEE 39 FO RE PETERA T A T ne use 13 FORCE ETA TAE 39 PreeziNgronnnniair i a E En 80 FUACELON penina i A 39 Fundamental interactions 40 FUSTO Nen Ea E E EAEE 41 G EET EE EAA A EN T N 41 Glass EransiETONsssshnnntnnnnnnnnmenines 89 Grad ENT eiir eE AR EER E RR 43 Ei ata VANAR A 61 H IEAA E AA 14 FUM ALT E TETE 9 Humidity percentage nn 24 Humidity rat iGreen ran a a A 73 HYArOJE M a A E 46 Hydrogen Honda 50 Hydrolysis 47 Hydrophilic 47 Hydrophobic 47 Hygrometry 47 Hygroscopic
192. t une pression nettement inf rieure la pression du po n triple de l eau 612 Pa L eau transform e en glace ne peut alors que se sublimer lorsqu on chauffe par RAYONNEMENT THERMIQUE le solide gel La lyophilisation est un proc d couramment utilis pour d shydrater des aliments ou s cher des ouvrages endommag s par une inondation Ensemble plus ou moins complexe d l ments mat riels dont on veut analyser le comportement collectif Un syst me se d finit par son ou ses composants connus eux m mes par des grandeurs intensives et extensives Un syst me est en g n ral repr sent par un MOD LE s attachant d crire les relations physiques entre les composants et au sein m me des composants ainsi que par des CONDITIONS AUX LIMITES temp ratures et ou FLUX d pendant des changes du syst me avec son environnement Lorsque ces changes sont constitu s de MATI RE et d NERGIE on dit que le syst me est ouvert Lorsque seuls les changes d nergie sont possibles le syst me est dit ferm Lorsqu aucun change n est possible la FRONTI RE du syst me on parle de syst me 50 4 change change M mento de physique appliqu e 82 SYST ME INTERNATIONAL D UNIT S Syst me International d Unit s PDP LEXIQUE Mati re nergie Syst me isol Non Non Syst me ferm Non Oui Syst me ouvert Oui Oui Les changes d nergie peuvent intervenir sous deux formes par change
193. teurs d ozone Il est tr s efficacement adsorb par les filtres charbon actif FILTRATION P Se dit d un R GIME DYNAMIQUE o les CONDITIONS AUX LIMITES impos es au SYST ME sont de nature cyclique volution sinuso dale d une TEMP RATURE par exemple Avec des ph nom nes r els volution climatique par exemple cette p riodicit peut tre plus ou moins r guli re Se dit d un R GIME o les CONDITIONS AUX LIMITES impos es un SYST ME demeurent constantes Dans ce sens synonyme de STATIQUE S oppose DYNAMIQUE Aptitude d un milieu solide se laisser traverser par un fluide sous leffet d un gradient de pression dudit fluide Ce fluide mest pas forc ment un liquide Le solide n est pas forc ment poreux Ainsi la notion de perm abilit d un sol l eau est facile appr hender contrario la perm abilit du verre au gaz pour tre moins intuitive et surtout tr s faible n en est pas moins une r alit Ph nom ne d attraction entre deux ou plusieurs SYST MES dot s d une MASSE En un lieu donn on peut tablir une relation de proportionnalit entre la masse 4 d un corps et la FORCE P qu il exerce sur son support P 5 Cette force particuli re a t baptis e POIDS La relation pr c dente fait intervenir une grandeur vectorielle g nomm e acc l ration de la pesanteur M mento de physique appliqu e 61 PHASE Phase PHYSIQUE Physics PD
194. tiste Joseph Fourier DR CONTENU EN EAU Water or moisture content A BOIS 8 B TON C BRIQUE TENEUR EN HUMIDIT 7 20 40 60 80 HUMIDIT RELATIVE gt Exemple d isothermes de sorption pour diff rents mat riaux DR CONVECTION Convection PDP 100 LEXIQUE temp rature Dans le domaine des transferts thermiques affectant les b timents la plage des temp ratures en jeu est suffisamment restreinte pour qu il soit possible de consid rer la conductivit thermique comme constante C est le physicien et math maticien fran ais Jean Baptiste Joseph FOURIER qui le premier en 1822 a propos une loi ph nom nologique tablissant que le FLUX de chaleur traversant un mat riau tait proportionnel au GRADIENT de temp rature existant dans le mat riau et sa conductivit thermique La fameuse 7 de Fourier s ctit en mono dimensionnel sp 1 dx o q est la densit de flux de chaleur en W m est la conductivit thermique du mat riau et dT dx est le gradient local de temp rature En R GIME PERMANENT le gradient de temp rature est gal l cart de temp rature entre les deux faces d un SOLIDE divis par paisseur du solide Dans la relation pr c dente le signe moins indique que le sens du flux de chaleur est compt positivement lorsque la temp rature d cro t Rapport de la MASSE d eau retenue par ABSORPTION ou par ADSORPTION dans un MAT RIAU H
195. triques Laminesceholsssnnmannssstnneanente Lumi re Lyophilisation gt Sublimation INDEX DES NOTIONS M Macropore ss intense Porosit MASSE nn a a er 54 MASSE MOLAIRE neocon a 54 MASSE VOLUMIQUE ses 55 MATERIAU tn aE EER 55 MATIERE nie E E a Ea 55 M lange gazeux sssssssssssrsssssrsrisssssrreessss Pression partielle Mendeleiev Table de nn l ment MNS GUC nn NAE E Capillarit M sopore suss gt Porosit METEORE osoon Re 56 M t orite oossoo M t ore M T OROLOGIE 56 M TROLOGIE intentions 56 Micropore s s s Porosit Milieu dispers Dispersion MOD LE nnnieattnie nan distant 57 Mod le standard Forces fondamentales Molalla RE EN Solution MOINE anne nn nn sis strteiseses Solution Molesrsemmnnsests Quantit de mati re MOLECULE sreg a T nn tetes 57 Mol cule polaire Van der Waals Forces de Mollier Abaque de gt Diagramme psychrom trique Morenf dipolar sira a a E EA tie Eau MONOMTO KEE EE E EA R aR Polym re MOULLABILI T e REE 57 Monillabi nananana nanoia Mouillabilit MOUVEMENT BROWNIEN 58 N NanODores sn nn te Porosit Nenfronssn nine nan rinninimnse lt Atome NO isin manne nn er te Couleur NOMBRE Semen sn nn nest 59 Nombre de masse ssssssssosossosesersesresserresreresessesesess Atome Nombres complexes sssssssssssssrsrsssrssrsssrrrssreen Nombre Nombres entiers
196. ttribu e la variable peut tre une GRANDEUR num rique scalaire o vectorielle ou bien une combinaison d autres variables Ces derni res seront alors qualifi e de variables ind pendantes tandis que la premi re sera dite d pendante sous entendu des autres variables En physique une quation repr sente une propri t d un SYST ME ou une FONCTION entre plusieurs grandeurs caract ristiques du syst me M mento de physique appliqu e 34 QUATION D TAT Equation of state QUILIBRE Equilibrium ESPACE Space Repr sentation d un point dans un syst me de coordonn es PDP cart siennes LEXIQUE QUATION D TAT Les quations de la physique permettent notamment de d crire l volution dans PESPACE et le TEMPS des grandeurs permettant de d crire le syst me consid r Relation THERMODYNAMIQUE reliant diverses GRANDEURS caract ristiques de l TAT du corps comme pr cis ment la PRESSION le VOLUME et la TEMP RATURE L guation des gaz parfaits est typiquement une quation d tat Les variables intervenant dans une quation d tat sont dites variables d tat Ce sont des grandeurs soient intensives soit extensives tat d un SYST ME dont les GRANDEURS caract ristiques ne varient plus au cours du TEMPS Il n existe probablement aucun syst me physique en tat d quilibre absolu Il faudrait pour cela qu il soit parfaitement isol ce qui ne semble pas possi
197. u Se dit d un GAZ dont les MOL CULES ne pr sentent pas d interactions notables entre elles hormis les chocs dus lagitation thermique d sordonn e et dont le VOLUME propre des dites mol cules est n gligeable en regard des dimensions g om triques de enceinte qui contient le gaz Dans labsolu la notion de gaz parfait est une id alit physique Cependant les gaz atmosph riques peuvent tre consid r s comme des gaz parfaits avec une tr s bonne approximation L int r t de la notion de gaz parfait est qu elle est d crite par des is physiques tr s simples On note P la PRESSION en Pa le VOLUME en m et T la TEMP RATURE ABSOLUE en K e Loi de Boyk Mariotte temp rature constante le produit de la pression et du volume est constant P V Cte Loi de Gay Lussac pression constante le rapport du volume et de la temp rature est constant V T Cte En d autres termes pression constante le volume d un gaz varie proportionnellement sa temp rature absolue Loi de Charles volume constant le rapport de la pression et de la temp rature est constant P T Cte En d autres termes volume constant la pression d un gaz varie proportionnellement sa temp rature absolue Ces trois lois se synth tisent en une seule relation dite quation des gaz parfaits P V an R T dans laquelle est le nombre de moles dans le volume I consid r et R est la constante des gaz
198. ure Un cart important entre la TEMP RATURE S CHE et la temp rature humide signe une grande s cheresse de l air Connaissant la PRESSION ATMOSPH RIQUE et les temp ratures s che et humide d un volume d air humide mesur es avec un PSYCHROM TRE par exemple on peut en d duire par le calcul ou graphiquement l aide d un DIAGRAMME PSYCHROM TRIQUE toutes les autres caract ristiques du m lange La temp rature humide d un air humide peut avoir une valeur n gative quand elle est exprim e dans l chelle Celsius Mais dans ce cas bien videmment sa mesure n est pas possible Temp rature uniforme de rayonnement qui serait celle d une enceinte fictive pour laquelle le RAYONNEMENT THERMIQUE serait le m me que dans l environnement r el non uniforme consid r Dite aussi temp rature radiative Dans la tr s grande majorit des cas la TEMP RATURE des parois d un local n est pas identiques en tous points Ce fait r sulte des diff rentes CONDITIONS AUX LIMITES support es par les dites parois Il en r sulte un rayonnement thermique asym trique dans le local Cependant il est commode de d finir une valeur unique de la temp rature de rayonnement pour faciliter notamment une pr vision du confort thermique des occupants ou bien le comportement d objets plac s dans l ambiance Lorsque dans un local la vitesse d air demeure mod r e la sensation de confort d un individu r sulte part gale de la temp rat
199. ure s che et de la temp rature de rayonnement On d finit alors une wp rature op rative gale la moyenne arithm tique entre la temp rature d air et la temp rature de rayonnement TEMP RATURE laquelle il faut refroidir une certaine MASSE d AIR HUMIDE pour l amener SATURATION Connaissant la TEMP RATURE S CHE de l air humide consid r la connaissance de cette temp rature de ros e permet de d terminer toutes ses caract ristiques hydriques RAPPORT DE M LANGE ENTHALPIE TEMP RATURE HUMIDE MASSE VOLUMIQUE etc M mento de physique appliqu e 85 TEMP RATURE S CHE 1C Dry bulb temperature TEMPS Time TENSION SUPERFICIELLE J m N m Surface tension PDP LEXIQUE Nommons 0 la temp rature de ros e 0 la temp rature humide et 0 la temp rature s che Quelles que soient les caract ristiques d un m lange air sec plus vapeur d eau la relation suivante est toujours v rifi e 0 lt 0 lt 0 r g Dans le cas o le m lange est saturation la relation devient 0 0 6 TEMP RATURE de l air mesur e avec un thermom tre bulbe sec exemple typique le thermom tre mercure ou alcool Par extension temp rature mesur e par tout dispositif thermom trique sec tels les thermographes tambour munis d un bilame m tallique ou bien les thermom tres r sistance platine ou thermistor inclus dans les enregistreurs num riques Lorsqu on parle de
200. ux complexes de diffusion transmission r flexion de la lumi re dans un nuage On doit Luke HOWARD jeune pharmacien anglais et m t orologue amateur d avoir propos en 1802 une classification des nuages et de les avoir baptis s Aujourd hui encore ces noms sont d usage courant stratus cumulus cirrus O Ph nom ne de propagation une GRANDEUR physique dont les variations en un point consid r et un instant donn d pendent des variations de la grandeur en tous les autres points du milieu de propagation Ce ph nom ne de propagation s accompagne d un transport d NERGIE sans transport de MATI RE Deux grandes familles d ondes peuvent tre distingu es les ondes lectromagn tiques appel es encore RAYONNEMENT LECTROMAGN TIQUE qui peuvent se M mento de physique appliqu e 59 OZONE Ozone PDP LEXIQUE propager en dehors de tout milieu mat riel et les ondes mat rielles qui ne peuvent se transmettre que dans un milieu solide vibrations etc liquide vagues etc ou gazeux sons etc Le sch ma suivant illustre une onde p riodique Onde p riodique P riode Valeur de l onde unit arbitraire Temps unit arbitraire La caract risation de ces ondes qu elles soient lectromagn tiques ou mat rielles fait appel des notions communes p riode longueur d onde fr quence auxquelles s ajoutent des grandeurs sp cifiques chaque famille
201. vons employ l expression rayonnement Doc IN2P3 pour voquer les produits de d sint gration De fait le mot est utilis dans un sens impropre puisqu il englobe un vrai rayonnement le rayonnement y et des missions particulaires x et qui proprement parler ne peuvent tre confondues avec des rayonnements c est dire des ondes lectromagn tiques Il importe de souligner que le ph nom ne de radioactivit est un processus caract re statistique En d autres termes si nous consid rons un atome particulier d un ensemble d atomes identiques susceptibles de se d sint grer il est impossible de savoir si cet atome sera le prochain transmuter c est dire subir la d croissance radioactive ou si le processus touchera son voisin ou n importe quel autre atome de l ensemble consid r C est la raison pour laquelle l tude de la radioactivit introduit une grandeur appel e constante de d sint gration qui se d finit comme la probabilit de d sint gration d un radionucl ide par unit de temps Sa dimension est l inverse d un temps L unit est donc l inverse d une seconde Il est remarquable d observer que cette probabilit qui est une caract ristique propre du radionucl ide consid r est ind pendante du TEMPS et de l ESPACE L inverse de cette grandeur qui s exprime donc en secondes est nomm vie moyenne d un radionucl ide Cette nouvelle grandeur es
202. xyg ne pr sents en proportions fixes l air atmosph rique contient galement de la vapeur d eau dans des proportions variables mais qui ne d passent pas quelques pour cent en volume Cependant du fait de l importante CHALEUR LATENTE qu elle enferme cette M mento de physique appliqu e 44 HUMIDIT RELATIVE Relative humidity PDP LEXIQUE vapeur d eau exerce une forte influence sur les propri t s thermophysiques de l air Pour valuer ces propri t s il convient de donner une mesure de la pr sence de cette vapeur d eau dans le m lange appel AIR HUMIDE De nombreux param tres ont t propos s pour caract riser la quantit de vapeur d eau pr sente dans le m lange air humide On peut tablir la liste suivante l HUMIDIT RELATIVE le DEGR HYGROM TRIQUE ou degr de SATURATION l HUMIDIT ABSOLUE l HUMIDIT SP CIFIQUE le RAPPORT DE M LANGE de Pair humide Selon les auteurs les d nominations des GRANDEURS et leurs d finitions peuvent varier ou tre plus ou moins pr cises Il convient de ne pas s en affecter L essentiel est de porter une attention particuli re l unit dans laquelle est exprim e la grandeur consid r e de fa on identifier sans ambigu t la nature de la grandeur en question ind pendamment du nom qui lui a t donn Rapport de la PRESSION PARTIELLE de VAPEUR d eau pr sente dans une enceinte de TEMP RATURE d termin e la PRE

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