5.1 : Pression et mesure de la pression

La pression d'un gaz est provoquée par la force exercée par les molécules de gaz qui entrent en collision avec les surfaces des objets. Bien que la force de chaque collision soit très faible, toute surface d'une superficie notable subit un grand nombre de collisions en peu de temps, ce qui peut entraîner une pression élevée.

En général, la pression est définie comme la force exercée sur une surface donnée :  

La pression est directement proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la surface. Ainsi, la pression peut être augmentée soit en augmentant la force soit en diminuant la surface sur laquelle elle est appliquée ; la pression peut être diminuée en diminuant la force ou en augmentant la surface.

L'unité SI de la pression est le pascal (Pa), avec 1 Pa = 1 N/m², où N est le newton, une unité de force définie comme 1 kg·m/s². Un pascal correspond à une petite pression ; dans de nombreux cas, il est plus pratique d'utiliser des unités de kilopascal (1 kPa = 1000 Pa) ou de bar (1 bar = 100 000 Pa). La pression peut également être mesurée à l'aide de l'unité atmosphère (atm).  

Mesure de la pression

La pression atmosphérique, la force exercée par l’atmosphère à la surface de la terre, est mesurée à l’aide d’un baromètre. Un baromètre est un tube en verre qui est fermé à une extrémité, rempli d'un liquide non volatile, comme le mercure, puis inversé et immergé dans un récipient de ce liquide. L'atmosphère exerce une pression sur le liquide à l'extérieur du tube, la colonne de liquide exerce une pression à l'intérieur du tube et la pression à la surface du liquide est la même à l'intérieur et à l'extérieur du tube. La hauteur du liquide dans le tube est donc proportionnelle à la pression exercée par l'atmosphère.

Dans le baromètre, le mercure est le choix préféré par rapport à l'eau, car il est 13,5 fois plus dense que l'eau. La pression atmosphérique peut soutenir une colonne de mercure d'environ 0,760 m de haut, alors qu'une colonne d'eau devrait mesurer 10,3 m de haut. Ainsi, une colonne de mercure est un moyen pratique de mesurer la pression.

La pression atmosphérique standard de 1 atm au niveau de la mer (101 325 Pa) correspond à une colonne de mercure d'environ 760 mm (29,92 po) de haut. La pression exercée par un fluide en raison de la gravité est appelée pression hydrostatique, p :

où h est la hauteur du fluide, ρ la densité du fluide et g l'accélération due à la gravité.

Un manomètre est un dispositif utilisé pour mesurer la pression d'un gaz piégé dans un récipient. Un manomètre à extrémité fermée est un tube en forme de U avec un bras fermé et un bras qui se connecte au gaz devant être mesuré, et avec du mercure entre les deux. La distance entre les niveaux de liquide dans les deux bras du tube, h, est proportionnelle à la pression du gaz dans le récipient. Dans un manomètre à extrémité ouverte, un bras du tube est ouvert à l'atmosphère. Dans ce cas, la distance entre les niveaux de liquide correspond à la différence de pression entre le gaz contenu dans le récipient et l'atmosphère.  

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 9.1 : Pression des gaz.