La dilatation des solides - Expérience de la dilatation

Physique-Chimie : La dilatation des solides

Thème : La dilatation des solides

Détail : Expérience de la dilatation

Introduction

Lorsqu'une matière solide est chauffée, sa longueur augmente. C'est ce qu'on appelle la dilatation thermique. Aujourd'hui, nous allons découvrir comment on observe et mesure cette dilatation à travers une expérience simple.

Matériel nécessaire

Une règle métallique
Un support pour chauffer (plaque chauffante ou lampe)
Une source de chaleur (ex : chauffe-eau ou sèche-cheveux à faible puissance)
Un thermomètre
Un dispositif permettant de fixer la règle (ex : pince)

Protocole de l'expérience

Fixer la règle métallique horizontalement à l'aide de la pince.
Prendre la longueur initiale \( L_0 \) de la règle à température ambiante (par exemple 20°C).
Chauffer doucement la règle en veillant à ne pas la déformer ou la faire bouger brutalement.
À intervalles réguliers, mesurer la longueur \( L \) de la règle à l'aide de la règle graduée.
Enregistrer la température \( T \) de la règle (avec le thermomètre) à chaque mesure.

Résultats attendus

On observe que lorsque la température \( T \) augmente, la longueur \( L \) de la règle augmente également. La variation de longueur \( \Delta L = L - L_0 \) est proportionnelle à la variation de température \( \Delta T = T - T_0 \).

Formule de la dilatation

La relation mathématique simple pour la dilatation est :

\[ \Delta L = lpha imes L_0 imes \Delta T \]

où :

\( \Delta L \) : variation de longueur (en mm ou cm)
\( lpha \) : coefficient de dilatation thermique du matériau (ex : pour le métal, environ \( 10^{-5} \, \mathrm{°C}^{-1} \))
\( L_0 \) : longueur initiale
\( \Delta T \) : variation de température

Conclusion

Cette expérience montre que les solides se dilatent lorsqu'ils sont chauffés. La dilatation dépend du matériau, de la longueur initiale et de la variation de température. Connaître cette propriété est important pour la conception de ponts, rails, ou bâtiments, afin d'éviter des déformations ou des désordres.