Modèle particulaire de la matière

T'es-tu déjà demandé quelles sont les règles qui régissent les différents états de la matière ? Le modèle particulaire de la matière est l'une des théories les plus importantes de la physique moderne. Il explique aussi pourquoi il est plus difficile de faire du thé au sommet de l'Everest qu'à sa base ! Nous allons examiner le modèle particulaire de la matière de manière générale afin que tu puisses également améliorer ta compréhension du fonctionnement des différents états de la matière. Un état de la matière est l'une des différentes façons dont la matière peut exister. Nous allons examiner trois états de la matière : les solides, les liquides et les gaz.

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    Définition du modèle particulaire de la matière

    Avant d'aller plus loin, nous devons définir le modèle particulaire de la matière. Une fois que nous l'aurons fait, nous pourrons parler des spécificités de son fonctionnement et de sa signification. Qu'est-ce que le modèle particulaire de la matière ?

    Le modèle particulaire de la matière est une théorie qui explique comment les particules qui composent une substance sont disposées, et comment elles se déplacent et interagissent les unes avec les autres.

    Le modèle des particules comporte des règles pour chacun des trois principaux états de la matière que tu connais peut-être déjà. Ces principaux états de la matière sont les solides, les liquides et les gaz. Chacun de ces états de la matière consiste en un arrangement différent de particules, avec des quantités d'énergie différentes et des modes d'interaction différents entre ces particules. Le tableau ci-dessous présente les différences entre chaque état de la matière.

    ÉtatSolideLiquideGaz
    Diagramme en 2D

    Schéma 2D du modèle de particules d'un solide StudySmarter

    Schéma 2D du modèle de particules d'un liquide StudySmarter

    Diagramme 2D du modèle de particules d'un gaz StudySmarter

    Description de la disposition des particulesDisposition régulièreDisposition aléatoireDisposition aléatoire
    Énergie relative des particulesFaible énergieÉnergie élevéeÉnergie la plus élevée
    Mouvement des particulesVibrer dans une position fixeSe déplaçant l'une autour de l'autreSe déplaçant à grande vitesse dans n'importe quelle direction
    Distance entre les particulesTrès procheProchesTrès éloignées

    Nous devrions également discuter de la façon dont un matériau peut passer de l'une à l'autre de ces substances en fonction de sa température. En effet, l'énergie thermique d'un objet n'est que l'énergie cinétique de chacune de ses particules. En d'autres termes, plus un objet est chaud, plus ses particules aiment se déplacer. Le modèle particulaire de la matière est capable d'expliquer tout le phénomène de l'expérience de la chaleur. Ces changements d'état sont physiques, mais la quantité d'une substance avant et après le changement d'état reste la même. Aucune nouvelle matière n'est créée et aucune matière n'est détruite, la seule chose qui a changé est l'arrangement des particules.

    Exemples du modèle particulaire de la matière

    Il y a des exemples du modèle particulaire de la matière tout autour de nous. Comme nous avons discuté des changements d'état, examinons un exemple de changement d'état d'une matière pour t'aider à y voir plus clair.

    L'eau est un exemple utile pour expliquer le modèle particulaire de la matière ; nous l'utilisons dans notre vie quotidienne et nous avons probablement vu chacun de ses états et la façon dont elle change entre chacun de ces états. Nous savons que la forme solide de l'eau est la glace et que l'état gazeux est la vapeur.

    Pour que l'eau devienne solide, elle doit être maintenue à une température inférieure à 0oC(à la pression atmosphérique), ce qui ralentit la vibration de chacune des molécules d'eau jusqu'à ce que des liaisons puissent se former entre les molécules d'eau. Si nous replaçons la glace dans un environnement dont la température est supérieure à 0oC, les particules gagneront lentement de l'énergie jusqu'à ce que la glace fonde et redevienne de l'eau.

    Pour que l'eau devienne un gaz, il faut la faire bouillir, ce qui donne de l'énergie aux molécules d'eau. Pour cela, il faut chauffer l'eau à plus de 100oC, et l'eau que tu as va lentement bouillir. C'est parce que les molécules d'eau ont reçu suffisamment d'énergie pour briser chacune des liaisons qui les maintiennent ensemble et entrer dans l'état gazeux connu sous le nom de vapeur d'eau.

    Les principaux points du modèle particulaire de la matière

    Il y a 5 points principaux que tu dois retenir à propos du modèle particulaire de la matière, car ils constituent la base de toute la théorie. Ils t'aideront également à répondre aux questions d'examen sur ce sujet.

    1. Toute matière est constituée de particules. Peu importe qu'il s'agisse d'atomes, de molécules ou d'ions, tout est constitué d'une forme de particule.

    2. Chaque particule est animée d'un mouvement, certes léger, mais même l'objet le plus froid de l'univers contient des particules qui vibrent légèrement. Les particules ne peuvent pas rester immobiles !

    3. Toutes les particules d'une même substance sont identiques.

    4. La température est le principal facteur qui influe sur la vitesse de déplacement d'une particule. Si tu augmentes la température d'un objet, les particules qu'il contient se déplaceront plus rapidement. De même, si tu diminues la température, ces particules ralentiront, mais elles ne s'arrêteront jamais complètement de bouger.

    5. Dans les gaz, il y a souvent des espaces énormes entre les particules, car elles se déplacent à une vitesse tellement élevée qu'elles sont capables de surmonter les forces d'attraction entre les particules. C'est différent des solides et des liquides, car ils n'ont pas assez d'énergie pour briser les liens qui maintiennent les particules ensemble.

    Le modèle des particules et la pression

    Nous savons ce qu'est le modèle particulaire de la matière, mais tu dois aussi être capable de parler plus en détail de la façon dont les gaz sont traités dans ce modèle. L'idée de pression est un sous-produit de l'étude des gaz dans le cadre du modèle des particules, et nous allons également y jeter un coup d'œil.

    Mouvement des particules dans les gaz

    Les particules des gaz se déplacent constamment, ce qui signifie qu'elles peuvent finir par exercer une certaine pression sur les parois de leur contenant. La pression est exercée par le gaz lorsque les particules entrent en collision avec quelque chose, soit entre elles, soit avec les limites du récipient dans lequel le gaz est maintenu. Par conséquent, le volume d'un récipient peut jouer un rôle dans la quantité de pression exercée par un gaz, car un petit volume entraînera plus de collisions qu'un grand volume pour un gaz ayant la même quantité de particules. En d'autres termes, si tu changes la température d'un gaz maintenu à volume constant, la pression exercée est la valeur qui changera.

    La température d'un gaz est liée à l'énergie cinétique moyenne des molécules qui le composent.

    La pression dans les gaz

    Contrairement aux solides, qui ne peuvent être comprimés que dans une faible mesure, les gaz peuvent être comprimés massivement, en occupant beaucoup moins d'espace qu'ils n'en auraient besoin. La poussée vers l'extérieur exercée par un gaz dans un récipient s'appelle la pression, qui est une force extérieure exercée sur les parois d'un récipient contenant un gaz.

    Pour une masse fixe de gaz maintenue à une température constante, la relation entre la pression et le volume peut être exprimée à l'aide de l'équation ci-dessous :

    pV=k

    ou en mots

    pressure × volume = constant

    Chacune des valeurs et leurs unités sont décrites ci-dessous :

    • p est la pression, mesurée en pascals (Pa)
    • V est le volume, mesuré en mètres cubes (m3)
    • k est une valeur constante

    L'expérience pour le modèle particulaire de la matière

    Alors que nous utilisons souvent des expériences pour prouver une théorie ou fournir des preuves à l'appui d'une théorie, l'expérience concernant le modèle particulaire de la matière n'a pas le même objectif. Cette expérience n'est en fait que quelque chose que nous pouvons voir et qui peut être expliqué par le modèle des particules de la matière. Elle ne fournit aucune sorte de preuve pour ou contre le modèle de particules de la matière lui-même.

    Cette pratique explore la densité des matériaux. Le calcul de la densité de ces matériaux nécessite une équation, qui est la valeur de la masse divisée par le volume.

    ρ=mV

    Density = MassVolume

    ρest la densité en kilogrammes par mètre cube(kg/m3),mest la masse en kilogrammes(kg)etVest le volume en mètres cubes(m3).

    N'oublie pas que lorsque tu réaliseras cette expérience, tu devras enregistrer toutes tes masses avec précision. Assure-toi de mesurer et d'observer la masse et le volume de chaque objet et veille à utiliser le bon appareil pour mesurer l'objet, en fonction de sa forme irrégulière. Il existe trois façons différentes de mesurer la densité, en fonction des trois types d'objets différents, que nous allons passer en revue maintenant.

    Solides réguliers

    1. Mesure les dimensions du solide. Si la forme est un parallélépipède, les mesures que tu dois calculer sont la longueur, la largeur et la hauteur. Tu dois mesurer chacune de ces longueurs plusieurs fois, et si elles varient, tu dois calculer la moyenne de chaque longueur. Une fois que tu as ces valeurs, tu peux calculer le volume.

    2. Une fois que tu as terminé, mesure la masse de ton objet.

    3. Tu devrais maintenant avoir les bonnes valeurs pour calculer la densité.

    4. Si tu sais de quel matériau est fait ton objet, tu peux rechercher sa densité réelle et comparer ces deux valeurs.

    Solides irréguliers

    1. La première chose à faire est de t'assurer que l'objet que tu as choisi peut entrer dans un cylindre de mesure.

    2. Mesure et enregistre la masse de l'objet à l'aide d'une balance.

    3. Ajoute suffisamment d'eau dans l'éprouvette graduée pour que l'objet puisse être recouvert. Mesure le volume de l'eau avant de placer l'objet dans le cylindre.

    4. Place l'objet dans l'éprouvette graduée et mesure le nouveau volume d'eau dans l'éprouvette.

    5. Tu devrais maintenant pouvoir calculer le volume de l'objet en soustrayant le deuxième volume d'eau du premier volume d'eau.

    6. Maintenant que tu as ces valeurs, tu peux calculer la densité du solide irrégulier.

    Les liquides

    1. Assure-toi d'utiliser le bon appareil de mesure pour tout mesurer avec un degré raisonnable de précision.

    2. Mesure la masse d'un cylindre de mesure vide. Tu devras la soustraire de la masse totale plus tard.

    3. Retire l'éprouvette graduée de la balance et verse 20 millilitres du liquide dont tu veux calculer la densité dans l'éprouvette.

    4. Mesure la nouvelle masse de l'éprouvette graduée, y compris le liquide qu'elle contient.

    5. Ajoute encore 20 millilitres et mesure à nouveau. Répète l'opération en ajoutant encore 20 millilitres. Tu disposes maintenant de trois mesures pour calculer la densité du liquide.

    6. Utilise chaque série de résultats pour calculer la valeur de la densité du liquide que tu as choisi. Rappelle-toi que la valeur de la densité peut être calculée en utilisant la masse et le volume que tu as calculés après chaque ajout de liquide.

    Rappelle-toi qu'un volume de 1 millilitre a la même valeur qu'un centimètre cube (1 cm3).

    Changements d'état

    Un autre facteur important du modèle particulaire de la matière est le fait que les substances peuvent passer d'un état à un autre. Lorsqu'une substance passe d'un état à un autre, la quantité d'énergie stockée par la substance change. C'est la seule valeur qui change ! Un changement d'état est un changement purement physique, ce qui signifie que la masse totale de la substance reste la même. Cela signifie également que le changement d'état est réversible, c'est-à-dire qu'une substance peut passer d'un état liquide à un état solide, puis redevenir liquide.

    Jette un coup d'œil au diagramme ci-dessous, qui te montrera les différents changements d'état qui peuvent avoir lieu.

    Diagrammes 2D du modèle de particules de la matière pour les changements d'état StudySmarterDiagramme illustrant les différents changements d'état entre les solides, les liquides et les gaz. Pour les changements d'état se produisant vers la droite, il faut ajouter de l'énergie, mais pour les changements d'état se produisant vers la gauche, il faut enlever de l'énergie, StudySmarter Originals

    Comme tu peux le voir dans le diagramme, cinq changements d'état différents peuvent se produire entre les solides, les liquides et les gaz.

    • Fusion - Lorsqu'un solide se transforme en liquide
    • Ébullition - Lorsqu'un liquide se transforme en gaz
    • Condensation - Lorsqu'un gaz se transforme en liquide
    • Congélation - Lorsqu'un liquide se transforme en solide.
    • Sublimation - Lorsqu'un solide se transforme directement en gaz, sans devenir liquide.

    Énergie interne et transferts d'énergie

    Lorsque nous parlons d'un système contenant de l'énergie, nous parlons généralement de la quantité d'énergie cinétique et d'énergie potentielle stockée par les particules. Un transfert d'énergie se produit à chaque fois que le système change. Par exemple, l'ébullition de l'eau est un exemple de transfert d'énergie. Nous allons faire un rapide tour d'horizon de l'énergie interne et des transferts d'énergie, mais n'oublie pas de lire l'article consacré à l'énergie interne, qui va beaucoup plus loin dans les détails.

    L'énergie interne

    L'énergie interne de tout système est la quantité d'énergie qui y est stockée. Dans le cas des substances, cette énergie est la somme totale de toutes les énergies cinétiques et potentielles de chaque particule de la substance. En d'autres termes, on peut dire que l'énergie interne d'une substance est l'énergie totale qui compose le système.

    L'énergie interne est l'énergie totale d'un système résultant du mouvement relatif, de la position et des interactions de ses parties. On dit que l'énergie interne est constituée de la somme des énergies cinétiques et des énergies potentielles des particules constitutives du système.

    Transferts d'énergie

    Lorsqu'une substance est chauffée, la quantité totale d'énergie qu'elle contient augmente, ce qui a pour effet d'augmenter la quantité d'énergie stockée par les particules qui composent le système. La température de la substance augmente alors jusqu'à un certain point, après quoi un changement d'état se produit. Il y a deux sous-thèmes dans l'énergie interne que nous devons discuter, le concept de capacité thermique spécifique et l'idée de chaleur latente spécifique.

    Capacité thermique spécifique

    La capacité thermique spécifique d'une substance est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter d'un degré Celsius la masse d'un kilogramme de cette substance. Pour calculer la capacité thermique spécifique d'une substance, nous devons utiliser une équation ! Regarde ci-dessous à quoi elle ressemble.

    E=mcθ

    Change in thermal energy = mass × specific heat capacity × temperature change

    Chaque partie de l'équation est expliquée ci-dessous :

    • Eest la variation de l'énergie thermique, mesurée en joules(J)
    • mest la masse, mesurée en kilogrammes(kg)
    • cest la capacité thermique spécifique de la substance donnée, mesurée en joules par kilogramme par degré Celsius(J/kg °C)
    • θest le changement de température, mesuré en degrés Celsius.(°C)

    Changement d'état et chaleur latente spécifique

    Lorsqu'une substance change d'état, il est extrêmement probable qu'elle soit chauffée ou refroidie. Nous savons donc qu'un changement d'état s'accompagne d'un changement d'énergie. L'énergie nécessaire pour qu'une substance change d'état est appelée chaleur latente. Lorsqu'une substance change d'état, sa température ne change pas, mais la quantité d'énergie interne stockée change.

    Bien que la température puisse rester la même pendant un changement d'état, nous savons que toute cette énergie doit aller quelque part ! Lorsqu'une substance fond ou s'évapore, l'augmentation de l'énergie interne permet de rompre les liaisons entre les particules, alors que lors de la condensation ou de la congélation, l'énergie sert à former de nouvelles liaisons entre les particules.

    Tu trouveras une équation pour la chaleur latente spécifique sur ta feuille d'équations, mais passons-la également en revue ici.

    E=mL

    Energy for a change of state = Mass × Specific latent heat

    Où chaque valeur signifie ce qui suit :

    • E est l'énergie nécessaire pour qu'un changement d'état se produise, ou simplement l'énergie, qui est mesurée en joules (J).
    • m est la masse de la substance et se mesure en kilogrammes (kg)
    • L est la chaleur latente spécifique de la substance. La chaleur latente spécifique est mesurée en joules par kilogramme (J/kg).

    Le sujet de la chaleur latente spécifique est beaucoup plus vaste que ce que nous pouvons examiner dans ce bref aperçu, alors dirige-toi vers l'article consacré à la chaleur latente spécifique.

    L'importance du modèle particulaire de la matière

    Nous devons comprendre le modèle particulaire de la matière parce qu'il constitue la base de notre compréhension du monde physique qui nous entoure. Premièrement, il fournit une explication raisonnable du comportement de la matière et deuxièmement, il explique que les particules de matière sont toujours en mouvement, qu'il s'agisse d'un solide, d'un liquide ou d'un gaz. Ce qui définit chacun de ces états, c'est la vitesse et la taille des vibrations qui s'y produisent.

    Nous pensons que la matière elle-même est immobile parce que nous ne voyons pas les particules d'un solide vibrer les unes contre les autres, et nous ne voyons pas les particules d'un gaz voler devant nous, ou entrer et sortir de nos poumons lorsque nous respirons. Elle peut également être utilisée pour expliquer ce qui se passe lors d'un changement d'état.

    Modèle particulaire de la matière - Principaux enseignements

    • Il existe trois états principaux de la matière : les solides, les liquides et les gaz. Chacun de ces états possède une quantité distincte d'énergie dans chacune des particules, et la distance entre les particules se réduit au fur et à mesure que l'on passe du gaz au solide.
    • L'exemple le plus facile à observer pour le modèle particulaire de la matière est l'eau, comme nous l'avons observé dans les glaçons et lorsque nous faisons bouillir de l'eau pour préparer du thé ou du café.
    • Nous savons que le modèle particulaire de la matière comporte cinq points principaux, assure-toi de les avoir mémorisés.
    • Les particules peuvent être des atomes, des molécules ou des ions, mais toute matière est constituée d'un seul type de particule.
    • La règle pour calculer la densité est de prendre la masse et de la diviser par le volume, et l'unité de densité est le kilogramme par mètre cube. L'équation est la suivante density = massvolume
    • Les changements d'état se produisent lorsqu'une substance passe d'un état à un autre, c'est-à-dire d'un solide à un liquide, ou d'un liquide à un gaz.
    • L'énergie interne est la somme de toute l'énergie contenue dans la substance. L'énergie interne d'une substance est importante pour comprendre comment une substance change d'état, ainsi que les transferts d'énergie.
    • La capacité thermique spécifique est la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer 1 kilogramme d'une substance donnée de 1 degré Celsius. L'équation permettant de calculer la capacité thermique spécifique est la suivante : Change in thermal energy = mass × specific heat capacity × temperature change
    • La chaleur latente spécifique est l'énergie nécessaire pour qu'une substance change d'état. L'équation de la chaleur latente spécifique est la suivante : Energy for a change of state = mass × specific latent heat
    Questions fréquemment posées en Modèle particulaire de la matière
    Qu'est-ce que le modèle particulaire de la matière?
    Le modèle particulaire de la matière est une théorie physique qui décrit la matière comme composée de minuscules particules indivisibles, telles que les atomes et les molécules.
    Comment les particules se comportent-elles selon ce modèle?
    Dans ce modèle, les particules sont toujours en mouvement; elles vibrent, tournent ou se déplacent en fonction de leur état physique (solide, liquide, gaz).
    Quels sont les états de la matière selon le modèle particulaire?
    Selon le modèle particulaire, la matière existe en trois états principaux: solide, liquide et gaz, chacun ayant des arrangements et des mouvements de particules distincts.
    Pourquoi le modèle particulaire est-il important en physique?
    Le modèle particulaire est crucial car il aide à expliquer les propriétés et comportements des différentes substances par l'agencement et le mouvement de leurs particules.

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    Comment les particules d'un solide se déplacent-elles les unes autour des autres ?

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    • Temps de lecture: 19 minutes
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