MATIÈRE (physique)État gazeux

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Propriétés de transport

Dans un gaz hors d'équilibre, l'agitation thermique produit le transport d'un point à un autre d'une grandeur moléculaire auquel est associé un phénomène macroscopique. Ainsi, le transport de masse est responsable de la diffusion d'un gaz dans un autre, le transport de chaleur est à l'origine de la conductibilité thermique et le transport de quantité de mouvement est associé au phénomène de viscosité. Ces propriétés dépendent essentiellement de la taille des molécules et du nombre moyen de collisions moléculaires par unité de temps. L'interprétation de ces phénomènes à l'échelle moléculaire fait intervenir une grandeur appelée libre parcours moyen, valeur moyenne de la distance parcourue par les molécules entre deux chocs successifs. Dans l'hypothèse où la distribution des vitesses moléculaires suit la loi de Maxwell, le libre parcours moyen a pour expression :

d est le diamètre des molécules, considérées comme des sphères rigides, et N leur nombre par unité de volume. Pour un diamètre moléculaire d = 0,36 nm (valeur pour le dioxygène) et un gaz à la pression atmosphérique (N = 3 × 1025 m—3), on obtient un libre parcours moyen l = 60 nm. La fréquence des collisions, qui est égale à v̄l —1 vaut 8 × 109 s—1 pour une vitesse moyenne v̄ = (8KBT/πm)1/2 = 500 ms—1. La grandeur moléculaire associée à un phénomène de transport constitue une variable dynamique G, dont le flux JG (par unité de temps et de surface) est proportionnel au gradient d'une quantité macroscopique X :

Ainsi, les flux de particules, de chaleur ou de quantité de mouvement sont respectivement proportionnels aux gradients de concentration, de température ou de vitesse. La constante de proportionnalité K, appelée coefficient de transport, s'identifie respectivement au coefficient de diffusion D (en m2s—1), à la conductibilité thermique λ (en Wm—1 K—1) et au coefficient de viscosité η (en Nsm—2 ou poiseuille). Dans le cas où le gradient de la grandeur X possède une composante non nulle suivant z, les lois macroscopiques gouvernant les [...]

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États désordonnés de la matière

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Représentation du diagramme de phase d'un corps pur

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Température d'ébullition des gaz rares

Température d'ébullition des gaz rares
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Distribution maxwellienne des vitesses moléculaires

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Pour citer l’article

Henri DUBOST, Jean-Marie FLAUD, « MATIÈRE (physique) - État gazeux », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 janvier 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etat-gazeux/