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\chapter{La matière}
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À l'issue le cycle 4, vous devez avoir une vision claire de la matière qui vous entoure, de ses constituants et de ses propriétés. Ces propriétés alliées à des grandeurs physiques sont là pour permettre de la décrire avec du vocabulaire précis, ayant un sens précis et appelant à des informations précises.
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Les autres introductions du cycle 4 sont les grandeurs physiques complétées d'unités (sauf quelques rares exceptions), aux unités s'ajoutent des appareils de mesure qu'il faut savoir brancher. Les unités ont des abréviations (ou symboles).
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Connaître la matière n'est que la première étape, une fois que vous savez la décrire, la suite consiste à comprendre comment elle se transforme.
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\section{Décrire la matière}
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Les prochaines sections et prochains paragraphes donneront un examen de différentes façons de décrire la matière en utilisant des caractéristiques qui permettent de lui attribuer des propriétés et qui définissent physiquement l'objet, ce sont des grandeurs physiques.
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\subsection{Les Grandeurs physiques pour décrire la matière}
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\textbf{Une grandeur physiques pour faire simple est quelque chose qui se mesure dans un objet (au sens large : un gaz est un objet aussi). C'est une propriété de la matière.} Cela a l'air vague, défini comme cela, car cette définition va englober tout un tas de phénomènes différents.
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Mais avant de commencer, regardons un tableau de bord des différentes grandeurs physiques qui ont été (ou auront été croisées) lors du cycle 4. Il faut bien comprendre une chose, comme précisé dans l'introduction : à chaque grandeur physique est associé un symbole, à (quasiment) chaque grandeur physique est associé une unité et souvent aussi un appareil de mesure. À chaque unité est elle même associée un symbole. Le tableau~\ref{tab:table-grandeurs-physiques} est là pour donner un aperçu.
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\begin{tabular}{ || l | c | l | c | l || }
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\hline
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Nom Grandeur & Symbole & Unité Grandeur & symbole & Appareil mesure \\
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masse & m & kilogramme & \si{\kilogram} & balance \\
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volume & V & Litre ou mètre-cube & \si{\liter} ou \si{\meter^3} & verrerie graduée \\
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température & ${ \Theta }$ & degré celsius & \si{\degreeCelsius} & thermomètre \\
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pression & p & hectoPascal & \si{\hecto\pascal} & manomètre \\
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temps & t & seconde & \si{\second} & chronomètre \\
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résistance électrique & R & ohm & \si{\ohm} & Ohmmètre \\
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densité & d & -- & -- & densimètre \\
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acidité & pH & -- & -- & pH-mètre \\
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charge électrique & Q & \si{\coulomb} & C & -- \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{center}
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\caption{\label{tab:table-grandeurs-physiques}Les grandeurs physiques vues ou citées au cycle 4}
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\end{table}
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\subsection{Les états de la matière}
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La matière est décrite par trois états physiques à des températures compréhensibles par les êtres humains :
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\begin{itemize}
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\item l'état solide,
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\item l'état liquide,
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\item l'état gazeux.
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\end{itemize}
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Il y a aussi un autre état physique appelé «~plasma~» qui existe à de très hautes températures, au-delà de deux millions de degrés celsius. Notez aussi que pour certains corps (comme la glace à base d'eau) il existe plusieurs états solides, mais cela ne se voit que dans très longtemps\dots{}. Notez aussi qu'en physique-chimie un «~corps~» est simplement une substance ou un objet qu'on étudie.
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\begin{quotation}
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\textbf{Tout corps physique ou chimique existe sous trois états physiques mais à des températures différentes. Chaque corps a ses propres températures de changement d'état et qui permettent aussi de l'identifier.}
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\end{quotation}
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\subsubsection{L'état solide}
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L'état solide est décrit par des objets qui gardent leur propre forme sauf si on les déforme. Au calme, ils ont une masse fixe, un volume fixe et une forme fixe. Pour tout corps l'état solide est son état physique le plus froid.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{etat-solide}
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\includegraphics[scale=0.5]{etat-solide.png}
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\caption{Les particules dans l'état solide sont rangées et ne bougent pas.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Au niveau atomique, les atomes ou les molécules dans l'état solide sont rangées les unes par rapport aux autres et ne bougent pas, elles vibrent un peu mais l'ensemble des molécules ou des atomes reste bien ordonné.
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\subsubsection{L'état liquide}
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L'état liquide est décrit par un volume fixe, une masse fixe mais pas de forme fixe puisqu'un liquide prendra la forme du récipient qui le contient. C'est l'état intermédiaire d'un corps.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{etat-liquide}
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\includegraphics[scale=0.5]{etat-liquide.png}
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\caption{Les particules dans l'état liquide glissent les unes sur les autres.}
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\end{center}
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\end{figure}
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\begin{quotation}
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\textbf{Un liquide a un volume propre mais pas de forme propre.}
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\end{quotation}
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Au niveau moléculaire, les molécules d'un liquide sont encore assez serrées les unes contre les autres mais ne sont plus rigidement alignées, elles glissent les unes sur les autres, donnant aux liquides leur propriété d'écoulement. Le désordre moléculaire est là mais modéré, les molécules vibrent plus que dans un solide.
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\paragraph{Remarque :} mis à part pour l'eau, la même quantité de matière prendra plus de place à l'état liquide qu'à l'état solide.
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\paragraph{La surface libre d'un liquide}\mbox{} \\
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La surface libre\footnote{La surface libre d'un liquide est la surface qui n'est pas en contact avec une des surfaces intérieures du récipient, elle est au contact de l'air libre.} d'un liquide dans un récipient reste toujours horizontale tant qu'elle n'a pas atteint le bord du récipient.
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\begin{figure}[!htbp]
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\begin{center}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-surface-libre-liquide.png}
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\caption{\label{fig:surface-libre-liquide}La surface libre du liquide toujours horizontale dans le récipient.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans l'expérience de la figure~\ref{fig:surface-libre-liquide}, le fil à plomb est toujours vertical quand il est immobile, la direction horizontale est perpendiculaire à la verticale. Les surfaces libres du liquide dans les récipients étant horizontales, vous pouvez voir que les surfaces libres des liquides et le fil à plomb sont perpendiculaires !
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Le liquide le plus présent sur terre et le plus important en quantité comme en importance pour la vie est l'eau, dont le test de reconnaissance est donné sur la figure~\ref{fig:test-eau-cuso4}.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-test-eau-cuso4.png}
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\caption{\label{fig:test-eau-cuso4}Test de l'eau au sulfate de cuivre anhydre. Lors de ce test, une solution (jaune) A sans eau ne réagit pas avec la poudre blanche/grise de sulfate de cuivre anhydre. Par contre un liquide (vert) B lui réagit. À ce moment là, le sulfate de cuivre anhydre bleuit.}
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\end{center}
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\end{figure}
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\subsubsection{L'état gazeux}
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L'état gazeux a une masse propre mais il n'a ni forme propre ni volume propre. Un gaz occupe tout l'espace qu'on lui donne, c'est ce qui fait qu'un flacon de parfum \emph{sent} à distance dès qu'il est ouvert, le parfum s'échappe par l'ouverture et tente d'occuper tout l'espace de la pièce où est le flacon. C'est l'état le plus chaud d'un corps qu'on puisse connaître à l'échelle humaine.
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\begin{quotation}
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\textbf{Un gaz n'a ni forme propre ni volume propre.}
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\end{quotation}
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{etat-gazeux}
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\includegraphics[scale=0.5]{etat-gazeux.png}
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\caption{Les particules dans l'état gazeux.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Au niveau particulaire les particules qui forment ce gaz sont écartées les unes des autres, il y a un grand désordre et les particules bougent beaucoup ! cela donne aux gaz leur propriété de dilatation et le fait qu'ils occupent tout l'espace disponible. Notez que certains gaz sont reconnaissables par des tests spécifiques tels que les trois images qui suivent le montrent :
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-test-co2.png}
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\caption{\label{fig:exp-test-co2}le test du dioxyde de carbone \chemform{CO_2}}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans l'expérience de la figure~\ref{fig:exp-test-co2}, la seringue a recueilli du \chemform{CO_2} et le teste avec de l'eau de chaux\footnote{L'eau de chaux est fabriquée à partir de la chaux éteinte \chemform{CaO} et de l'eau. On mélange \SI{10}{\gram} de chaux éteinte pour \SI{1}{\liter} d'eau bouillante, on verse la chaux éteinte dans l'eau bouillante en agitant à l'aide d'une baguette en verre quelques minutes puis on laisse refroidir et décanter. Une fois le mélange froid (à température ambiante) on le filtre avec un papier filtre, voilà ! L'eau de chaux est prête. ATTENTION : Port de lunettes, blouse et gants de protection indispensable !}.
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Lors de ce test l'eau de chaux \chemform{Ca(HO)_2} composée des ions (\chemform{Ca^{2+}} + 2\chemform{HO^{-}}) se trouble avec le dioxyde de carbone \chemform{CO_2} et donne du carbonate de calcium solide (poudre blanche de calcaire, c'est-à-dire de craie) de \chemform{CaCO_3} suivant la relation suivante :
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\begin{chemmath}
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CO_2 + Ca^{2+} + 2HO^{-} \longrightarrow CaCO_3 + H_2O
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\end{chemmath}
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-test-o2}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-test-o2.png}
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\caption{le test du dioxygène \chemform{O_2}}
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\end{center}
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\end{figure}
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Lors de ce test la pointe incandescente\footnote{Incandescente : devenue lumineuse car très chaude mais sans flamme.} se ravive et une flamme apparaît. C'est parce qu'il y a plus de dioxygène dans ce flacon que dans l'air ambiant que la pointe incandescente se met à brûler. L'expérience s'arrête dès qu'il n'y a plus de dioxygène \chemform{O_2} ou quand il n'y a plus de bois. ATTENTION cependant à bien choisir le verre du flacon car certains ne résistent pas à une flamme.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-test-h2}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-test-h2.png}
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\caption{le test du dihydrogène \chemform{H_2}}
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\end{center}
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\end{figure}
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Lors de ce test, le dihydrogène \chemform{H_2} produit au contact du dioxygène (entrée du tube) et de la flamme une mini-explosion semblable à une détonation. La flamme rentrera à l'intérieur du tube par dépression. Cela produira un petit bruit semblable à un aboiement (mais seulement s'il y a assez de gaz). ATTENTION : le tube en verre doit être résistant et il faut le laisser sur un portoir (et éviter de le tenir dans la main).
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\paragraph{Remarque :} je ne traite pas de l'état plasmatique car il n'existe que dans le c\oe{}ur des étoiles où la température dépasse les deux millions de degrés celsius.
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\paragraph{Remarque :} gaz, vapeur et fumée ne sont pas la même chose. Pour faire simple : une fumée est un gaz mélangé à de petites particules solides microscopiques, une vapeur est un gaz mélangé avec des micro-gouttelettes de liquide enfin un gaz est un gaz sans aucune sorte de particules dedans. \label{gaz-fumee-vapeur}
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\subsection{La masse}
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\textbf{La masse est une grandeur physique qui donne la quantité de matière.} Plus il y a de matière, plus il y a de masse. La masse est mesurée avec une balance. L'unité de la masse est le kilogramme dont le symbole est \si{\kilo\gram}. Dans l'exemple de la figure~\vref{fig:mesurer_masse_avec_balance}, l'objet est pesé sur la balance préalablement tarée (remise à zéro) puis la masse est mesurée.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-mesure-masse}
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\includegraphics[scale=0.7]{mesure-masse.png}
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\caption{\label{fig:mesurer_masse_avec_balance}mesurer une masse avec une balance}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans le cas d'une balance sans tare, il faudra effectuer une soustraction suivant la façon dont vous allez opérer. Attention également : toutes les balances font des arrondis sur leur dernier chiffre affiché (elles mesurent avec plus de précision que l'afficheur mais arrondissent), il faut en tenir compte lors des expériences. Les balances ont aussi un maximum qu'elles peuvent mesurer et ont un gros défaut : elles se dérèglent au fur et à mesure du temps (cela s'appelle la dérive). Il est donc nécessaire de la réinitialiser ou la tarer avant chaque mesure. Dans la pratique j'opte généralement pour trois mesures à chaque fois. Si ce sont les mêmes, je garde, sinon j'en refais trois et garde la valeur qui est revenue le plus souvent.
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Il existe différentes unités de masse à connaître (je ne citerai que les unités utilisées en sciences et en ingénierie). Il est aussi important de savoir convertir des valeurs d'une unité vers une autre unité (hormis sans doute les \si{\micro\gram} car ces derniers sont moins utilisés dans la vie de tous les jours pour le quidam :
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\begin{table}[H]
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{center}
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\label{table-unites-masse}
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\begin{tabular}{|| l | c | l | c ||}
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\hline
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unité & symbole & conversion & puissance de 10 \\
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\hline\hline
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tonne & t & 1 t = \SI{1000}{\kilo\gram} & \SI{e6}{\gram} \\
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\hline
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kilogramme & kg & \SI{1}{\kilo\gram} = \SI{1000}{\gram} & \SI{e3}{\gram} \\
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\hline
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gramme & g & -- & 10\textsuperscript{0}~\si{\gram} \\
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\hline
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milligramme & mg & \SI{1}{\gram} = \SI{1000}{\milli\gram} & \SI{e-3}{\gram} \\
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\hline
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microgramme & \si{\micro\gram} & \SI{1}{\milli\gram} = \SI{1000}{\micro\gram} & \SI{e-6}{\gram} \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{Quelques multiples de l'unité gramme.}
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\end{center}
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\end{table}
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\label{tab-units-masse}
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\begin{tabular}{ c | c | c | c | c | c | c | c | c | c | c | c | c }
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t & Q & . & kg & hg & Dg & g & dg & cg & mg & . & . & \si{\micro\gram} \\
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\hline
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& & & & & & & & & & & & \\
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\end{tabular}
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\caption{Tableau montrant l'organisation des différentes unités de masse, du \si{\micro\gram} jusqu'à la tonne.}
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\end{center}
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\end{table}
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{m{15em} c c c}
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exemple & valeur (g) & valeur (kg) & valeur (t) \\
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\hline\hline
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1 ordiphone & 150 & 0,15 & \num{0,00015} \\
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\hline
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1 bouteille de 1,5L d'eau & \num{1500} & 1,5 & \num{0,0015} \\
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\hline
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1 bébé à la naissance en moyenne & \num{3500} & 3,5 & \num{0,003 5} \\
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\hline
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1 pack de 6 bouteilles ou briques de 1 L (lait, eau) & \num{6000} & 6 & \num{0,006} \\
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\hline
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1 humain (en moyenne intersexuée) & \num{75000} & 75 & \num{0,075} \\
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\hline
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1 petite voiture & \num{900000} & 900 & 0,9 \\
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\hline
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1 grosse voiture & \num{1500000} & \num{1 500} & 1,5 \\
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\hline
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1 gros camion & \num{40000000} & \num{40 000} & 40 \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{center}
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\caption{\label{tab:exemple_masse}Exemples d'objets exprimés dans les trois unités suivantes.}
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\end{table}
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Le tableau~\vref{tab:exemple_masse} vous donne quelques exemples d'\emph{objets} exprimés dans les trois unités courantes que sont le gramme (g), le kilogramme (kg) et la tonne (t).
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\paragraph{Autres unités :} les pays anglosaxons utilisent un jeu d'unités différent basé sur les unités impériales, il s'agit de l'once (Oz, 1 Oz = \SI{28,349 523 125}{\gram}) la livre (1 lb = \SI{0,453 592 37}{\kilo\gram}) la short-ton ( 1 sh tn = \SI{907,184 74}{\kilo\gram} = 2000 lb) surtout valable aux USA et la long-ton ( 1 lg tn = \SI{1 016,046 908 8}{\kilo\gram} = 2240 lb) au royaume uni et la stone ( 1 st = \SI{6,350 293 18}{\kilo\gram} = 14 lb)\dots{} ce qui n'est pas pratique pour pouvoir échanger avec des savants ou des commerçants dans d'autres pays. La nécessité pour les échanges internationaux d'utiliser la même unité a donné lieu entre les pays utilisant le système métrique et les pays utilisants d'autres systèmes à de nombreuses disputes, voire des conflits.
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\subsection{Le volume}
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\textbf{Le volume est une grandeur physique qui donne l'espace en trois dimensions occupé par un objet quel que soit son état physique}. Il se mesure de trois façons différentes qui utilisent deux sortes de méthodes :
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\begin{itemize}
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\item avec une règle ou un pied-à-coulisse et une formule mathématique quand la forme de l'objet est décomposable en formes mathématiques connues (figure~\vref{fig:mesure_volumes} à gauche) ;
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\item si l'objet est liquide ou gazeux son volume peut être mesuré avec un récipient gradué (figure~\vref{fig:mesure_volumes} au centre). (\textit{Récipient fermé si c'est un gaz.}) ;
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\item si l'objet est solide mais assez dense et ne craignant pas l'immersion alors l'objet peut être immergé dans un récipient gradué, la différence de volume mesurée donnera le volume de l'objet. (figure~\vref{fig:mesure_volumes} à droite).
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\end{itemize}
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-mesure-volume}
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\includegraphics[scale=0.5]{mesures-volumes.png}
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\caption{\label{fig:mesure_volumes}Différentes méthodes de mesure des volumes.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Les dessins de la figure~\vref{fig:mesure_volumes} montrent les différentes méthodes que nous venons de voir. Vous aurez bien retenu que dans la 3\ieme{} méthode, l'objet doit être étanche et couler, si l'objet flotte sur l'eau vous pouvez toujours utiliser un liquide moins dense (de l'huile par exemple) en espérant qu'il coulera ainsi.
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Ont été vues lors du cycle 4 deux échelles d'unités de volume, l'une est le litre (symbole L) qui est plutôt utilisée en chimie, et l'autre est le mètre-cube (symbole \si{\cubic\meter}) qui est plutôt utilisée en physique.
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Il existe bien évidemment des multiples et des sous-multiples de ces unités. \textbf{Les conversions} les plus courantes \textbf{L ${\Leftrightarrow}$ mL et L ${\Leftrightarrow}$ cL sont à connaître par c\oe{}ur}, la première pour la chimie, la seconde dans la vie de tous les jours.
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\begin{table}[H]
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\label{unites-volume-L}
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{| l | c | l | c |}
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\hline
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\textbf{unité} & \textbf{symbole} & \textbf{conversion} & \textbf{puissance de 10} \\
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\hline\hline
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Litre & L & n/a & ${ {10}^{0} }$ \\
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\hline
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décilitre & dL & 1 L = 10 dL & ${ {10}^{-1} }$ \\
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\hline
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centilitre & cL & 1 L = 100 cL & ${ {10}^{-2} }$ \\
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\hline
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millilitre & mL & 1 L = 1000 mL & ${ {10}^{-3} }$ \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{center}
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\caption{Quelques sous-multiples du Litre.}
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\end{table}
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Les conversions suivantes sont plutôt utiles en physique et en ingénierie.
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\begin{table}[H]
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\label{unites-volume-m3}
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{| l | c | l |}
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\hline
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\textbf{unité} & \textbf{symbole} & \textbf{conversion} \\
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\hline\hline
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mètre-cube & \si{\cubic\meter} & n/a \\
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\hline
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décimètre-cube & \si{\cubic\deci\meter} & $\SI{1}{\cubic\deci\meter} = \SI{e-3}{\cubic\meter}$ \\
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\hline
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centimètre-cube & \si{\cubic\centi\meter} & $\SI{1}{\cubic\centi\meter}=\SI{e-6}{\cubic\meter}$ \\
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\hline
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\end{tabular}
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\end{center}
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||
\caption{Quelques sous-multiples du \si{\cubic\meter}}
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\end{table}
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De plus vous avez aussi à connaître ces équivalences \emph{par coeur} :
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\begin{itemize}
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\item $\SI{1}{\cubic\meter} = \SI{1000}{\liter}$
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\item $\SI{1}{\cubic\deci\meter} = \SI{1}{\liter}$
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\item $\SI{1}{\cubic\centi\meter} = \SI{1}{\milli\liter}$
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\end{itemize}
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La conversion $\SI{1000}{\liter} {\Longleftrightarrow} \SI{1}{\cubic\meter}$ est quant à elle \textbf{à connaître absolument} car c'est celle qui est utilisée couramment pour tout ce qui est gros volume : piscines, cuves de pétroles / gaz\dots{} et qui vous sera facturée autour de vous.
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\subsection{La température}
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\textbf{La température est une grandeur physique qui indique l'état d'échauffement de la matière et son agitation atomique et moléculaire} qui se traduit par de l'énergie thermique. L'appareil de mesure est le thermomètre.
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L'unité française de la température est le degré celsius (symbole : \si{\celsius}) mais il existe aussi une unité spéciale utilisée par les chimistes et les physiciens, le kelvin (\si{\kelvin}). Pour passer d'une température en \si{celcius} à une température en \si{\kelvin}, on utilise la formule suivante :
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$${K} = {\Theta} + {273,15}$$
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Dans les pays anglosaxons, il y a aussi le degré Farenheit (symbole : \ensuremath{^{\circ}}F ) avec la conversion suivante : ${F} = \dfrac{9}{5}\times{\Theta}+{32}$ et le Rankin,e qui équivaut au Kelvin pour les unités anglo-saxones.
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Le tableau \vref{tab:conversion_temperature} vous donne quelques valeurs notables de températures en \si{\celsius}, en \si{\kelvin} et en \ensuremath{^{\circ}}F.
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\label{tab-convs-degc-kelv}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{|l|c|c|c|}
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\hline
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Événement & en \si\celsius & en \si\kelvin & en \ensuremath{^{\circ}}F \\
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\hline\hline
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Le zéro absolu & -273,15 & 0 & -459,67 \\
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Le mercure métallique devient solide & -38,842 & 234,31 & -37,916 \\
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Température d'un congélateur 3 étoiles & -18 & 255,15 & 0,4 \\
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\textbf{La glace fond} & \textbf{0} & \textbf{273,15} & \textbf{32} \\
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Température un peu fraîche (automne) & 15 & 288,15 & 59 \\
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Température habituelle d'un labo & 20 & 293,15 & 68 \\
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Température classique d'une transformation chimique & 25 & 298,15 & 77 \\
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Température d'un été «~normal~» & 30 & 303,15 & 86 \\
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Canicule & 40 & 313,15 & 104 \\
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L'eau bout & 100 & 373,15 & 212 \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{\label{tab:conversion_temperature}Quelques exemples de conversions \ensuremath{^{\circ}}C en K et en \ensuremath{^{\circ}}F. }
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\end{center}
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\end{table}
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\subsection{La pression}
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\begin{quotation}
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\textbf{La pression est une grandeur physique qui indique comment appuie un fluide (un gaz ou un liquide) sur toute surface autour de lui.}
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\end{quotation}
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Il y a deux appareils de mesure que sont le manomètre (celui par exemple de la station service pour vérifier la pression des pneus) ou le baromètre (car au XVII\ieme{} siècle, la relation entre le temps qu'il fait et la pression atmosphérique a été établi).
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{manometre-barometre}
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\includegraphics[scale=0.5]{img-baro-manometres.png}
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\caption{(1) Un manomètre, (2) un baromètre circulaire et (3) un baromètre de Torricelli.}
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\end{center}
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\end{figure}
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L'unité utilisée couramment est l'hecto-pascal (\si{\hecto\pascal}). Il y a bien sûr d'autres unités de pression dont une utilisée aussi très couramment : le millimètre de mercure (\si\mmHg). Bien sûr, la pression est en lien avec les propriétés des différents états physiques.
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{|m{15em} |c| c| c|}
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\hline
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\textbf{exemple de situation} & \textbf{pression en hPa} &\textbf{ pression en bar} & \textbf{pression en mmHg} \\
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\hline\hline
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Vide spatial & $\num{e-13} \approx 0$ & 0 & 0 \\
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\hline
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Pression de l'atmosphère martienne & 6 & 0,0063 & 4,5 \\
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\hline
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Pression de l'atmosphère terrestre & 1 013 & 1,013 & 760 \\
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\hline
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Pression dans une cocote minute (avec soupape) & 1 800 & 1,8 & 1 350 \\
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\hline
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Pression dans un pneu de voiture & 2 200 & 2,2 & 1 672 \\
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\hline
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Pression dans une roue de vélo & 3 500 & 3,5 & 2 660\\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{\label{tab:pressions_communes}Exemples de pressions communes dans trois unités différentes.}
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\end{center}
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\end{table}
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Le tableau \vref{tab:pressions_communes} donne quelques exemples de pressions communes.
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\subsubsection{Pression et compression}
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Il y a un lien direct entre la pression d'un fluide (gaz la plupart du temps mais aussi liquide parfois) et l'action de comprimer ou au contraire de dilater le fluide en question. Ces actions jouent sur la façon dont les molécules sont plus ou moins serrées dans le récipient. La règle est simple :
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\begin{itemize}
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\item \textbf{Si on comprime un gaz alors la pression augmente.}
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\item \textbf{Si on dilate un gaz alors la pression diminue.}
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\end{itemize}
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Dans la figure~\vref{fig:compression_gaz}, le gaz à gauche occupe un certain espace et affiche une certaine pression. En le comprimant ce gaz a toujours la même quantité de matière (il a le même nombre de particules dessinées) mais occupe moins d'espace. Cela se traduit par une pression plus élevée. Comment cela se voit-il ? Regardez les deux appareils de mesure, la pression passe de \textbf{N} (Normale) à \textbf{+} (plus forte). Au sein de la seringue les molécules sont plus serrées.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{compression-gaz}
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\includegraphics[scale=0.4]{seringue-compression.png}
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\caption{\label{fig:compression_gaz}Compression d'un gaz dans une seringue}
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\end{center}
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\end{figure}
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Dans le cas de la figure~\vref{fig:dilation_gaz}, par contre c'est le contraire, l'image de gauche montre des particules qui sont à une certaine distance les une des autres, en allant de gauche à droite on augmente le volume ce qui se traduit par un volume plus grand, un espacement des particules plus grand et une pression qui diminue. On voit la pression passer de \textbf{N} (Normale) à \textbf{-} (moins forte) et les particules à l'intérieur de la seringue s'écarter.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{dilatation-gaz}
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\includegraphics[scale=0.4]{seringue-dilatation.png}
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\caption{\label{fig:dilation_gaz}Dilatation d'un gaz dans une seringue}
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\end{center}
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\end{figure}
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\begin{quotation}
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\textit{Dans l'espace il n'y a pas d'air donc il n'y a pas de pression.}
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\end{quotation}
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\begin{quote}
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\textbf{À retenir : La compression d'un gaz dans un récipient fermé augmente la pression, la dilatation de ce même gaz diminue la pression.}
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\end{quote}
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\subsection{Les propriétés magnétiques}
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\textbf{Certaines matières sont naturellement aimantées. Elles ont la propriété d'attirer les objets contenant du fer.}
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\textbf{Un aimant possède deux extrémités appelées pôle Nord et pôle Sud.} Lorsqu'on approche deux pôles différents (un nord et un sud), alors les deux aimants sont attirés l'un vers l'autre. Si par contre on approche deux aimants par le même pôle (deux pôles nord ou deux pôles sud), alors les deux aimants se repoussent, c'est ce qui est montré sur la figure~\vref{fig:magnetisme}.
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{aimants-actions}
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\includegraphics[scale=0.5]{aimants.png}
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\caption{\label{fig:magnetisme}Attractions et répulsions magnétiques}
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\end{center}
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\end{figure}
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(ajouter paragraphe sur les différents usages, IRM, ILS, systèmes anti-endormissement les trains).
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\subsection{Les propriétés de conductivité électrique}
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\textbf{Certaines substances laissent passer le courant électrique, elles sont conductrices de courant.} Dans la figure~\vref{fig:test_conductivite}, la substance (rectangle gris tenu par les deux pinces que sont les rectangles blancs) laisse passer le courant ou le bloque. L’ampèremètre placé en bas (cercle avec le A) indiquera l'intensité du courant électrique (voir le chapitre~\vref{chap:circuits_electriques}).
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Si l'objet est conducteur alors l’ampèremètre indiquera une valeur non-nulle. Si par contre l'objet est isolant alors l’ampèremètre indiquera 0 A (zéro ampère, valeur nulle).
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{exp-conductivite}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-conductivite.png}
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\caption{\label{fig:test_conductivite}Schéma d'expérience de test de conductivité.}
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\end{center}
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\end{figure}
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Le tableau~\vref{tab:conductivite_electrique} donne quelques exemples de matériaux et leur conductivité (ou leur non-conductivité) :
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{|l|l|l|l|l|l|}
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\hline\
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\textbf{Matière testée} & \textbf{Métal} & \textbf{Vraie mine crayon} & \textbf{Plastique} & \textbf{Papier} & \textbf{Tissus} \\
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\hline\hline
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État de la lampe & Allumée & Allumée & Éteinte & Éteinte & Éteinte \\
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Valeur sur l'ampèremètre & ${ \neq }$ 0 & ${ \neq }$ 0 & 0 & 0 & 0 \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{\label{tab:conductivite_electrique}Quelques exemples de matériaux à l'épreuve de la conductivité électrique}
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\end{center}
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\end{table}
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Notez que certains liquides peuvent aussi conduire le courant électrique, principalement des solutions ioniques. (voir la section~\vref{sec:ions}).
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\begin{quote}
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\textbf{Isolant : objet qui empêche le courant électrique de passer.}
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\linebreak
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\textbf{Conducteur : objet qui laisse le courant électrique passer.}
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\end{quote}
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\subsection{Les propriétés électriques}
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\sloppy
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Certaines substances sont naturellement chargées électriquement, elles ont une \textit{charge électrique} qui existera tant que la substance n'a pas été déchargée (par contact avec autre chose). Cela vous arrive parfois de vous charger électriquement (lorsque vous avez chaud dans un pull en laine et que vous le frottez contre le tissus en plastique d'un revêtement intérieur d'une voiture par exemple). Un contact avec un objet de charge différente transfère une partie de la charge pour que les deux objets soient chargés de la même façon, provoquant une décharge électrique au point de contact qui peut être douloureuse (pour reprendre l'exemple : en sortant vous touchez la portière en métal du véhicule, boum vous prenez une décharge). \textit{Cela n'a rien à voir avec l'expression «~prendre un coup de jus~» qui correspond à une électrisation car dans le cas de la voiture, vous portez la charge, et dans le «~prendre un coup de jus~» vous la recevez.}
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Notez que cette propriété est différente de celle du paragraphe précédent sur la conductivité électrique.
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\subsection{Les propriété de conductivité thermique}
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\textbf{Chaque matière peut transmettre plus ou moins vite la température. C'est la conductivité thermique.} Certaines matières seront dites isolantes car elle ralentissent la diffusion de la chaleur (par exemple la laine de verre retient la chaleur d'une maison car elle retarde la perte de cette chaleur à travers elle).
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\begin{figure}[H]
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\label{exp-conductivite-therm}
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\begin{center}
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\includegraphics[scale=0.5]{exp-condu-therm.png}
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\end{center}
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\caption{Une expérience de conductivité avec une bille, une bougie et de la cire.}
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\end{figure}
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Le tableau~\vref{tab:conductivite_thermique} reprend quelques valeurs mesurées en classe par les élèves de 6\ieme{} lors de cette année scolaire :
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{| l | l |l |l |l |l |}
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\hline
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matière testée & cuivre & zinc & aluminium & fer & verre \\
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\hline\hline
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temps pour fondre \linebreak la cire & 40 s & 73 s & 38 s & 141 s & ${ > }$ 5 min : résultat négatif. \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{\label{tab:conductivite_thermique}Quelques mesures de la conductivité thermique vue au cycle 3}
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\end{center}
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\end{table}
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\subsection{Les propriétés acido-basiques : le pH}
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Certaines substances contiennent un ion appelé ion hydrogène (ou aussi ion hydronium) dont la formule chimique est \chemform{H^+} (ou \chemform{H_3O^+}). Ces substances sont appelées Acides, c'est une de leurs propriétés. Il existe un autre ion appelé hydroxyde \chemform{OH^-} qui a des propriétés similaires mais qui sera appelé ion basique. Une forte concentration de l'un ou de l'autre de ces ions rend la solution dangereuse. Ces deux ions ont la particularité de s'annuler mais \textbf{attention car cela produit beaucoup de chaleur} :
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\[
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\chemical{H_3O^+}{ion~hydronium} \chemical{+} \chemical{HO^-}{ion~hydroxyde}
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\chemical{->}{}{}
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\chemical{2H_2O}{eau}
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\]
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Le pH n'a pas d'unité. Lorsque la substance acide ou basique est dissoute dans de l'eau, alors son pH, à une température autour de \SI{25}{\degreeCelsius}, alors on aura la propriété suivante pour le pH :
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\begin{itemize}
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\item Si le pH est inférieur à 7, alors la solution est acide et contient beaucoup d'ions \chemform{H_3O^+} ;
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\item Si le pH est égal à 7, alors il y a autant d'ions \chemform{H_3O^+} que d'ions \chemform{OH^-} ;
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\item Si le pH est supérieur à 7, alors la solution est basique et contient beaucoup d'ions \chemform{OH^-} ;
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\end{itemize}
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La figure~\vref{fig:echelle_ph} résume tout ceci, la solution ne présente aucun danger acidobasique à $\text{pH} = 7$ mais plus on s'approche de 0 et plus c'est dangereux, idem en s'approchant de 14.
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\textbf{Attention, le pH n'est pas une unité linéaire : passer de $\text{pH} = 7$ à $\text{pH} = 6$ veut dire qu'on est 10 fois plus acide, mais passer de $\text{pH} =7$ à $\text{pH} = 4$ signifie qu'on est 1000 fois plus acide !}
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\begin{figure}[H]
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\begin{center}
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\label{img-echelle-ph}
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\includegraphics[scale=0.5]{echelle-ph.png}
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\caption{\label{fig:echelle_ph}l'échelle de pH dans une solution aqueuse à \SI{25}{\degreeCelsius}}
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\end{center}
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\end{figure}
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Les couleurs du dessin de la figure~\vref{fig:echelle_ph} sont celles habituelles du disque des couleurs livré avec le papier pH utilisé lors des expériences en cours. Ce papier pH peut prendre chacune de ces couleurs. Quant au tableau~\vref{tab:exemples_ph}, il donne le pH approximatif de différentes substances de la vie courante.
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\begin{table}[H]
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\begin{center}
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\renewcommand*{\arraystretch}{1.5}
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\begin{tabular}{| c | c || c | c | }
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\hline
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\textbf{nom de la substance} & \textbf{pH} & \textbf{nom de la substance} & \textbf{pH} \\
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\hline\hline
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Vinaigre & 2 & xxxx cola & 2,1 \\
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Jus de citron & 3,5 & Jus de tomate & 4 \\
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Eau de Perrier & 6,1 & Eau de Volvic & 7 \\
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Shampooing pour nourrissons & 7 & Eau d'Évian & 7,4 \\
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Eau de St-Yorre & 7,9 & Eau de mer & 8,3 \\
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Eau de Javel & 12,7 & Lessive de soude & 14 \\
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\hline
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\end{tabular}
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\caption{\label{tab:exemples_ph}Quelques exemples de liquides et leur pH.}
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\end{center}
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\end{table}
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