Forces et grandeurs dérivées - états de la matière 2

FORCE ET GRANDEURS DERIVEES ETATS DE LA MATIEREProfesseur Abderrahim DOUDOUH Chef du service de Mdecine Nuclaire H.M.I.M.VBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES I - FORCE 1/ Dfinition unitsGrandeur vectorielle ayant: Un point dapplication Une intensit Une direction et un sens

F = m.aDimension: MLT-2

Units:

N = Kg.m.s-2

(SI)

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A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES

2 / Champ de forceRgion de lespace ou sexerce une force distance sans liaison matrielle Intensit: F = X.Z A exerce une force F sur B

A

F

B

Z: force sexerant par unit de quantit XBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH


Cas particuliersa - Champ de pesanteur: F = mg (F = P)

b - Champ lectrique produit par une charge ponctuelle (q): F = q.Ec - Champ lectrique produit par un diple (q,q):

d qE = Eq + EqBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

q


3 - Champ lectrique produit par une charge ponctuelle qLa charge q est place au point O Le champ E produit par q en un point P est de: Direction: OP Sens : O vers P si q>0 , de P vers O si q0) Biophysique 1re anne du PCEM OCours du Prof. DOUDOUH

A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES4 - Champ lectrique produit par un diple (q, q) :



II PRESSION 1/ DfinitionLorsque la force F est rpartie sur une surface S, la pression P est dfinie comme tant:

P = F/SDimension: ML-1T-2 Units: kgm-1s-2 ou N/m2 ou Pa 1gcm-1s-2 = 1barye 1Pa = 10 barye 1Bar 105 PaBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

(SI) (cgs)

A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES Le mmHg ou Torr est la pression qui induit une dnivellation h = 1mm dans un manomtre mercure dont la masse volumique est de 13600 kg/m3 Lois de la statique des fluides: Daprs la relation: P = .g.h 1mmHg = 10- 3m.13600kg.m- 3.9,81m.s-2 = 133,4 Pa 4/3.102 Pa


A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES Latmosphre est la valeur de la pression atmosphrique normale au niveau de la mer: altitude=0) 1atm 100 KPa Le cm deau est la pression qui produit une dnivellation h =1cm dans un manomtre eau dont la masse volumique est de 1000 kg/m31cm deau = 10-2m.103Kg.m- 3.9,81m.s-2 = 98,1Pa 1 cm deau 100 PaBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES2/ Pression due la courbure dune membrane lastique tendue Membrane lastique est plane: Les forces dlasticit tendent diminuer sa surface, toutes dans le mme plan et il ny a pas de composante qui tend lincurver

Les F = coplanaires

F = 0


A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES Membrane courbe cylindrique: Exemple: artre de rayons R1 et R2Membrane soumise : - Pi: pression du fluide dans lartre - Pe: pression extrieure R1

PR2

Loi de Laplace: au point P, la surpression P = Pi Pe du cot concave de la membrane est donne par la relation: P = T (1/R1 + 1/R2) loi de Laplace T: tension de la membrane avec T= dF/dx , x est la longueur de la membrane vasculaire, F est la force exerce par le liquide sur la membrane)Biophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEESPour une artre rectiligne de rayon: Donc: P = T/R PR2 =

R1 = R et R2 =

(P = la pression transmurale Ptm)R1

quand : P devient > T/ R : clatement ( Pi >> Pe)et quand: P < T/ R : collabage ( Pi TFinalement: - Le plancher est plus solide que le plafond - Les anvrysmes se forment au plafond et non au plancher

oBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

R1 plafond plancher

o R2


III FORCES INTERPARTICULAIRES 1/ tats de la matire3 tats pour une substance donne, f(,P): Solide Liquide Gaz

rsultent de la comptition entre forces: attraction/ rpulsion

Exemple: Eau sous forme: glace, liquide et vapeur



2/ Forces dattraction 2-1/ Entre ions: Loi de coulomb: F = k.q.q/.d2d : distance entre ions : constante dilectrique q et q: charges opposes k: constante NB: est leve pour leau et basse pour lalcoolBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH


2-2/ Entre molcules neutres2-2-1/ Forces de Van Der Waals: Forces dues lingalit de rpartition des charges lectriques dans la molcule. La molcule se comporte comme un diple lectrique: attraction dautres diples

F = k/r7+ attraction

(r: distance entre molcules)

Ces forces < liaison chimiques (intramolculaires) + -


A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES2-2-2/ Diples molculairesa - Diples permanents Rpartition des charges (+ et -) est continuellement dissymtriques: molcules polaires; comme celles de leau b - Diples induits ou dformables Molcule loigne de toute charge lectrique: Pas de diple Place dans un champ lectrique E: molcule se transforme en diple

-

+

EBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH


c - Diples instantans Exemple: latome dhydrogne: charge (-e) tournant autour dun proton de charge (+e); diple instantan de direction variable chaque instant pBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES2-3/ Entre ions et diples molculairesLes ions attirent la partie du diple qui porte la charge oppose la leur et se trouvent entours dune ou plusieurs molcules polaires

Exemple: Phnomne de solvatation: eau H3O+

+ -

+

+

+

-

+


A/ FORCE ET GRANDEURS DERIVEES3 - Causes dloignement3-1/ Forces de rpulsion intermolculaires

Empche lagglomration des molcules et nintervient que si les molcules sont trs proches lune de lautre: F = k /r133-2/ Agitation thermique (AGT)

Principale cause dloignement Agitation dsordonne dont lintensit augmente avec : mouvement BrownienBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES1/ tat solide

Existe basse avec faible AGT : lev, V ne varie pas avec P, V varie peu avec , possde une forme propre


B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES2/ tat gazeux

Existe leve trs basse Compressible (varie avec P) V diminue avec la baisse de Pas de forme propre


B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES3/ tat liquide

tat intermdiaire leve V varie peu avec V ne varie pas avec P (incompressible) Pas de forme propre


B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES4 - Changements dtats4-1/ Transformations rciproques solide-liquide 4-1-1/ Fusion: s L Solide plac dans une enceinte leve en f(t):

T AB: solide CD: liquide BC: s+L = cte ( de fusion: A caractristique de La nature de la substance) B C

D

Exemple: Leau = 0C

tBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES4-1-2/ Conglation solidification:T

L

S

Liquide dans lenceinte avec baisse de = f(t)

o s tInteret biomdical: de conglation s dune solution < de conglation du solvant oBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES = (o s) : abaissement cryoscopique est utilis dans la mesure de losmolalit des liquides biologiques:

= k . OsmolalitNB: pour leau : k =1,86 Exercice 1:

loi de Raoult

Quelle est losmolalit dun plasma sanguin dont = 0,53C?

Rponse:Osmolalit = /k = 0,53/1,86 = 0,284 = 284 mmol/KgBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALES4-2/ Transformation liquide4-2-1/ Vaporisation: L

vapeurGaz

2 phnomnes: vaporation et bullition a/ vaporation:La transformation liquide-gaz se fait de faon lente et progressive avec passage de molcules de surface en vapeur sans formation de bulles de vapeur lintrieur du liquide:

vapeur liquideBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALESRemarques: Au niveau du poumon, lair alvolaire est 37C , la membrane alvolaire est imprgne deau. Cette aire alvolaire est sature en vapeur deau 37C. Chez lhomme, lvaporation deau permet llimination dexcs de quantit de chaleur produit normalement ou en cas de fivre; elle se fait au niveau des alvoles et de la peau.


B/ TATS DE LA MATIRE PROPRITS GNRALESb/ bullition:Transformation brutale du liquide en gaz Avec prsence de bulles de gaz dans le liquide dbullition (e) dpend de : - nature du liquide - pression Exemple: e deau sous P =1 atm est 100C

4-2-2/ liqufaction: gaz liquide Cest une condensation des gaz Exemples: oxygne , azote Interet mdical: ranimationBiophysique 1re anne du PCEM Cours du Prof. DOUDOUH

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