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La Physique-Chimie autrement

Histoire des sciences

Pourquoi la masse volumique varie-t-elle ?

En 1848, l’observation méthodique des cristaux amène Auguste Bravais à faire l’hypothèse que la matière est organisée symétriquement à très petite échelle. En 1912, les rayons X (découverts en 1895 par Wilhelm Röntgen), permettent à Max Von Laue de valider cette hypothèse, grâce à l’étrange image ci-dessous.
Avec l’amélioration des techniques de microscopie, on parvient à observer précisément l’organisation des atomes, et notamment le fait qu’ils sont disposés selon des motifs très réguliers. Chaque métal a une organisation différente : motif plus ou moins grand, atome plus ou moins lourd, etc. Tout cela influe sur la masse volumique !
Le motif le plus simple est appelé « cubique simple ». C’est celui que l’on étudie ici.
La masse volumique du métal est égale au rapport de la masse m d’un cube motif par son volume V = a3. Il faut donc connaitre le nombre d’atomes entiers d’un motif.
Doc. 3
Lien entre la structure cristalline et la masse volumique.

Objet d'étude

Un téléphone portable à 15 € ?

Tous les constructeurs de téléphones portables ont le même objectif : construire un téléphone performant, léger et le moins cher possible. Pour y parvenir, le choix des matériaux est crucial !
MatériauPrix (en € par kg)Masse volumiqueConducteurDureté
Fer0,17,9 g/cm3Moyen4
Aluminium22,7 g/cm3Bon1,5
Or30 00019 g/cm3Très bon2,5
Verre2504 g/cm3NonX
Doc. 1
Caractéristiques techniques de certains matériaux.
 CircuitCoqueÉcran
ConducteurTrès bonÉventuellementNon
RésistantNonTrèsOui
Volume nécessaire10 mm330 cm38 cm3
Doc. 2
Contraintes imposées par le constructeur pour les différentes parties du téléphone.

La Physique au quotidien

Avec l’amélioration des techniques de microscopie, on parvient à observer précisément l’organisation des atomes, et notamment le fait qu’ils sont disposés selon des motifs très réguliers. Chaque métal a une organisation différente : motif plus ou moins grand, atome plus ou moins lourd, etc. Tout cela influe sur la masse volumique !
Le motif le plus simple est appelé « cubique simple ». C’est celui que l’on étudie ici.
La masse volumique du métal est égale au rapport de la masse m d’un cube motif par son volume V = a3. Il faut donc connaitre le nombre d’atomes entiers d’un motif.
Doc. 3
Lien entre la structure cristalline et la masse volumique.

Quels sont les métaux utilisés dans nos petites pièces de monnaie ?

 Étapes de la fabrication :
  • Matériel :
    - Un aimant.
    - 22 pièces de 2 centimes d’euros.
    - Une balance de cuisine précise au gramme.
  • Observe si ces pièces sont attirées par l’aimant.
  • Les 22 pièces de 2 centimes ont un volume total d’environ 10 mL. Pèse-les.
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