Ascension d'un ballon sonde

[kizakoo]

Bonjour, en travaillant en classe sur un exo sur l'ascension d'un ballon sonde (thermo) on a considéré que la pression de l'helium à l'intérieur du ballon est égale à tt instant à la pression de l'air qui, elle, dépend de z (atmosphère isotherme).

L'énoncé:

 "Un ballon sonde, de masse m, sert à emmener à haute altitude un appareillage en vue d’effectuer des mesures. L’enveloppe du ballon contient n moles de gaz parfait (H2, M(H2) = 2 g.mol−1). L’atmosphère est assimilée à un gaz parfait, de masse molaire Mair = 29 g.mol−1, en équilibre isotherme à la température T0 = 273 K. La pression atmosphérique est P0 = 1 bar "

voici exactement ce qu'on a considéré:

Pour H2: P(z)V(z)=nRT0
Pour air: P(z)V(z)=nair(z)RT0

J'ai demandé au prof pourquoi considérer que la pression à l'intérieur du ballon est celle de l'air il m'a répondu que c'était du à un équilibre mécanique et thermique (paroi du ballon non adiabatique) qui s'établissaient à chaque instant .. puisque l'ascension du ballon se faisait petit-à-petit et non brusquement.
Mais je ne suis pas toujours convaincu par cet équilibre mécanique du coup je sollicite votre aide. Plus généralement, quand a-t-on équilibre -en termes de pression- de part et d'autre de la paroi séparant deux corps ? Si la paroi séparant ces deux corps est non adiabatique , est-ce qu'on a nécessairement équilibre thermique?

Merci d'avance
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[XK150]

Bonjour,
Les ballons sondes standard sont en composés élastiques très fin , au départ , ils sont plutôt filiformes , mais le diamètre peut augmenter de 400% ,et à haute altitude ils se distendent jusqu'à la rupture .
Donc pas utile de compliquer votre problème , l'enveloppe est considérée comme n'offrant aucune résistance mécanique à l'expansion et le gaz interne est à la température extérieure .

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Il s’agit de résoudre un exercice avec des hypothèses simplificatrices. Comme celle de la température constante de l’atmosphère ou du gaz interne à la même température.
L’autre hypothèse simplificatrice est la pression identique de chaque côté de l’enveloppe.
Dans la réalité, même pour un ballon de foire rempli à l’hélium, la pression ne peut pas être la même partout de chaque côté de l’enveloppe. Car il n’y aurait plus de poussée d’Archimède, et le ballon ne monterait pas.
Même pour un ballon sonde non élastique, on voit que le gaz s’accumule en haut du ballon et arrondit le haut. La pression interne est plus élevée que la pression externe, et ce sont les forces générées par ces pressions différentes qui donnent la pousse ascensionnelle.
Regardez cette image :
http://www2.ac-lyon.fr/etab/lycees/l...jpg?1479374244
provenant de ce site :
http://www2.ac-lyon.fr/etab/lycees/l....php?article46

Je répète, il s’agit de faire un exercice avec des simplifications. Donc, acceptez les hypothèses simplificatrices.
Au revoir.

[kizakoo]

Bonsoir et merci de vos réponses.
Comme l'hypothèse de l'égalité de la pression de part et d'autre de la paroi n'était pas évoquée dans l'énoncé il a fallu que j'y penses c'est pourquoi je cherchais une explication (démo) pour comprendre dans quel puis-je considèrer que la pression est égale de part et d'autre d'une paroi? Pour un ballon a volume constant , j'envisage que l'hypothèse n'est plus valide?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Oui. L’hypothèse de l’égalité de pressions n’est plus valable si le volume est constant.
Au revoir.