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Fiche résumé — Masse volumique et dilatation thermique

Chapitre 1 | 1ère Bac Pro (Grpt 5) | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

L₀ (froid) L₀ L₀+ΔL (chaud) ΔL

Masse volumique

Masse par unité de volume. Unité : g/cm³ ou kg/m³.

\(\rho = \dfrac{m}{V}\)

\(m\) en kg ou g · \(V\) en m³ ou cm³.

Conversions

\(1\,\text{g/cm}^3 = 1\,000\,\text{kg/m}^3\)
\(1\,\text{cm}^3 = 10^{-6}\,\text{m}^3\)

Référence : eau = 1,00 g/cm³ = 1 000 kg/m³.

Dilatation linéaire

En chauffant, les matériaux s'allongent.

\(\Delta L = \alpha \times L_0 \times \Delta T\)

\(\alpha\) : coefficient (°C⁻¹) · \(L_0\) : longueur initiale · \(\Delta T\) : variation de température.

Longueur finale

\(L = L_0 + \Delta L = L_0\,(1 + \alpha\,\Delta T)\)

Avec \(\Delta T = T_{\text{final}} - T_{\text{initial}}\).

Quelques ρ (g/cm³)

  • Bois (pin) : 0,55 — Eau : 1,00
  • Béton : 2,40 — Verre : 2,50
  • Aluminium : 2,70 — Acier : 7,80

Quelques α (°C⁻¹)

  • Verre : 9×10⁻⁶ — Béton : 10–12×10⁻⁶
  • Acier : 12×10⁻⁶ — Cuivre : 17×10⁻⁶
  • Aluminium : 23×10⁻⁶ — PVC : 80×10⁻⁶

Applications — Joints de dilatation

  • Pont métallique : joints pour absorber l'allongement entre l'hiver et l'été.
  • Rails de chemin de fer : espace entre rails pour éviter le flambement en été.
  • Canalisations de chauffage : lires (compensateurs en U) pour absorber la dilatation des tuyaux.
  • Dalles de béton : joints de retrait/dilatation tous les 20–30 m contre la fissuration.
  • Réservoir d'eau chaude : groupe de sécurité contre la surpression due à la dilatation de l'eau.
Piège : oublier de convertir les unités (g/cm³ ↔ kg/m³) avant d'appliquer une formule. Et ne pas confondre ΔT (variation) et T (température) : ΔT = T_final − T_initial.
Piège : un corps flotte si ρ_corps < ρ_fluide (pas l'inverse). Le coefficient α est très petit (ordre 10⁻⁶) : soigner les puissances de 10.
Astuce : pour comparer deux matériaux, exprime toujours les ρ dans la même unité. « Plus dense » = même volume mais plus de masse.
Astuce : dilatation = effet petit mais réel — sur 100 m d'acier et ΔT = 50 °C, ΔL = 12×10⁻⁶ × 100 × 50 = 6 cm. D'où les joints !

Résumé express — Méthode type (dilatation)

  1. Repérer \(L_0\), \(\alpha\) (table) et calculer \(\Delta T = T_{\text{final}} - T_{\text{initial}}\).
  2. Vérifier que \(L_0\) et le résultat seront dans la même unité.
  3. Appliquer \(\Delta L = \alpha \times L_0 \times \Delta T\) (attention aux 10⁻⁶).
  4. Conclure : \(L = L_0 + \Delta L\) et interpréter (joint nécessaire ?).