Les propriétés de la matière
Introduction :
La matière se présente sous différentes formes et états : liquide, solide ou gaz. Nous allons voir que, quels que soient sa forme ou son état, elle possède de nombreuses propriétés.
Ces propriétés sont utiles pour décrire et comparer des échantillons de matière. Par exemple deux liquides comme l’huile et l’eau ne possèdent pas la même masse à volume égal, ou encore les deux solides que sont le bois et le fer ne conduisent pas la chaleur de la même manière.
Dans ce cours nous allons découvrir la masse, une grandeur qui caractérise la matière, puis nous décrirons à l’aide d’expériences les principales propriétés de la matière.
La grandeur caractérisant la matière : la masse
La grandeur caractérisant la matière : la masse
Définition
Masse :
La masse est la quantité de matière contenue dans un objet.
La masse peut se mesurer à l’aide d’une balance et son unité dans le Système international est le kilogramme $(\text{kg})$. Il existe également des multiples et sous-multiples de cette unité pour mesurer de très grandes ou de très petites quantités de matière. Le tableau suivant présente les principales unités utilisées.
| Unité | tonne | quintal | kilogramme | gramme | milligramme |
| Symbole | $$\text{t}$$ | $$\text{q}$$ | $$\text{kg}$$ | $$\text{g}$$ | $$\text{mg}$$ |
| Correspondance en $\text{kg}$ | $$1000$$ | $$100$$ | $$1$$ | $$0,001$$ | $$0,000001$$ |
Exemple
La masse du verre en plastique mesurée par une balance est de $12\ \text{g}$, alors que celle du verre en verre est de $132\ \text{g}$. Ils ont la même taille et la même forme, mais pas la même masse.
Pour comparer plusieurs échantillons de matière, on utilise également leur densité.
La densité d’un liquide ou d’un solide
La densité d’un liquide ou d’un solide
Définition
Densité :
C’est une valeur que l’on note $d$ et qui est associée à chaque matériau par rapport à un matériau de référence : l’eau pure.
On retiendra que l’eau pure a pour densité $d=1$, ce qui implique que $1$ litre d’eau a une masse de $1\ \text{kg}$.
Lorsqu’un matériau a une densité supérieure à $1$, il coule si on le place dans l’eau. On dit qu’il est plus dense que l’eau.
Exemple
L’aluminium coule dans l’eau car il a une densité égale à $2,7$.
Lorsque la densité d’un matériau est inférieure à $1$, il flotte si on le place dans l’eau. On dit qu’il est moins dense que l’eau.
Exemple
Le liège flotte sur l’eau car il a une densité égale à $0,2$.
Expérience :
On place différents liquides et matériaux dans un verre. La position de chaque matériau dépend de leur densité. L’eau a une densité égale à $1$. L’huile et le morceau de bois ont une densité inférieure à $1$ car ils flottent au-dessus de l’eau. On remarque aussi que le miel et les clous en fer ont une densité supérieure à $1$ car ils sont sous
l’eau.
À retenir
Un échantillon de matière est caractérisé par sa masse qui s’exprime en kilogramme. En fonction de sa densité, l’échantillon coule ou flotte sur l’eau.
Les propriétés de la matière liquide ou solide
Les propriétés de la matière liquide ou solide
Pour décrire la matière, on peut utiliser différentes propriétés.
La conductivité électrique
La conductivité électrique
Définition
Conducteur (électrique) :
Un matériau est dit conducteur électrique s’il laisse passer le courant électrique, il est bon conducteur électrique s’il laisse passer facilement le courant.
Définition
Isolant (électrique) :
Un matériau est dit isolant électrique s’il ne laisse pas passer le courant.
Expérience :
Pour mettre en évidence la conductivité électrique d’un matériau, on réalise un circuit électrique comportant des fils conducteurs, une pile, un interrupteur, le matériau à tester et une lampe. Si la lampe s’allume lorsqu’on ferme l’interrupteur, alors le matériau est conducteur de courant.
Exemple
Tous les métaux, comme le fer ou le cuivre, sont conducteurs électriques. À l’inverse, le bois, le plastique, le carton sont des isolants.
La conductivité thermique
La conductivité thermique
Définition
Conducteur (thermique) :
Un matériau est un conducteur thermique s’il laisse passer la chaleur, il est bon conducteur thermique s’il laisse passer facilement la chaleur.
Définition
Isolant (thermique) :
S’il ne laisse pas passer la chaleur, on dit que le matériau est un isolant thermique.
Expérience :
Pour mettre en évidence le fait qu’un matériau est bon conducteur thermique, on colle plusieurs clous sur une règle métallique avec de la cire de bougie fondue. On place l’extrémité de la règle au-dessus de la flamme de la bougie et, si les clous tombent rapidement les uns après les autres (en quelques secondes), alors la règle est un bon conducteur thermique. Sinon, le matériau qui compose la règle est un bon isolant thermique.
Exemple
Le bois est un bon isolant thermique.
L’élasticité
L’élasticité
Définition
Élasticité :
Un matériau est dit élastique s’il a la capacité de reprendre sa forme initiale après avoir été déformé.
On dit qu’il est parfaitement élastique si le matériau retrouve totalement sa forme après avoir été déformé.
On dit qu’il est partiellement élastique si le matériau déformé ne retrouve pas totalement sa forme initiale.
Expérience :
On va étudier l’élasticité du caoutchouc et de la pâte à modeler. On place un élastique en caoutchouc à l’extrémité de deux doigts que l’on écarte. Lorsqu’on resserre les deux doigts, l’élastique revient à sa forme d’origine.
Test de l’élasticité du caoutchouc
On prend maintenant un morceau de pâte à modeler que l’on malaxe afin d’avoir une boule. On appuie plusieurs doigts sur cette boule, puis on les retire. La pâte à modeler conserve l’empreinte des doigts et ne revient pas à sa forme d’origine : la pâte à modeler n’est pas élastique.
Le magnétisme
Le magnétisme
Définition
Magnétisme :
Le magnétisme est un phénomène physique que l’on peut observer en présence d’un aimant naturel ou artificiel.
Proches d’un aimant, certains objets sont attirés, repoussés ou ne réagissent pas.
- Les objets attirés ou repoussés par ces aimants sont dits ferromagnétiques.
Le trombone et la paire de ciseaux sont ferromagnétiques ; en revanche, la gomme ne l’est pas.
Conclusion :
La matière est caractérisée par sa masse et des propriétés comme sa densité (liée à la masse et au volume), la conductivité électrique et thermique, l’élasticité et le magnétisme. Toutes ces propriétés permettent de différencier des échantillons de matière.