La céramique

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Matériaux

Les céramiques sont des matériaux en général isolants électriques, obtenus par chauffage d’une pâte de composition spécifique (mélange d’oxydes ou de non oxydes ou bien encore composite des deux). Ces matériaux sont de faible densité (du fait de leur porosité), de grande résistance mécanique et thermique (utilisation comme briques réfractaires à la chaleur, par exemple dans les navettes spatiales, les avions).

On obtient un bloc céramique en chauffant à haute température une masse de particules d’alumine (oxyde d’aluminium). Le produit fini est poreux et on cherche à mesurer le degré de porosité (l’espace vide dans le matériau).

Pour cela, on ferme les pores de surface à l’aide d’un enduit (de masse négligeable), et on immerge complètement la céramique dans de l’eau, en la reliant à un dynamomètre qui affiche une force résultante (dirigée vers le haut) de 1 600 mN.

On connaît par ailleurs les masses volumiques de l’eau et de l’alumine :

 ; .

En étudiant les forces qui s’exercent à l’équilibre sur le bloc de céramique, on veut calculer la fraction volumique de porosité, autrement dit le rapport :

.

Ce rapport mesure la « quantité » de vide contenue dans le solide céramique.

1. Calculer le volume de l’alumine en utilisant sa masse volumique.

2. Étudier à l’aide de la seconde loi de Newton l’équilibre du bloc de céramique dans le liquide.

3. En déduire le volume de la céramique, puis la valeur du paramètre T.

  •  Il faut introduire la poussée d’Archimède : cette force est verticale dirigée vers le haut, et sa valeur est égale au poids du volume de fluide déplacé. Il faut ensuite utiliser la seconde loi de Newton en projection sur un axe vertical.
  •  On pourra aussi consulter le chapitre 4.