« Fraction volumique » : différence entre les versions
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Dans un [[mélange]], la '''fraction volumique''' ''V<sub>i</sub>'' est définie par l’[[Union internationale de chimie pure et appliquée|IUPAC]] comme étant le volume du composant ''i'' divisé par la somme des volumes de tous les composants utilisés pour fabriquer ce mélange <math>{\sum_{j=1}^l v_j}</math><ref>{{GoldBookRef | file = V06643 | title = volume fraction}}</ref>. |
Dans un [[mélange]], la '''fraction volumique''' ''V<sub>i</sub>'' est définie par l’[[Union internationale de chimie pure et appliquée|IUPAC]] comme étant le volume du composant ''i'' divisé par la somme des volumes de tous les composants utilisés pour fabriquer ce mélange <math>{\sum_{j=1}^l v_j}</math><ref>{{GoldBookRef | file = V06643 | title = volume fraction}}</ref>. |
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En multipliant la fraction volumique par 100, on obtient le '''pourcentage volumique'''. |
En multipliant la fraction volumique par 100, on obtient le '''pourcentage volumique'''. |
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La fraction volumique est appelée '''concentration volumique''' dans le cas des [[solution idéale|solutions idéales]] où la somme des volumes des constituants est égale au volume total du mélange. |
La fraction volumique est appelée '''concentration volumique''' dans le cas des [[solution idéale|solutions idéales]] où la somme des volumes des constituants est égale au volume total du mélange. |
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Ces grandeurs (fraction et pourcentage) sont adimensionnelles (sans unité ou %vol). |
Ces grandeurs (fraction et pourcentage) sont adimensionnelles (sans unité ou % vol). |
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==Cas des fluides== |
== Cas des fluides == |
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===Cas des solutions idéales et des gaz parfaits=== |
=== Cas des solutions idéales et des gaz parfaits === |
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Les volumes sont additifs pour les solutions idéales et les [[gaz parfait]]s. La fraction volumique est alors : |
Les volumes sont additifs pour les solutions idéales et les [[gaz parfait]]s. La fraction volumique est alors : |
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<math>V_i</math> = <math>\frac{v_i}{\sum_{j=1}^l v_j}</math> = <math>\frac{v_i}{ v_t}</math> |
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avec <math>{ v_t}</math> : volume total de la solution ou du gaz. |
avec <math>{ v_t}</math> : volume total de la solution ou du gaz. Les valeurs numériques en pourcentages sont généralement, pour lever toute ambiguïté, accompagnées de la mention « '''% vol''' » (unité adimensionnelle). |
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===Cas des solutions non idéales=== |
=== Cas des solutions non idéales === |
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Les fractions volumiques ne sont pas toujours faciles à utiliser parce que toutes les solutions liquides ne sont pas idéales. Dans ce cas, le volume d’un mélange est inférieur à la somme des volumes des composants utilisés pour le préparer. La fraction volumique est alors : |
Les fractions volumiques ne sont pas toujours faciles à utiliser parce que toutes les solutions liquides ne sont pas idéales. Dans ce cas, le volume d’un mélange est inférieur à la somme des volumes des composants utilisés pour le préparer. La fraction volumique est alors : |
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<math>V_i</math> = <math>\frac{v_i}{\sum_{j=1}^l v_j}</math> ≠ <math>\frac{v_i}{ v_t}</math> |
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Prenons l'exemple d'un mélange de deux liquides miscibles en toutes proportions : l'[[éthanol]] et l’eau. Avec 40 ml d’éthanol et pour préparer 100 ml d’une solution éthanol – eau, on doit utiliser environ 67,125 ml d’eau. Le volume total est de 100 ml mais la somme des volumes des deux composants est de 107,125 ml. Selon la définition de l’IUPAC, la fraction volumique de l’éthanol dans la solution est de 0,37 alors qu’elle est de 0,40 si la formule des solutions idéales est utilisée<ref>[http://www.chembuddy.com/?left=concentration&right=volume-volume-percentage ''Volume-volume percentage''], [http://www.chembuddy.com/?left=about Chembuddy]</ref>. Dans les cas non-idéaux, il est parfois préférable d'utiliser des [[fraction massique|fractions massiques]]. |
Prenons l'exemple d'un mélange de deux liquides miscibles en toutes proportions : l'[[éthanol]] et l’eau. Avec 40 ml d’éthanol et pour préparer 100 ml d’une solution éthanol – eau, on doit utiliser environ 67,125 ml d’eau. Le volume total est de 100 ml mais la somme des volumes des deux composants est de 107,125 ml. Selon la définition de l’IUPAC, la fraction volumique de l’éthanol dans la solution est de 0,37 alors qu’elle est de 0,40 si la formule des solutions idéales est utilisée<ref>[http://www.chembuddy.com/?left=concentration&right=volume-volume-percentage ''Volume-volume percentage''], [http://www.chembuddy.com/?left=about Chembuddy]</ref>. Dans les cas non-idéaux, il est parfois préférable d'utiliser des [[fraction massique|fractions massiques]]. |
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==Cas des solides== |
== Cas des solides == |
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===Cas des matériaux composites=== |
=== Cas des matériaux composites === |
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La fraction volumique des renforts au sein d'un [[matériau composite]] est : |
La fraction volumique des renforts au sein d'un [[matériau composite]] est : |
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<math>V_f</math> = <math>\frac{v_f}{\sum_{j=1}^l v_j}</math> = <math>\frac{v_f}{ |
<math>V_f</math> = <math>\frac{v_f}{\sum_{j=1}^l v_j}</math> = <math>\frac{v_f}{ v_t}</math> |
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avec <math>{ v_f}</math> : volume des fibres et <math>{ |
avec <math>{ v_f}</math> : volume des fibres et <math>{ v_t}</math> : volume total du composite |
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L’ordre de grandeur usuel est entre 0,3 et 0,65<ref>http://www.espci.fr/usr/chateau/COURS/Composites/microstructure/microstructure.html</ref>. |
L’ordre de grandeur usuel est entre 0,3 et 0,65<ref>http://www.espci.fr/usr/chateau/COURS/Composites/microstructure/microstructure.html</ref>. |
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'''Attention''': il ne faut pas oublier de prendre en compte la porosité du matériau si l'on travaille en volumique. |
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On a alors l'équation <math>{ V_m}</math> + <math>{ V_f}</math> + <math>{ V_c}</math> = 1 où <math>{ V_m}</math> et <math>{ V_c}</math> sont respectivement les fractions volumiques de la matrice et des cavités (porosité). |
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Pour cette raison, il est souvent plus simple de travailler en [[fraction massique]] lorsque l'on étudie des composites, où la relation <math>w_f</math> + <math>w_m</math> = 1 est applicable (<math>w_c</math> = 0). |
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== Références == |
== Références == |
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==Voir aussi== |
== Voir aussi == |
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* [[Degré d'alcool]] |
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* [[Masse volumique]] |
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[[Catégorie:Grandeur volumique]] |
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[[Catégorie:Unité de pourcentage|Massique]] |
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[[Catégorie:Unité de chimie]] |
[[Catégorie:Unité de chimie]] |
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[[de:Volumenanteil]] |
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[[en:Volume fraction]] |
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[[ro:Fracție volumică]] |
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[[sv:Volymfraktion]] |
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Dernière version du 29 octobre 2023 à 19:49
Dans un mélange, la fraction volumique Vi est définie par l’IUPAC comme étant le volume du composant i divisé par la somme des volumes de tous les composants utilisés pour fabriquer ce mélange [1].
En multipliant la fraction volumique par 100, on obtient le pourcentage volumique.
La fraction volumique est appelée concentration volumique dans le cas des solutions idéales où la somme des volumes des constituants est égale au volume total du mélange.
Ces grandeurs (fraction et pourcentage) sont adimensionnelles (sans unité ou % vol).
Cas des fluides
[modifier | modifier le code]Cas des solutions idéales et des gaz parfaits
[modifier | modifier le code]Les volumes sont additifs pour les solutions idéales et les gaz parfaits. La fraction volumique est alors :
= =
avec : volume total de la solution ou du gaz. Les valeurs numériques en pourcentages sont généralement, pour lever toute ambiguïté, accompagnées de la mention « % vol » (unité adimensionnelle).
Cas des solutions non idéales
[modifier | modifier le code]Les fractions volumiques ne sont pas toujours faciles à utiliser parce que toutes les solutions liquides ne sont pas idéales. Dans ce cas, le volume d’un mélange est inférieur à la somme des volumes des composants utilisés pour le préparer. La fraction volumique est alors :
= ≠
Prenons l'exemple d'un mélange de deux liquides miscibles en toutes proportions : l'éthanol et l’eau. Avec 40 ml d’éthanol et pour préparer 100 ml d’une solution éthanol – eau, on doit utiliser environ 67,125 ml d’eau. Le volume total est de 100 ml mais la somme des volumes des deux composants est de 107,125 ml. Selon la définition de l’IUPAC, la fraction volumique de l’éthanol dans la solution est de 0,37 alors qu’elle est de 0,40 si la formule des solutions idéales est utilisée[2]. Dans les cas non-idéaux, il est parfois préférable d'utiliser des fractions massiques.
Cas des solides
[modifier | modifier le code]Cas des matériaux composites
[modifier | modifier le code]La fraction volumique des renforts au sein d'un matériau composite est :
= =
avec : volume des fibres et : volume total du composite
L’ordre de grandeur usuel est entre 0,3 et 0,65[3].
Attention: il ne faut pas oublier de prendre en compte la porosité du matériau si l'on travaille en volumique.
On a alors l'équation + + = 1 où et sont respectivement les fractions volumiques de la matrice et des cavités (porosité).
Pour cette raison, il est souvent plus simple de travailler en fraction massique lorsque l'on étudie des composites, où la relation + = 1 est applicable ( = 0).
Références
[modifier | modifier le code]- (en) « volume fraction », IUPAC, Compendium of Chemical Terminology [« Gold Book »], Oxford, Blackwell Scientific Publications, 1997, version corrigée en ligne : (2019-), 2e éd. (ISBN 0-9678550-9-8)
- Volume-volume percentage, Chembuddy
- http://www.espci.fr/usr/chateau/COURS/Composites/microstructure/microstructure.html
