ÉTUDE DE LA DILATATION DE L'AIR SOUS VOLUME CONSTANT

Théorie.

Nous nous proposons de reproduire l'expérience célèbre ■fie Regnault sur la dilatation de l'air (*).

( ) Mémoires de V Académie Royale des Sciences, t. XXI; 1847. " • — Manip, 6

^ CMAP. rr. —

L'équation bien connue do proMèine est la snirante :

dans laquelle V+ est le volume du récipient à zéro, r celai du raccord capillaire, T la température à laquelle le gaz a été porté, H et H' les pressions de l'atmosphère dans la première et la deuxième phase de Texpérience, h' la différence observée au manomètre quand le gaz est refroidi à zéro, et t la température de Fair ambiant supposée constante.

Pour calculer z, Regnault emploie la méthode des approximations successives, c'est-à-dire qu'il tire d'abord de l'équation précédente

|^V,..KT -ri-^]jjA^,

puis, une valeur approchée de s étant introduite dans le cond membre, il en déduit une certaine valeur de s dans lo premier, laqueUe, étant substituée ensuite dans le second membre, donne la valeur définitive de i -*- «T.

Regnault faisait toujours deux expériences consécutives, ia première de T à zéro, la seconde de zéro à T; les pressions observées dans cette dernière opération étant W et H'-h A^, où avait une nouvelle équation

I 4-aT

Description.

M. Golaz a reproduit, pour les laboratoires d'enseignement, le modèle que possède l'École Polytechnique ijig. 28). Il me semble inutile de donner la description détaillée de cet instrument dont les dispositions, analogues à celles du voluménomètre, sont suffisamment connues du lecteur.

■ finrOB DE LA DILATATION DB I

Le volume Vg est jaugé à l'eau distillée; le volume p du raccord capillaire et de la partie supérieure du manomètre est au contraire déterminé par un jaugeage au mercure. Dans l'appareil de Regnault, V» mesurait yiy",'j et c 2" environ.

On ne peut déterminer directement le coefficient de diblalion du ballon; il faudrait pour cela y faire bouillir une masse degkgà io4 de mercure, et c'est là une opération impraliwble. Regnault prit la moyenne de plusieurs nombres oble- Busavec divers vases plus petits fabriqués avecle môme verre; Kélail égal à o,oooo333.

I^ dessiccation du ballon se fait pendant que l'eau de lu

8/j CHAP. IV. — DILATATIONS.

chaudière est en pleine ébullilion; après avoir fermé la branche BC du manomètre, pour immobiliser la colonne de mercure, on adapte, au moyen d'un tube de caoutchouc, le tuyau n à une petite pompe à main P, qui permet de faire le vide jusqu'à o™,oo5 ou o"*,oo6; puis on ferme le robinet à trois voies, et Ton met l'appareil en communication avec une série de tubes desséchants remplis de ponce sulfurique concassée grossièrement, en fragments du volume d'un pois : lorsque les fragments sont plus fins, ils opposent trop de résistance au passage de l'air. La pierre ponce neuve doit être d'abord imprégnée d'acide sulfurique faible, puis calcinée au rouge dans un creuset de terre. Cette opération préliminaire a pour but de décomposer quelques parties calcaires et des matières organiques qui peuvent se trouver dans la ponce. La pierre refroidie est imbibée ensuite d'acide sulfurique concentré, égouttée, puis introduite dans les tubes en U. Ces tubes sont fermés par des bouchons traversés par des ajutages recourbés en verre et recouverts d'un mastic à la résine. Pour ne pas les mettre trop vite hors d'usage, j'ai adjoint à l'appareil tubulaire un flacon de verre rempli d'acide sulfurique concentré,» travers lequel le gaz doit barboter avant de pénétrer dans les tubes.

Regnault faisait le vide 25 à 3o fois, et il ne laissait rentrer l'air que très lentement : les robinets restaient ouverts pendant une demi-heure après la dernière opération et on ne les fermait pas avant d'avoir séparé les tubes desséchants, de façon que la pression intérieure fût rigoureusement égale à celle de l'atmosphère.

L'observation des pressions se fait au cathétomètre. Regnault signale dans son Mémoire une précaution à prendre : <( Il faut être bien en garde, dit-il, quand on vise le contour supérieur du ménisque, d'être induit en erreur par des effets de réflexion à la surface courbe du mercure. Le procédé qui m'a paru le plus sûr consiste à placer une bougie dans la direction du rayon qui vise au ménisque, et par derrière, de manière que le contour du ménisque se dessine en noir sur la flamme de la bougie. »

La température T est celle de l'ébullition de Teau sous la pression observée au moment de l'expérience.

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Manuel opératoire.

I" Le manomètre et le ballon ayant été desséchés par une opération préalable à ioo% Topéraleur amène le niveau du mercure au trait de repère a, et note la pression barométrique H, au moment de la fermeture du robinet n.

2» Il cesse alors de chauffer la chaudière, et fait écouler i'eau chaude par un robinet disposé à cet effet; pour hâter le lefroidissement du ballon, on peut verser de l'eau froide dans le vase; enfin le ballon est entouré de glace concassée en menus fragments. L'air se contractant par le refroidissement, le mercure tend à dépasser le niveau du repère a; on l'y maintient en faisant écouler du mercure par le robinet inférieur.

3» Les niveaux restent enfin stationnaires; après quelques minutes d'attente, l'observateur note la hauteur H' du baromètre, et il mesure au cathétomètre la hauteur h' du mercure dans la petite branche au-dessus du niveau dans la grande. La première expérience est dès lors finie : il s'agit de procéder à la seconde.

4* Le tuyau n est remis en communication par un raccord de caoutchouc avec l'appareil de dessiccation; puis on ouvre doucement le robinet pour rétablir dans le ballon la pression atmosphérique, tout en maintenant le niveau du mercure en a; il sera nécessaire de verser du mercure par la grande branche pour obtenir ce résultat. On note la pression IF et l'on ferme le robinet.

5* La glace est alors remplacée par de l'eau qu'on porte à l'ébuUiiion. Le mercure tend à baisser dans la petite branche du manomètre; on maintient le niveau en a en versant du mercure par E, et au bout d'une heure environ, on note H'^ et l'on mesure h"'.

Résultats.

^^gnault donne les chiffres suivants, obtenus par ce procédé :

Première opération,