EspérieQires de Gay-Lns

Biie. — Les premières expériences précises sont dues à Gay- Lussac. Le tube étant fixé perpendiculairement h une plaque AB (fig. 306} au moyen de deux plaques plus petites qui le pressent suffisamment, il plaçait la plaque AB sur les bords bien dressés d'une éprouvette en verre à moitié pleine de liquide, et il aspirait légèrement par l'extrémité du tube; dès que les parois intérieures étaient mouillées, il cessait d'aspirer et le liquide retombait en un point H. Pour obtenir

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la hauteur h\ il se servait d'une sorte de cathétomètre placé à quelque distance de l'appareil. On commençait par rendre horizontaux les bords de Téprouvette à l'aide des vis calantes du pied; on amenait l'axe de la lunette vis-à-vis le point H, puis on faisait glisser la plaque AB sur les bords de l'éprouvette, et on plaçait à côté une plaque A'B' munie d'une tige à vis, bien fine à son extrémité inférieure. Dès que, en dévissant la tige, on avait fait coïncider sa pointe avec le niveau du liquide dans l'éprouvette, on enlevait avec une pipette une partie du liquide, et on abaissait la lunette du cathétomètre jusqu'à ce qu'elle correspondît à cette pointe : le nombre des divisions parcourues pour passer de la première position à la seconde faisait connaître exactement la hauteur de la colonne soulevée.

Pour déterminer le diamètre intérieur des tubes, Gay-Lussac procédait de la manière suivante. Après s'être assuré qu'un tube avait partout sensiblement le même diamètre intérieur, en promenant dans toute son étendue un index de mercure, dont il mesurait la longueur dans un ^and nombre de positions différentes, le tube était successivement pesé vide et plein de mercure. La différence des poids donnait le poids du cylindre de mercure, dont la longueur pouvait s'obtenir avec une très grande précision. Le problème se trouvait donc ramené à celui-ci dont la solution est très simple : Étant donnés la hauteur et le poids d'un cylindre de mercure, déterminer son diamètre.

Quand le tube est étroit, on peut admettre, comme l'a fait Laplace, que le ménisque est sensiblement hémisphérique. Son volume est alors la différence entre le volume d'un cylindre ayant pour hauteur le rayon r du tube, et le volume d'un hémisphère. La différence s entre h et K est donc donnée par l'équation

d'où Ton tire

t=ir.

La loi de Jurin peut alors s'expriuier par la formule

{h' + \r)r = Cte.

C'est ce que les expériences de Gay-Lussac vérifient d'une façon satisfaisante.

438. Expériences de Ed. Desains. — Ed. Desains a répété les expériences de Gay-Lussac en apportant plus de précision et dans la mesure du diamètre et dans la mesure de la hauteur.

Le diamètre est toujours mesuré par un jaugeage, mais avec des

précautions particulières. Dans l'évaluation de la longueur de la colonne mercurielle, Desains remplaçait les deux ménisques qui terminaient la colonne par les longueurs des cylindres équivalents en volume. De plus, les mesures étaient prises vers la partie du tube où s'ajrêtait ensuite le ménisque du liquide soulevé.

La disposition adoptée pour observer la hauteur de ce ménisque était la suivante. Le tube était assujetti avec un bouchon dans une ouvertiire pratiquée au centre d'un trépied à vis calantes; on s'assurait de sa verticalité en alignant son axe avec deux fils aplomb; puis, sous le tube, on plaçait une soucoupe pleine d'eau, de manière que la surface du liquide, légèrement convexe, s'élevât au-dessus des bords. A l'aide d'un cathétomètre, on visait successivement le sommet du ménisque et le niveau dans la soucoupe; ce dernier était rendu visible à l'aide de quelques poussières flottantes, ou bien on descendait une pointe jusqu'auprès de la surface du liquide, et on visait successivement cette pointe et son image : la position moyenne donnait exactement le niveau de l'eau. Par cette manière d'opérer, on évitait de viser, comme le faisait Gay-Lussac, au travers de la paroi d'un vase de verre dont les irrégularités peuvent toujours donner lieu à des erreurs de réfraction.

439. Influence de la nature du liquide. — De tous les liquides pun,

l'eau est celui qui s'élève le plus haut : dans un tube de 1™°* de diamètre, à 18»,

mm

L'eau s'élève h 29,8

L'essence de térébenthine 12,7 L'alcool i2,2

440. Influence de la température. — Cette influence a été étudiée en particulier par M. Wolf. Ayant d'abord enveloppé le tube capillaire de deux manchons, l'un placé à la hauteur du ménisque, l'autre au-dessous, il a vu la colonne s'élever un peu quand il faisait passer un courant d'eau chaude dans le seul manchon inférieur, s'abaisser rapidement quand le manchon supérieur recevait aussi de Teau chaude et s'abaisser encore un peu quand le manchon inférieur recevait ensuite de l'eau froide. Au contraire, la différence entre la température du tube et celle du bain dans lequel il plonge peut s'élever jusqu'à 20°, sans modifier les hauteurs observées d'une manière appréciable. Ces observations préliminaires montrent que le phénomène dépend surtout, comme il a été dit plus haut (435), de la température du ménisque; la température de la partie inférieure de

a colonne soulevée ne semble intervenir qu'en modifiant la densité. Le figure 307 représente l'appareil de M. Wolf. Le liquide est contenu dans un vase en laiton à double enveloppe V, dans lequel plonge le tube capillaire t. Ce tube est entouré d'un manchon rec-

CAPILLARITE

tangulaire m muni de deux glaces parallèles à travers lesquelles on peut observer le ménisque soulevé. Le manchon est porté par un anneau dans lequel il peut tourner sur lui-même. On agit sur les vis calantes de l'appareil de manière à mettre les glaces parallèles bien verticales, et Ton s'assure qu'un trait marqué sur le tube t et visé au cathétomètre conserve la même position quand le manchon est plein d'eau et quand il est vide. L'appareil étant ainsi réglé, on fait

Fig. 307.

circuler dans l'enveloppe du vase V un courant d'eau qui passe ensuite dans le manchon m par le tube c, et en sort par le tube c\ De cette manière, toutes les parties de l'appareil sont à une même température indiquée par deux thermomètres : l'un ô plongé dans le manchon, et l'autre dans l'enveloppe du vase V. On vise ensuite au cathétomètre la partie inférieure du ménisque soulevé dans le tube capillaire, puis l'extrémité d'une tige verticale r dont la longueur est connue, et dont la partie inférieure affleure la surface du liquide dans le bain. On fait en sorte que le ménisque se trouve toujours au trait marqué sur le tube *, et l'on fait deux observations qui doivent être concordantes : l'une après avoir soulevé le liquide par aspiration, l'autre après l'avoir refoulé par compression, à l'aide du tube a. Ce tube, mis en communication avec une machine pneumatique,

1. II suffit, les expériences terminées, de couper le tube en ce point, pour pouvoir mesurer le diamètre de la section.

sert en outre à faire passer un courant d'eau à travers le tube ^pour le bien nettoyer, quand on n'emploie pas un tube neuf fermé immédiatement après sa fabrication. Enfin le vase V est recouvert de lames de verre pour s'opposer à Tévaporation du liquide.

En désignant par h la hauteur de la colonne soulevée et par t la température correspondante, M. Wolf a représenté les résultais de ses expériences par les deux formules

h = a — bt -\- ct^, a = 132,265736, b = 0,2660448, c = 0,00054918,

h = a — bt, a = 101,80346, b = 0,184966,

l'une pour des températures comprises entre 0^ et 25» et pour un tube de 0"'™,2346 de diamètre, l'autre pour des températures comprises entre 5^ et 82** et pour un tube de 0°'°',3098 de diamètre. Il résulte de ces formules que les variations de la hauteur et de la densité du liquide ne sont pas proportionnelles, comme l'avaient cru Laplace et Poisson. Quand la température s'élève, la hauteur décroît plus rapidement que la densité; ainsi, à 4*', la hauteur ne passe pas par un maximum, elle continue à décroître.

441. Ces formules montrent, en outre, qu'il y a lieu de chercher si, à une température suffisamment élevée, la hauteur de la colonae soulevée ne peut pas devenir nulle. La seconde indiquant pour l'eau une température supérieure à 500>, M. Wolf eut recours à l'éther sulfurique, pour lequel une formule donnée par Brûnner n'indique qu'une température de 191°.

Le tube capillaire était maintenu verticalement dans un tube très fort, de 1 centimètre de diamètre intérieur, contenant de l'éther, et fermé à la lampe après expulsion complète de l'air. Ce tube était plongé dans de l'huile transparente dont on élevait la température. On voyait alors le liquide descendre dans le tube capillaire, et les ménisques perdre peu à peu de leur courbure; vers lOl**, le niveau de l'éther était le même dans les deux tubes et les ménisques étaient devenus tout à fait plans. Vers 200^ avait lieu le phénomène de la vaporisation totale (791); puis, la température baissant, le liquide réapparaissait et, pendant le refroidissement, les mêmes phénomènes se reproduisaient dans l'ordre inverse. M. Wolf trouva les mêmes apparences en remplaçant l'éther par du sulfure de carbone, de l'huile de naphte ou de l'alcool.