MÉLANGES RÉFRIGÉRANTS. — On |)eut taire passer un corps

smIhIi* m Vr\ii{ liquide «'M le mêlant h uiu* autre substance caiiable

!•' Il* dis"^ondr»\ ou ca,ial>le diî si^ dissoudre dans le liipiide pro-

rn;inl d.; la lu-.oii du corps i^'hu'e et sel marini,ou encore, capa-

' • i\r ('Mi|ir.ict,>r une combinaison li<piide avec le corps ((^lace

- (Cidu sulfuriquf).

La transformation que subit le mélange des deux corps est généralement acccompagnée d'une créftlioQ ou d'une destructioQ de chaleur due à ce que, ramené à une même tem|>érature, le produit de Faction mutuelle des deux corps n^ possède pas la même énergie interne que le mélange.

La variation d*énergie interne ne dépendant que de Tétai initial et de rétat final, il en est de même de la chaleur cré4d ou détruite. Par conséquent, nous pouvons supposer d'abonl que le corps s est licjuéfié, ce qui détruit une quantité de chaleur X, ensuite qu'il s'est dissout dans l'autre substance ou qu'il s'est combiné avec elle, ce qui généralement produit une création de chaleur d. Suivant que X est, en valeur absolue, supérieure ou inférieure à d, la transformation détruit ou déijiige «le la i-lialeur, la température s'abaisse ou s'élève.

On peut observer l'un ou l'autre cas en mélangeant de la nei^e et de l'acide sulfurique monohydratée. Quatre parties «lo nc\^e et une d'acide sulfurique, donnent un liquide clont la tt'inpéralure descend à — 20^. Si l'on renverse les projiorlious en mettant une partie de neige et quatre parties d'acide sulfuinque, la température s'élève au-delà de 60**.

On dorme le nom de mélanges réfrigérants à des mt'danges de deux ou de plusieurs substances, dont l'une au moins osl s*:»Iide, et qui, par leur action mutuelle, donne lieu à un abaissLiuent de température.

La dissolution dans l'eau de certains sels donne du froid. Ainsi, en mélaiifreant à de l'eau à lO** une masse égale d'azotate d'ammoniaquf*, on obtient un froid de — 16".

Il en est de même de la dissolution de quebjues sels dans les acides : 8 parties de sulfate de soude, en se dissolvant «laiis 5 parties d'acide chlorhydrique du connnerce (dissolu! ion concentrée d'acide chlorhydrique dans l'eau), donne un l'i\>id de — 17".

Les niélan^ros réfrigérants les plus souvent employés s<^>nt formés de frlat-e i>ilée ou de neige ajoutée à un sel <chh»nire de sodium ou chlorure de calcicum hydraté). Deux partie^ «lo neige et une de st.d marin donniMit un froid de — 20^ environ. Ce mélange est pâteux, la fusion des deux corps étant incomplète. Le mélange de neige et de chlorure de cal(?ium hydraté peut donner un produit

liquide. Nous avons vu que Regnault a employé ce mélange dans ses reidierches sur la force élastique maxima de la vapeur d'eau au-<lessous de 0*.

Enliii, le mélange réfrigérant le plus intense qu'on connaisse est foriiu' d'acide carhonicjue solide, de proloxyde d'azote solide et d'tUlier. La tenïpérature de ce mélange pâteux, diflicile à mesurer exactement, est certainement inférieure à — 100®.

CHALEUR DE VAPORLSATION

7. DÉFINITIONS. — On apjKdle chaleur latente de vaporisation exteriir le iwmhre de calories nécessaires pour faire passer un grainiiic du rorjts considéré de Pétai liquide ou solide à Pétat de vajjcur saturante sans cliauf/cr sa température.

SiiW^ ivons d<*jà vu (pie dans \c. cas de la vaporisation le travail «'xJi'ri'ur accompli par le corps qui auguu'ule considérablenu'iit .!<• Noliimc, en passiint dr l'élat liquide ou solide à l'état gazeux, n\;st pas n(*gligcaljle vis-a-vis du travail des forces intérieur» •> : dans le cas de l'eau se vaporisant à lOO-* sous la pression atmo>p}ii'ri(jue, il en est \c douzièuh^ environ. Il est donc nécessaire d'i.uliquer dans la d(*linition de la chaleur de vaporisation que la \npeur formée est saturante^ c'est-à-<lire possède sa force élastique maxima, car alors le travail extérieur est parfaitemenl d<'lermin<' pour clia(pie tenqiérature de vaporisation, et il en est de même de la chaleur lUM^essaire à la transformation.

Si la vapeur formée n't'tad pas saturante, le travail extérieur ne serait pa*> exactement le même. En efît^t, en négligeant devant le volume V de la vaptMu-le volume très petit du licpiide dont elle provient, \c travail extérieur est ê'gal au produit vp du volume v de la vapeui- form(»e par sa forci^ élastitpie |), qui est la méuïe que la force ('JaMitpie exl(»rieure. Or, à nue. même température, le produit Vf) n'(*st constant, cpiel que soit ;>, (pie pour un gaz i)arfait; |)Our une vapeur, ce produit augmente quand p diminue. Si donc la vapeur formée n'est pas saturante, le travail extérieur est un peu plu> grand.

D'un autre côté, l'énergie interne de la masse de vapeur D*est pas indépendante do son volunie ù une même température.

-m UVRE IV. — CHAPITRE XVI

comme cela aurait lieu pour un gaz parlait : elle au^nnrQt<^ an p«fQ avec le volume. Ces deux raisons nous montrent que si là va^TCEr formée a une force élasti(|ue inférieure à sa force éla^ii ^ue it^àx.ma, la quantité de chaleur nécessaire à la transforma u-^ i-ja être un peu plus grande.

Il est intéressant, et utile pour résomlre certains prc>blfmf> i-jùi nous donnerons un exemple plus loin, de connaître la quanti: ^ ie chaleur équiraleate à T accroissement d énergie inirra^ rïéprouve un gramme d'un corps en passant de tétat Uqu.I':: oa solide à F état de vapeur saturante. Nous désignerons o<ftl.- |UAntité par l'expression de chaleur latente de vaporisat:ou ii^i^rn^H nous la représenterons par /. H est clair «|uVlle difTèrc «ie la :*âleur latente de vaporisation externe à, détinie en tête A*^ .*e : ^rigraphe, par la quantité de v:haleur équivalente au trâ\ail ».-\îrri-ar accompli pendant la vaporisation ; en effet, la loi de réquix^àl-are, donne la relation :

ti) EÀ=Ei— y,— Mjip

(11^ — M|'»p étant le travail extérieur accompli par un irramme du corps qui passe d'un volume if| à l'état li'^ide ou ^^^li i • i 'la volume 11^ à l'état de ^-apeur sous la pression p j»ar unit-L- le surface.

Si nous remplaçons u^ — ii|» par sa valeur, tirée de la rtrUlion .3» obtenue au | 7, Chap. XV. on a :

Ex = Ei-Çl?. d'oà:l=xfi 4 Z

Rappelons que «lans celte formule, p représente l * îorv élastique inaxima de la vapeur pour la température absolue T, r t p la dérivée de celte fonction par rapport à T < • i.

^1) En désîgnaat par f U tempénturv comptée sur le thenuMziètrv à lir

On désigne sous le nom de chaleur totale de vaporisation externe le nombre de calories nécessaire pour faire passer un gramme du corps, à l'état liquide ou solide^ de 0** à la température r* et pour h transformer en vapeur saturante à cette tenh pérature.

Désignons par Q cette chaleur totale de vaporisation externe, et par c la chaleur spécifique moyenne entre O** et (° du corps à l'état liquide ou solide; si nous écrivons (jue la chaleur Q est d*abord employée à échauffer le corps liquide ou solide de 0** à (®, puis à le vaporiser à cette température, nous obtiendrons la relation :

La chaleur totale de vaporisation interne q est la quantité de chaleur correspondant à f accroissement d'énergie qu'éprouve

Or, HcpnauU a trouvé quo la formule suivante, proposée par Roche (Yoir Chnp. VIII, |G) représentait bien la valeur de p en fonction de t :

to-^t

on tire de là :

v' - « oR i+lO>.'H.«.'l ^

d'où :

En remplaçant dans la formula (3) il vient :

r (l+aO»i'-i-m7)' 1 1 ~ L 27=» I ' L.rJ

C'est à l'aid» de cette formule que nout avons calculé les chaleurs latentes de vaporisation internet données plus loin.

un gramme duo corps en passant de Tétai solide oa liquide à dt i fétal de vapeur saturante i r, on a la relation :

La chaleur de vaporisation totale interne diffère de la chalevr totale externe par la quantité de chaleur correspondant au travail extérieur accompli pendant la transformation.

S. DÉTBRMniATHni EXPÊRIMEVrALE DBS CHALEURS DE TAMU- SâTIOH. — La méthoile qui a été la plus employée pour iufsurtr les chaleurs de ^•apori5ation est un cas particulier de la mé«h«:»ie des mélanges. Elle consiste à faire passer la vapeiir saturante provenant de Tébullition du liquide sous une pression déterminée, et par conséquent ayant une température connue, dans un serpentin, ou toute autre fonne de réfrigérant, baigné par l'eau don calorimètre. La vap^eur s'y liquéfie, en cé>lant au cal«>rimètre U chaleur pr\>luite par la condensation et celle qui provient in refiroidissement du h^uide ainsi formé, qui passe de la température d*ébullition à la température finale de Feau du cal*:^méîre. Le nombre ^ie calories cédées au calorimètre est dc4iné par la nkesure de réiévatî*>nde sa température et |iar la connaissance de ?4 capacité cakvifique M.

Le liquide provenant de la c^ja-it-Rsation «ie la vapeur est recueilli dans un vase •{ui d*>it faire suite au réfrigérant, t-t .fii doEt tire contenu à Tintérieur du calorimètre pc^r «|ue le li'4U.-ie iwenne bien la temprratTir:^ finale ie celuivi. A la fin «le ToçérmtioQ. en tai; ec.:'uier ce liqu: ie. et l on mesure sa nrryîtr P par la balacce.

rés:gt>:'QS par i la chaleur latente de vaporisation externe cv>rTes;*:a'iArLt à la tenipemSure d'êèullition t . Les P grammes de U \ Aieur sa:uni=.5e. en pas?ant à Tétat li-^de sans changer de tr :i.;er>/.urv', c: .^ree Pi cak'ries. et les P grammes de liqu- iv. tc S:' reÈr*:^t^ssa=.: de la température ? à la température finak^ i, iu ..Al r.rE'Cro. cs oe^ié Pc^t — %^ calories: c étanl la chrJLriT <:e::r. ri-? a^-'V-e^ise in L|u>le entr^ t et • .

DVi:rv i.i:t. L-^ juJj'T.aiëire, ie capacité cakMifimie M et à une

CHALEUn DE TRANSFORMATION

température initiale 0^, n gagné M(9, — 9^) calories. Mais,

l'on désigne par ^ AD l'élévation de température du calorimètre sous l'influence des causes perturbatrices qui ont agi pendant la durée de l'expérience, on aurait eu pour le cfllorim^tre

une élévation de température égale à 6^ — 0^ — ^AO, si ces causes perturbatrices n'avaient pas existé; d'où la relation ;

Si l'on a déterminé à l'avance la chaleur spécifique cdu liquide, cette colite fait coonaitre X, car toutes les autres quantités sont données par l'expérience,

11 est inutile d'insister sur la manière de mestu-er P, M, 8^ el

Pour obtenir la valeur do t, on peut se servir d'un thermomètre dont le réservoir plonge dans la vapeur du liipiide en ébulHtion. Ou peut aussi obtenir cotte quantité par la mesure de la Torce élastique de l'atmosphère où se prorluit l'ébullilion; en consultant les tables donnant la force élastique maxinia de la vapeur du liquide aux différentes températures, on obtient la valeur de t.

Quant aux causes perturbatrices qui rendent nécessaire l'emploi du terme correctif ^AO, elles sont les mêmes que celles que nous avons indiquées à propos de la mesure de la chaleur spécifique des gaz (Chap. XII, § 16, p. 679), et le moyen d'obtenir ^AO est absolument le mMe aussi.

En se reportant à ce paragraphe, on voit que pour déterminer les deux constantes A et B, il faut observer la marche du thermomètre du calorimètre avant el après le passage de la vapeur dans le réfrigérant, les autres conditions restant exactejncntk'S mêmes que pendant ce passage, pour que les causes perturbatrices conservent la même valeur. Pour cela, il convient de disposer un

robinet permettant de lancer la vapeur dans le réfrigérant. o«i. au contraire, d*en supprimer Taccès. Mais pour que l'ouverture c*u la fermeture de ce robinet n'apporte aucun trouble à Tébullition. li est nécessaire alors que la chaudière conmiunique dune manière p^ermanente avec un condenseur où règne constanmient la force élastique qui existe dans tout le reste de l'appareil. C'est en faisant varier cette force élastique qu'on fait varier, comme on le sait, la température d'ébullition t, ce qui permet de déterminer la chaleur de vaporisation a pour diverses températures.

Signalons une cause d'erreur qui peut se produire dans ces expériences. La vapeur qui pénètre dans le tube de communication peut entraîner avec elle et amener dans le réfrigérant des gouttelettes liquides qui viennent augmenter la masse P du liquale recueilli. Or ces gouttelettes, ne cédant au calorimètre qu»? ia quantité assez faible de chaleur due à l'abaissement de tempiératurc qu'elles éprouvent, font trouver une valeur trop petite pour la chaleur de vaporisation. Ceci arrive infailliblement si le con<iu:t qui amène la vapeur au calorimètre est refroidi par l'air exlérifur, car une portion de la vapeur se condense dans le conduit. <Jd évite ce grave inconvénient en entourant celui-ci presque jui^qu'au calorimètre par un prolongement de la chaudière ; le conduit est enveloppé alors de vapeur à la température mémedecelie qu'il contient. Si quelques gouttelettes, projetées par l'ébulUtioa, s'engagent avec la vapeur dans le conduit, elles s'évaporent, parce que la force élastique y est un peu inférieure à celle de la chaudière, et que dès lors, la vapeur n'y est plus exactement saturante *. D'ailleurs aucune erreur notable ne saurait résulter de ce fait, la force élastique de la vapeur dans le conduit n'étant que très peu inférieure k sa valeur maxima.

Cette méthode fournit plus directement la chaleur totale de vaporisation externe que la chaleur latente. Eln effet, on tire de l'égalité « i » :

(1 La forte courbuK <to ces p«(ites p»QtUlcltcc farorts* aussi lc«r eraporaiMMi ,Yoir Chap. MI 1 10.

CHALEUIl DE TRANSFORMATION 199

Ajoutons c 0 aux deux membres de cette égalité, C| étant la

chaleur spécifique moyenne du liquide entre 0° et la température ôj, qui n'en est jamais éloignée; le premier membre rx -f- (!(t — 0^^ + c^^A représente alors la chaleur totale externe Q.

On a donc :

— On — ^