COURS DE PHTSI01TC

rentes de celles que suivent la pression et la densité d'an gaz per-* manent. Car lorsqu'un même Tolume de gaz est porté de la température de O**, à celle de 100<* , sa densité ne change pas j et sa force élastique n'augmente que de 1 à 1,375; tandis qu'entre les mêmes limites de température, un même volume de vapeur d'eau, par exemple, en contact avec ce liquide, augmente beaucoup en densité , et acquiert une force élastique plus grande dans le rapport de 5 à 760 millimétrés , ou de 1 à 152.

Si la vapeur n'est plus en contact avec son liquide, qui puisse en augmenter la masse lorsque la température s'élève , sa tension sous le même volume augmente alors avec la température suivant la même loi que la pression d'un gaz placé dans les mêmes circonstances. Si l'espace n'est pas saturé de vapeur^ en sorte qu'elle n'ait pas son maximum de tension, sa force élastique commence à diminuer avec la température, comme celle d'un gaz permanent, mais cette vapeur, dont la deqsité ne change pas, finit par saturer l'espace proposé , à une certaine température inférieure à celle d'où l'on est parti; la loi de diminution des tensions change à cette époque, car la vapeurse liquéfie en partie par un nouvel abaissement de température, ou se trouve en contact avec son liquide comme dans les cas précédents.

La température restant constante, et le volume variant, la masse de vapeur à saturation augmente et diminue proportionnellement au volume , si elle est en contact avec son liquide ; sa densité et sa pression ne changent pas , bien difTérenle en cela d'un gaz perroa-, nent, dont la densité et la force élastique varient en raison inverse du volume, pour la même masse et la même température. Si la vapeur existe dans l'espace proposé sans son liquide, sa tension et sa densité diminuent, lorsque le volume augmente, en suivant la loi de Mariotte. Si cette vapeur ne sature pas l'espace , sa tension augmente comme celle d'un gaz, lorsque le volume diminue sans changement de température, jusqu'à ce que ce volume soit assez diminué pouV que la quantité de vapeur primitive puisse saturer l'espace réduit; à partir de cette époque la tension delà vapeur reste constante.

On voit par cet exposé des propriétés générales des vapeurs, en quoi elles difierent des gaz permanents. Tant qu'elles ne sont pas en contact avec leur liquide^ ou qu'elles n'y sont pas amenées, elles se comportent comme les gaz quand le volume et la température varient. JHais lorsqu'au contraire elles sont en présence de leur liquide, ou qu'elles sont amenées à se liquéfier, les vapeurs

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suiTeot des lois parliculières , et trés-différcnlea de celles des gaz permanents.

321. Néanmoins il n'y a aucune raison d'établir une différence làemué des 1 * 1 j • s*" *' de nature entre les gaz permanents et les vapeurs; on doit au des vapeurs.

contraire admettre leur identité. Car les vapeurs répandues dans un espace qu'elles ne saturent pas se conduisent comme les gaz, par les variations de température et de pression qui ne leur font pas atteindre Tétat de saturation ; et réciproquement les gaz permanents se conduisent comme des vapeurs ^ui ont des températures plus élevées 9 ou des densités moindres que celles correspondantes à leur point de saturation. Cette identité a d'ailleurs été vérifiée par la liquéfaction de certains gaz, regardés autrefois comme permanents, et que l'on a obtenus à l'état liquide, soit en leur faisant subir de grandes pressions à la même température, soit en les exposant à des températures trés-basscs sous la même pression.

322. Dalton a démontré que lorsque des vapeurs se mélangent Mâange* à des gaz, la force élastique du mélange est la somme des forces des vapeurs. élastiques des vapeurs et des gaz composants, chacune d'elles étant rapportée au volume total. C'est en se fondant sur ce principe que

H. 6ay-Lussac a imaginé un appareil qui sert à vérifier cette loi remarquable, que la force élastique de la vapeur capable de saturer un certain espace, à une température donnée, est la même, que cet espace soit vide, ou qu'il contienne un ou plusieurs gaz plus ou moins dilatés. Cet appareil se compose d'un large tube en verre, fic 172. vertical, gradué en parties d'égale capacité, soudé par les deux extrémités dans des boites métalliques munies chacune d'un robinet, et qui communique par le bas avec un petit tube de verre se recourbant verticalement pour aboutir ouvert dans l'atmosphère.

Le grand tube étsrnt plein de mercure, et les robinets fermés, on visse au-dessus de l'appareil un ballon renversé, dont la tubulure est fermée par un troisième robinet, et qui contient un gaz très-sec. On ouvre ensuite les trois robinets; le mercure s'écoule par le bas, et une partie du gaz sec du ballon entre dans le grand tube. Quand la quantité de gaz introduite parait suffisante, on ferme les communications ; on ramène la pression du fluide intérieur à celle de l'atmosphère en versant du mercure par le petit tube, jusqu'à ce que ce liquide ^'élève au même niveau dans les deux branches; on observe alors lë volume Y occupé par le gaz sec.

Après cette première opération, on enlève le ballon pour visser à sa place une petite cuvette métalliqiie contenant un liquide, et

Km. 173. <lont le fond est traversé par un cylindre plein et horkuntal. Ce cy* lindre représente une cavité sur sa surface , et peut faire une demi* révolution de manière à présenter cette cavité latérale, tantAt au fond de la cuvette oà elle se remplit, tantôt vers le bas pour que la goutte prise tombe dans le grand tube, dont on ouvre le robinet supérieur. On répète plusieurs fois ce double mouvement jusqu'à ce que le gaz, sec d'abord , soit enfin saturé de vapeur; ce but est atteint quand le niveau du mercure dans le tube étroit cesse de s'élever.

Quand le gaz est saturé de vapeur , son volume s'est augmenté , mais on le ramène à sa première grandeur Y en versant du mercure par le petit tube. Lors de cet état, la différence de hauteur a des ni veaux dans les deux branches, mesure ^évidemment l'augmentation de force élastique due a la formation de la Tapeur dans le volume invariable occupé par le gaz, ou la tension de cette vapeur seule. Or si à la température de l'expérience, on introduit quelques gouttes du même liquide dans le vide d'un baromètre, il en résulte une dépression dans la colonne, que Ton trouve précisément égale à a. Ainsi la tension et par suite la densité delà vapeur, qui sature un certain espace à une température donnée, restent les mêmes, que cet espace soit vide on déjà occupé par un gaz.

Lorsque l'expérience précédente se fait sur l'éther, il arrive souvent que ce liquide dissout le corps gras dont le robinet supérieur est enduit pour fermer plus exactement ; il en résulte alors une fuite de fluides élastiques , ou l'introduction de l'air extérieur par les joints. Pour éviter cette cause d'erreur, M. Gay-Lussac a modi- FiG. 174. fié son appareil en supprimant le robinet supérieur; on le remplit alors de mercure par le bas. On le dispose ensuite dans sa position ordinaire sur une cuve à mercure, pour y faire passer le fluide élastique; puis on ferme le robinet. On verse dans le tube latéral une petite colonne d'éther ; de là on fait passer ce liquide dans le grand tube, en laissantécouler du mercure parle bas pour diminuer la pression du gaz, en sorte que le niveau dans le petit tube puisse s'abaisser jusqu'au-dessous de son orifice dans le grand. Enfin on remet du mercure parlebout ouvert, et l'expérience s'achève comme n^ec l'ancien appareil.

Il suit de ces diverses expériences qu'un espace limité en contact avec un liquide , et contenant, un gaz, se sature de vapeur comme s'il était vide. Il n'y a d'autre difiérence que dans la rapidité avec laquelle s'opère cette évaporation ; car elle se fait instantanément dans le vide, tandis que la vapeur emploie un certain temps

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pour se former dans un lieu déjà occupé par un fluide élastique. La même iudépeodaDce existe encore lorsque l'espace proposé renferme plusieurs gaz^ et même d'autres yapeurs qui ne puissent agir chimiquement sur celle que Von éprouve ; cette dernière se développe toujours en même quantité que si l'espace ne contenait aucune autre matière pondérable.

323. Il est facile de se rendre compte maintenant de l'échauffé- ichaufiemcnt ment d'une masse liquide , contenue dans un vase ouvert à Tair u^ideTrair libre et placé sur un foyer. Les couches en contact avec les parois ''^"'' s'échauffent et s'élèvent à la surface , où elles développent de la va--

peur qui se mélange à l'air ; elles sont remplacées au fond du vase par des couches plus froides qui s'échauffent et s'élèvent pareillement; de cette manière la température moyenne du liquide va en augmentant. Aucune bulle ne peut apparaître à cette époque, car la tension de la vapeur est encore inférieure à la pression atmosphérique.

Par suite du progrès de réchauffement, les couches inférieures -finissent par atteindre une température telle que la tension de leur vapeur surpasse la pression atmosphérique du poids du liquide qui les surmonte ; il se forme alors des bulles de vapeur qui s'élèvent du fond du vase. Mais les couches supérieures ayant encore une température plus basse, les bulles, obligées de les traverser, s'y condensent et disparaissent avant d'atteindre la surface. Ce phénomène produit un frémissement dans la masse liquide , d'où ré< suite le bruit particulier qui précède toute ébullition.

Enfin la chaleur cédée par les bulles précipitées accélère réchauffement; la température de toutes les parties du liquide atteint bientôt celle où la tension de la vapeur est égale a la pression de l'atmosphère , et les bulles s'élèvent partout jusqu'à la sarface ; elles conservent toute la chaleur qu'elles ont reçues des parois et qui a déterminé leur formation, en sorte que la température du liquide restant devient stationnaire. Le phénomène de l'ébuUition est alors compleU

324. Diverses circonstances peuvent retarder l'ébuUition d'un Betard liquide. M. Gay-Lussaca observé que l'eau bout plus tard, ou à une rëbtmtfon!' température un peu plus haute, dans un vase de verre que dans

une enveloppe métallique; il attribue ce retard à l'action attractive du verre sur le liquide , laquelle s'ajoute à la pression extérieure , et exige que la vapeur ait une plus forte tension pour parvenir à se former. Aussitôt que sa force élastique a acquis un accroissement suffisant pour vaincre cet excès de résistance , une bulle se forme,

et le liquide n*étant plus directement eu contact aTec la paroi , cette bulle augmente rapidement de volume , et soulève en quelque sorte instantanément toute la masse liquide. C'est là l'origine des soubresauts que Ton remarque quand on fait bouillir de leau dans un vase de verre , et qui produisent souvent sa rupture. On les évite en projetant au fond du vase des parcelles métalliques^ on voit alors de petites bulles prendre naissance autour d'elles, et l'ébullition s'opère aussi tranquillement que dans une enveloppe de métal.

En général le degré de l'ébullition d'un liquide n'éprouve aucun retard de la part des corpuscules solides qu'il tient en suspension. Mais il peut êtrp beaucoup changé par les substances dissoutes dans le liquide, ou combinées chimiquement avec sa masse. Par exemple, le degré de l'ébullition de leau est retardé de 9 degrés par le sel marin , de 1 4 par le muriale d'ammoniaque , de 40 par le souscarbonate de potasse , quand le liquide est saturé de ces différents sels.

325. C'est ici le lieu d'indiquer la correction que nécessite la corrcciion variatiou de la pression atmosphérique, lorsque Ton détermine lefixe de l'ékui- poInt fixc de l'ébullition de l'eau sur les thermomètres. Dans nos deTeru. climats la pression barométrique varie de 0™,73 à 0^78; on la suppose de 0"^,76 lorsqu'on marque la température de 100^ L'expérience a indiqué qu'une différence dans la hauteur barométrique de 27 millimètres , en plus ou en moins de la pression normale 0™,76, en apportait une d'un degré dans le même sens sur le point d'ébullition de l'eau. Or on peut supposer, entre les limites extrémcâ et peu distantes de la pression atmosphérique , que la différence des températures de l'ébullition est proportionnelle à la différence des hauteurs barométriques; il suffira donc de diviser la distance comprise sur le thermomètre, entre les points delà glace fondante et de l'eau bouillante, en (lOO =t:^^ parties, si le baromètre indique, lors de la détermination du dernier de ces points fixes, une hauteur de (76 d=n) millimètres.

320. Wollaston a imaginé de construire un thermomètre dont le Tiierroomc- réscrvoir est très-vaste, et qui n'indique sur toute sa tige que le ronféiri({ue. petit nombre de degrés auxquels l'eau peut bouillir dans un climat Fio. 175. donné, entre les limites de la pression atmosphérique. Ce thermomètre , appelé barométrique, peut servir à déterminer directement la température de Tébullition de l'eau , au moment où l'on gradue un thermomètre, ce qui dispense de faire le calcul précédent. U peut aussi tenir lieu du baromètre, puisque étant plongé dans la vapeur de l'eau bouillante, la température qu'il indiquera, pourra

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donner 9 par on calcul inverse du précédent, la hauteur barométrique correspondante. Sur ce thermométi;e chaque degré occupe 2 ou 3 centimètres, ce qui permet d'observer facilement des centièmes de degré, et rend très-exactes les observations faites avec cet instrument.

327. Au moyen de la loi du mélange des vapeurs et des gaz, et en (lisant un usage convenable de la loi de Hariotte , des formules de ProbUmes dilatation, et des forces élastiques des vapeurs, on résout plusieurs lei Tapeurs. problèmes utiles. S'il s'agit, par exemple, de déterminer le volume X que prendra, sous une même pression P, un gaz occupant sec un volume y, lorsqu'il pourra se saturer de vapeur à la température i, on trouvera facilement X = ^^^ ; en désignant par F la force élastique de la vapeur à ^degrés, et remarquant que l'élasticité du gaz seul doit diminuer en raison inverse de l'augmentation du vo- * lume total.

Le problème le plus général que l'on puisse se proposer sur les vapeurs et les gaz, peut s'énoncer ainsi : un gaz, toujours en contact avec un liquide, occupe à ^ sous la pression P un volume Y; on demande quel volume Y' il occupera à t'^ sous la pression P'. La solu* tion en est facile, car F et F' étant les forces élastiques des vapeurs du liquide à *et ^ degrés, (P — F) et (P' — F) représenteront dans les deux états les forces élastiques du gaz seul, et l'on aura d'après la loi de Mariette et le coefficient de dilatation des gaz :

Quand le gaz, saturé de vapeur lors du premier état, n'est plus en contact avec le liquide, il peut arriver que la formule précédente soit encore applicable, ou qu'elle cesse de l'être : il est important de démêler ces cas différents. Soient à cet effet D et V les densités des vapeurs à saturation pour les températures ^et ^'; nous supposerons qu'on puisse leur appliquer les formules relatives aux gaz permanents, ce que l'expérience indique n'être pas tout-à-fait exact, comme nous en parlerons ci-après. On aura dans cette hypothèse :

Si l'on multiplie cette équation par la précédente, on obtient :