On a cherché à déterminer les yariations du nombre L
, empirique»
lorsque la pression de la vapeur varie. Watt avait cru remarquer des chaleurs qu'en ajoutant à la chaleur latente L, la chaleur sensible ou ibermométrique de la vapeur ou du liquide qui la forme , on obtenait dans tous les cas un résultat constant. Pour l'eau cette somme serait constamment 643. Ainsi , d'après Watt , la quantité totale de chaleur latente et sensible, contenue dans une même masse de vapeur, sérail toujours la même à toutes les pressions et à toutes les températures. MH. Clément et Desormes ont reproduit ce résultat comme une conséquence d'expériences qu'ils ont entreprises dans le but de le constater ; il est adopté par les constructeurs de ma* chines à vapeur.
D'autres physiciens, au contraire, ont soutenu que le nombre 543 pour l'eau, ou généralement la valeur L était seule la même à toutes les pressions. Les résultats que donnent ces deux hypothèses, si dissemblables en théorie, paraissaient différer trop peu numériquement, pour qu'on pût décider la question par l'expérience; cependant M. Dulong s'est assuré que ni l'une ni l'autre de ces hy* pothéses n'est exacte ; ses recherches sur ce sujet ne sont pas encore publiées.
342. C'est ici le lieu de donner l'explication d'un fait singulier que présente la vapeur qui s'échappe par la soupape de sûreté d'une chaudière. Si Ton place la main au milieu de ce jet , on éprouve une sensation de chaleur très-différente, suivant que la chaudière est à basse ou à haute pression ; dans le premier cas la chaleur est insupportable, et la main serait infailliblement brûlée comme par l'immersion dans l'eau bouillante, si l'on ne se hâtait de la retirer; dans le second cas au contraire la chaleur éprouvée est très-supportable, et la main peut séjourner impunément au milieu du jet.
Lorsque la chaudière est à basse pression , la vapeur possède la même force élastique que l'air qu'elle déplace; elle conserve alors
ScDsntîons produites
par des i ets do vapeur.
Cbauffage à la vapeur.
Appareil*
ëvapora-
toires.
sa densité et la température de 100^ Quand h chaudière est à haute pression y la vapeur possédant une tension de plusieurs atmosphères se dilate rapidement à son entrée dans Tair, et une portion de sa chaleur sensible se transforme en chaleur latente; si celte dilatation s'arrêtait lorsque la tension serait devenue égale à la pression atmosphérique , la température du jet descendrait seulement à 100; mais en vertu de la vitesse acquise par les molécules gazeuses, la dilatation dépasse cette limite, la vapeur se mélange à Tair, et sa température diminuant encore , s'abaisse d'autant plus que la tension primitive était plus considérable. Or, il suffit que la température finale ne soit que de «30 à 40'', pour que la sensation qu'elle fait éprouver devienne supportable.
343. La chaleur latente de la vapeur d'eau est utilisée pour transporter la chaleur d'un lieu dans un autre. Au moyen d'un seul foyer, par exemple, on échauffe l'eau, même à la température de rébuUition , dans plusieurs vases de bois , en faisant arriver un courant de vapeur ou milieu du liquide de chacun de ces vases. Si l'on ne veut pas altérer le liquide qu'il s'agit d'échauffer, on l'enferme dans un vase entouré d'un serpentin où de la vapeur d'eau circule et se condense. Dans le chauffage des lieux d'habitation par la vapeur, c'est l'air qui s'échauffe par son contact avec des tuyaux ou des enveloppes, dans lesquels.la vapeur se condense pour retourner à l'état liquide à la chaudière d'où elle est sortie. Le bâtiment de la Bourse, celui où se trouve la nouvelle salle de l'Institut, sont échauffés de cette manière.
344. Outre l'emploi de la vapeur comme force motrice, et comme moyen de chauffage , nous pourrions citer un grand nombre d'industries où les propriétés des vapeurs sont utilisées. C'est par elles qu'on se procure généralement une évaporation rapide et économique, dans les distilleries, les raffineries elles fabriques de sucre. La liqueur , qu'il s'agit d'évaporer ou de réduire, est renfermée dans un vase clos qui communique avec un serpentin. On l'échauffé au moyen de la vapeur d'eau . soit par un conduit contourné en spirale au milieu de la masse, soit par un double fond. Des robinets convenables permettent ensuite d'introduire dans le vase lui-même un courant de vapeur, qui chasse l'air intérieur par l'orifice du serpentin. Lorsque l'appareil ne contient plus que de la vapeur, on ferme les robinets; le serpentin est ensuite refroidi, soit par un bain d'eau fraîche, soft par un simple courant d'eau qui descend le long des spires, soit même par une autre portion de la liqueur qui éprouve ainsi une première réduction. La vapeur intérieure se
TIirGT-U5lÈ|IB LSÇON. 327
condense alors sur les parois internes du réfrigérant, sa tension diminue dans une grande proportion , et la liqueur s'évapore pour ainsi dire dans le vide avec une grande rapidité, et sans qu'il soit nécessaire de l'échauffer autant que si l'opération se faisait à l'air libre dans un vase ouvert. «
Il existe des établissements où l'on accélère l'évaporation en faisant directement le yide dans le vase clos, au moyen d'un appareil pneumatique mis en mouvement par une machine à vapeur. Dans d'autres on fait parvenir un courant d'air chaud au milieu de la liqueur ; cet air fortement échauffé se sature de vapeurs qu'il entraine avec lui dans l'atmosphère. Le choix à faire parmi ces différents appareils évaporatoires , dépend de la nature des produits que Ion se propose d'obtenir, et des circonstances locales. S'il importe d'éviter que la liqueur ne soit portée à une trop haute température, et qu'elle soit en contact avec une trop grande quantité d'acide carbonique , il peut arriver que l'évaporation au moyen d'un courant d'air chaud doive être rejelée; car malgré la petite proportion d'acide carbo* nique contenue dans l'atmosphère, la grande masse d'air indispensable au but qu'on se propose pourrait en introduire assez pour altérer les produits de la fabrication.
Dans les raJQ^eries de sucre , tous les procédés que nous venons d'indiquer ont été mis en pratique, afin de réduire le sirop, et de l'amener au poiut de concentration nécessaire pour que la cristallisation puisse avoir lieu par le refroidissement. C'est alors que les circonstaYices locales influent beaucoup sur le choix de l'appareil , et particulièrement sur celui du réfrigérant. Si l'eau abonde on peut entourer le serpentin d'un bain' complet. Si l'eau est rare, il y a de l'avantage à se servir de simples filets de ce liquide, qui descendent le long du serpentin entouré d'un manchon de bois ; la chaleur latente, cédée par la vapeur condensée, est employée en partie à échauffer et même à vaporiser le liquide descendant; le reste est enlevé par le courant ascendant d'air atmosphérique qui s'établit au milieu du manchon. Dans les fabriques de sucre de betterave,au lieu d'eau, on peut faire écouler sur le serpentin du jus froid qui s'échauffe et éprouve une première réduction, de telle sorte qu'il acquiert, sans nouveaux frais , la température et le point de concentration nécessaires pour être introduit directement dans la chaudière close^
GOUE8 DB PHYSIQUE.
^fVVVWWU^\IVVV\IVVVWVV>IVVVV\IVVWVVV^^^
▼XHOT-DEUXIÈHE LEÇON.
Sources de chaleur et de froid — Insolation. — Chaleur centrale da glohe. — Chaleur produite par la percussion, par le frottement. — Chaleur dégagée par la compression des gas. Froid produit par leur dilatation. — Rapport des caloriques spécifiques de Tair. — Jiélaoges réfrigérants. ^- Froid produit par la ▼aporisation — Chaleur développée dans les combinaisons chimiques.
Productions de chaleur et de froid.
lusolatJon.
445. Lorsque la lempérature d'un corps augmente ou diminue, sans que ce changement puisse être attribué à une nouvelle répartition de chaleur sensible , ou bien lorsque la température reste constante , sous Tinfluence d'une cause de réchauffement ou de refroidissement, on dit qu'il y a production de chaleur ou de froid. La plupart des phénomènes de ce genre peuvent être attribués au dégagement ou à l'absorption d'une portion de chaleur qui de latente devient sensible, ou réciproquement; c'est ce qui arrive, par exemple, lorsque les corps qui les manifestent subissent des changements d'état ou de densité par suite d'une action chimique ou mécanique. *
Mais dans beaucoup de circonstances, il y a production de chaleur ou de froid, sans qu'elle paraisse accompagnée d'une cause de dégagement ou d'absorption de chaleur latente; souvent même les modifications que subissent les matières pondérables , sont inverses de celles qui devraient avoir lieu, pour rendre compte de l'effet calorifique observé. La combustion ou le phénomène des combinaisons chimiques, les courants produits par l'électricité , fournissent de nombreux exemples de cette anomalie. Les faits particuliers dont il s'agit signalent toute l'imperfection des hypothèses adoptées comme bases de la théorie physique de la chaleur; et il y a lieu de présumer que c'est en les étudiant de plus près et complètement, qu'on parviendra à découvrir l'origine véritable de cet agent na* turel.
346. L'insolation est une source de chaleur. En effet', lorsqu'on eipose un corps à l'action des rayons solaires, sa température s'élève, mais plus ou moins suivant sa nature : les corps transparents s'é-
Chaleur
propre
du globe.
TIKOT-DCUXIS3EB LBÇOV. 329
chau£Pent peu , les corps opaqaes beaucoup au contraire. La propriété de râcneillir ainsi la chaleur solaire doit être distinguée du pouvoir absorbant, tel qu'il a été considéré précédemment, car l'expérience indique de grandes diflérences entre l'action de la chaleur lumineuse et celle de la chaleur obscure. La chaleur que les corps absorbent par l'insolation est donc soumise à des lois particulières. La décomposition de la lumière, opérée par des prismes diaphanes et diatbermanes, a permis d'étudier la nature ou la qualité des rayons de chaleur qui accompagnent les diverses couleurs du spectre solaire ; nous aurons l'occasion d'eiposer les résultats remarquables que M. Melloni a obtenus sur ce sujet important, an moyen de son appareil thermoscopique.
347. La terre est maintenant considérée cbmme une source de chaleur. Des observations nombreuses , faites dans l'intérieur des mines, ont constaté que la température propre du globe augmente d'un degré pour un accroissement de profondeur de 25 à 30 mètres. Les géomètres ont démontré que cet accroissement ne pouvait s'expliquer par les variations diurnes et annuelles de la température à la surface, dues à l'absorption inégale de la chaleur solaire. On a donc conclu que la terre possède une chaleur primitive, qu'elle perd successivement par son refroidissement dans l'espace. Les faits qui prouvent l'existence de cette chaleur centrale, et l'examen deVinfluence qu'elle peut avoir sur la température moyenne de la surface de la terre, et de ses divers climats, sont développés dans le cours d'astronomie , ou Ton expose l'histoire physique du globe.
348. La percussion produit de la chaleur. On peut attribuer ce Chaleur due phénomène au rapprochement des molécules qui résulte de la per- pei«i!!^»ion. cussion, et qui doit faire passer une certaine portion de chaleur
latente à l'état de chaleur sensible. En effet, lorsqu'un corps solide est comprimé de manière à augmenter de densité , sa température s'élève , et quand la percussion réitérée ne produit plus une contraction aussi forte, il y a moins de chaleur produite. C'est ce qui semble résulter du fait observé par BerthoUet, qu'après plusieurs coups donnés à une pièce de monnaie, il y a décroissement trèsrapide dans les effets thermomélriques. Mais cette cause n'est pas la seule, car le plomb , qui n'augmente pas de densité quand on le frappe, s'échauffe cependant. Il parait plus probable que la percussion 4enne lieu à un dégagement de chaleur en déterminant un mouvement vibratoire dans les corps solides.
349. II ne semble pas que l'on puisse expliquer autrement que chaleur due par ce mouvement vibratoire, la production de chaleur due au fret- fioiûmeut.
330 GODBS DC PHYSIQUE.
tement. Rumford ayant fait tourner, au moyen d'un manège, une masse de bronze sur une autre masse fixe de la même substance, et ayant entouré d'eau la partie échauffée, de manière à apprécier ]a . chaleur produite par TéléYation de température de cette masse liquide, trouva qu'un décimètre carré de surface frottante, faisant 32 tours par minute, avait donné 250 grammes de limaille en 2 heures, et que réchauffement produit aurait été capable d'élever de 100"* la température de 50 litres d'eau, ou de 50,000 degrés celle de la masse de limaille formée. On ne saurait expliquer.ee fait par la compression, qui, une fois produite au commencement de l'expérience, restait ensuite la même, ni par une moindre chaleur spéci*fiquc de la limaille comparée à celle du métal, car l'observation n'indique pas la plus légère différence entre elles.
Davy ayant frotté l'un contre l'autre deux morceaux de glace , dans une atmosphère un peu au-dessous de O^^, parvint à les réduire en eau. La chaleur nécessaire pour la fusion de la glace ne pouvait provenir des corps environnants, car ici, comme dans l'expérience de Rumford, les deux corps frottes étaient à une température plus élevée que le milieu ambiant , et devaient perdre et non gagner de la chaleur par le rayonnement.
Priacipe . 350. Pour quc ces faits fussent compatibles avec la théorie de i eon^e. j'^qqîs^Jqu^ q^ plutôt avcc Thypothèse de la matérialité du calorique, il faudrait admettre que la quantité totale de chaleur que possède uqe particule d'un corps solide, à une certaine température, dépend dé la position qu'elle occupe dans ce corps, ou de sa profondeur au-dessous de la surface qui le limite. Pour développer cette idée, Fio. 180. imaginons le corps solide terminé par une face plane ÀB, et soit CD un cylindre infiniment délié, normal à cette surface en un point G; le principe posé serait qu'une particule ji, située sur CD, contiendrait, dans l'état d'équilibre calorifique, d'autant plus de chaleur absolue que la distance Cp serait plus grande; cette quantité ayant son minimum au point G, et croissant a mesure que l'on considère» rait des particules plus éloignées vers D.
Autrement, si l'on imagine sur GD, comme ligne des abscisses, des ordonnées proportionnelles aux quantités de chaleur absolue possédées par les particules qui occupent leurs pieds, la ligne formée par leurs secondes extrémités serait une courbe , ascendante à partir du point G , et non une ligne droite parallèle à GD , oemme on le suppose tacitement, lorsqu'on veut chercher dans l'égalité des chaleurs spécifiques d'une masse de métal et de sa limaille , une preuve de l'incompatibilité de l'hypothèsede l'émission, avec le fait
TIKGT-DEUXiiHB LCÇOH. 331
du développement de chaleur produit par le frottement. La courbe dont il s'agit , après s'être éloignée de la ligne des abscisses , deyiendrait sensiblement parallèle à cet axe ^ au delà d'une certaine distance, finie et très-petite , de la surface AB.
D'après cela , la quantité de chaleur possédée par tontes les par* ticules comprises dans le cylindre CD, serait mesurée par l'aire CC'D'D de la courbe CD'. Si par une action mécanique quelconque^ par le frottement ou l'écrasement, le corps solide proposé était rompu ou séparé en deux parties distinctes, l'équilibre de température exigerait que les particules voisines des deux nouTclles surfaces, déterminées par la fracture, perdissent une certaine quantité de leur chaleur absolue, mesurée par les aires curvilignes KD'C". n y aurait donc d'autant plus de chaleur développée dans ces circonstances que le corps serait réduit en patlies plus ténues,
La constance des chaleurs spécifiques d'un métal et de sa limaille n'objecterait rien contre cette manière d'envisager le phénomène; il faudrait seulement en conclure que l'accroissement de chaleur nécessaire pour élever d'un degré la température d'une particule solide est indépendante de sa position , et par suite de la chaleur absolue qu'elle contient déjà et qui peut varier avec cette position. II résulterait enfin de ces idées théoriques , que la chaleur absolue d'une particule solide comprendrait deux termes distincts, Tun variable avec la température seule, l'autre avec le lieu delà particule dans le corps dont elle fait partie.
L'identité de pesanteur spécifique d'un corps en masse et de sa poussière, ainsi que. la conservation de l'étal solide dans le vide, viennent appuyer l'adoption du principe précédent ; car il en résulterait, près des surfaces, une variation dans les forces répulsives, qui pourrait se combiner avec celle de la résultante des forces attractives , de manière à maintenir sensiblement constant l'intervalle des molécules, dans toute l'étendue du corps, quelle que soit sa forme.
351. La compression ou la dilatation des gaz prodoit de la cha- ci»ieur leur ou du froid . Dans le briquet à air , qui consiste en un cylindre * cû«ge" " fermé par un bout dans lequel on fait mouvoir rapidement un pis- "Ji^'aM cm" ton , l'air comprimé brusquement s'échaufle au point d'enflammer de l'amadou ; pour que cet effet ait lieu , il faut que l'air soit réduit au I de son volume. En comprimant différents gaz dans le mémo appareil, mais sans y introduire directement une matière combustible, on a remarqué que l'oxigène , les gaz qui le contiennent k l'état de mélange, et le chlore, donnent généralement lieu à un
332 Gouas db phtsique.
dégagement de chaleur et de lumière , tandis que les autres fluides élastiques ne développent que de la chaleur. Cette diflérence est due à la combustion instantanée des particules de substances organiques qui se trouvent dans l'instrument , soit en suspension dans le gaz introduit j soit sur les parois du tube ou sur les joints du piston ordinairement enduits d'une matière grasse. M. Thénard a en eflet observé qu'il n'y avait plus de lumière produite dans un gaz quelconque , subitement comprimé, lorsqu'on avait écarté avec soin tou* tes les matières combustibles.
En exploitant certaines mines , on rencontre quelquefois des cavités remplies de gaz humides très-comprimés, et qui s*écbappent avec sifflement lorsqu'on leur offre une issue. Si l'on présente un corps solide dans le courant qu'ils forment, l'eau qu'ils contenaient à l'état de vapeur se liquéfie sur le corps, et s'y congètie même par l'abaissement de température dû à la dilatation rapide de ces gaz. On peut produire le même effet avec de l'air comprimé à deux ou trois atmosphères et saturé de vapeur d'eau , qu'on laisse s'échapper par une petite ouverture , et auquel on présente une boule de verre qui ne tarde pas à se recouvrir d'une petite couche de glace.
Le thermomètre de Breguet (§ 201), par la grande sensibilité ou le peu de masse, la grande conductibilité et la faible chaleur spéci* fique des substances qui le composent , offre un moyen facile de constater la production de chaleur ou de froid qui accompagne la con* traction ou la dilatation des gaz. Il suffit de le placer sous le récipient de la machine pneumatique; son index.marcheau froid aussitôt qu'on fait mouvoir les pistons, ou quand lair intérieur se dilate. Lorsque le jeu de la machine est suspendu, la chaleur rayonnéc des corps environnants et le contact des parois de la cloche rétablit l'équilibre de température. Si ensuite on tourne la clef, pour faire communiquer le récipient avec l'atmosphère, l'air extérieur ayant une force élastique plus grande, comprime lair raréfié du récipient, et la chaleur dégagée par celte compression agit sur le thermomètre , dont l'index marche effectivement en sens contraire de son premier mouvement.
Appareil 352. M. Gay-Lussac a imaginé un appareil qui constate à la fois
\u««c7' la chaleur dégagée par la condensation d'un gaz, et le froid produit FiG. 181. P^''* sa dilatation. Il se compose de deux grands ballons de verre, ^ l'un vide et l'autre contenant un gaz ; ces ballons sont réunis par un tube à robinet, et munis de deux thermomètres à air très-sensibles qui occupent leurs centres. Lorsqu'on ouvre la communication ,le gaz se précipite dans le vide; il se dilate alors dans le vase qu3 le
TIHGT-DBUXIBKB LEÇOK. 333
contenait seul y et dont le thermomètre indique en effet un abaissement de température. Il parvient donc refroidi par cette dilatation dans le second Tase, mais le contact des parois et le rayonnement des corps euTironnants lui restituent promptement la chaleur perdue dans le premier instant, et les parties qui suivent comprimant celles déjà parvenues, on observe une élévation de température, jusqu'à ce que l'équilibre de force élastique soit établi dans les deux ballons. En promenant un thermomètre trésrsensible dans le vase où le gaz se précipite , on a effectivement remarqué un abaissement de température près de l'orifice de communication, mais qui diminue rapidement à mesure que le thermomètre s'éloigne, de telle sorte qu'à une assez petite distance sa température est celle du milieu qui environne l'appareil ; au delà le thermomètre monte encore, et indique conséquemment une production de chaleur.
Lorsque cette expérience est faite avec soin , on trouve que l'élé- Tation d'un des thermomètres à air, placés aux centres des ballons, est égal à l'abaissement de l'autre. Mais on ne peut déduire de cet appareil aucune mesure exacte, parce que les masses des thermomètres, quelque petites qu'elles soient, sont toujours très-grandes relativement à celles du fluide élastique. Il indique toutefois une inégalité singulière dans l'étendue des effets produits par différents gaz : les variations de température des deux thermomètres sont plus grandes pour l'hydrogène que pour l'air; elles sont moindres au contraire lorsque le gaz employé est de l'acide carbonique.
Cette inégalité n'a pas d'abord été attribuée à sa véritable cause. De ce que l'hydrogène faisait varier dans une plus grande étendue la chaleur sensible contenue dans les thermomètres de l'appareil précédent, on en concluait que ce gaz avait une capacité pour la chaleur, plus grande que tout autre. Mais on avait été conduit à une conséquence tout-à-fail opposée , en plongeant un ballon de verre , qui contenait successivement différents gaz, dans une masse d'eau dont la température avait toujours le même excès sur celle des gaz; on avait remarqué qu'il fallait moins de temps à l'hydrogène qu'à l'air pour prendre cette température, plus de temps au contraire à l'acide carbonique; ce qui faisait conclure que l'hydrogène avait moins de capacité pour la chaleur que tout autre gaz.
Ces phénomènes dépendent de ce que l'on peut appeler le pouToir conducteur des fluides élastiques, dû à la grande mobilité de leurs particules, qui n'est gênée par aucune force de cohésion. Cette mobilité est plus ou moins grande suivant la masse relative de ces particules , ou mieux suivant la densité des gaz, avec laquelle aug-
334 GOU&S DE PHYSIQUB.
mente lenr inertie ou la force nécessaire pour imprimer à leurs molécules la même vitesse. C'est a celle différence de mobilité qu'il faut attribuer l'inégalité des effets produits quand les gaz s'échauffent ou se refroidissent, laquelle est lout-à-Cait indépendante des différences de capacilé. Elle explique aisément les circonstances que présentent les expériences que nous Tenons de citer; car le gaz le plus mobile emprunte ou cède plus rapidement, aux corps qu'il touche, la chaleur qui lui est nécessaire ou superflue, pour que sa température devienne celle qui convient à l'équilibre.
^'chaleur ^* ^^^* ^^' Cl^™^''^ ^^ Desormcs ont imaginé un appareil analogue
dégagée par à colui de M. Gay-Lussac, qui permet de déterminer d'une manière
compression plus cxacto U quantité de chaleur produite par la compression de
un gat. |>^j^^ yy^ ^^ ^^^^ servis à cet effet d'un ballon de verreà large ouver-
ture, auquel était adapté un baromètre, on mieux un simple tube recourbé plongeant à l'extérieur dans un vase rempli de mercure , ou d'eau pour plus de sensibilité. La pression de l'air étant P, etsa température t, on Atait une portion de l'air intériei^rau moyen d'une pompe pneumatique, de manière que la pression devint P' moindre que P ; la différence P-P' était indiquée par le niveau du liquide dans le tube.
On ouvrait ensuite le robinet qui fermait l'ouverture, une portion de l'air extérieur se précipitait dans le ballon, en quelque sorte instantanément, à cause de la largeur de l'orifice, qui permettait de négliger d'ailleurs les pertes et les gains de chaleur dus à la première dilatation du gaz et au contact des parois. L'équilibre d'élasticité était établi lorsque le niveau du liquide dans le tube se trouvait le même qu'à l'extérieur, et lorsqu'on n'entendait plus le bruit produit par l'air af&uent; on fermait alors le robinet. Hais à cette époque la pression de lair intérieur n'était ég^le à celle P de l'atmosphère, qu'à cause de l'accroissement de température que le gaz entré avait produit, en comprimant celui qui était seul renfermé primitivement, aussi la température baissant par le contact des parois, le niveau du liquide dans le tube s'élevait en indiquant finalement, pour l'élasticité intérieure, une pression P" plus petite que P, mais plus grande que P', puisque sous le même volume le ballon contenait , à la même température tj plus d'air qu'au commencement de l'expérience.
On pouvait déduire des pressions observées P, P', P", la chaleur et la condensation produites par la compression de raîr,en parlant de la loi connue que l'élasticité d'un gaz, conservant le même Yolume, augmente de 7^ pour une augmentation de température
YIlfOT-DBUXliME LBCON. 335
d'an degré à partir de xéro, ou de ^gf^ à partir de <". Soit t-^x k température qu'ayait Tair du ballon , au moment où une portion d'air extérieur étant entrée, et où la pression intérieure étant devenue P) on fermait le robinet; on avait évidemment la relation ^ = ' "^t^^'^ > en désignant par a le coefficient 5^; d'où
p — p" 1 -4- flt/
La masse d'air contenue dans le ballon au commencement de l'expérience , et qui occupait un certain volume Y^ sous la pression P' et à la température t^ était réduite parla compression à un volume plus petit Y", sous la pression P" et lorsque la température était redevenue t. On avait donc d'après la loi de Mariotte, Y"P" = P' V', d'où ^^,— = ^ ^/'^ pour la condensation produite. Dans une des expériences faites avec l'appareil précédent , MH. Clément et Desormes ont trouvé, pour ^=12*», P = 0™,70e5 de mercure, F r== 0'^,7527, P" = 0V6295 ce qui donne
ar=:lS316, et. ^^^' = 0,0135.
Connaissant l'effet thermométrique produit par une certaine coudensation , on peut en conclure celui {y) que produirait une autre condensation, par exemple, celle de ^j du volume à zéro, ou de i^r^t ^^ volume à la température t. Il suffit pour cela de remarquer que les différences des pressions P,P', P", étant toujours assez petites comparativement à ces pressions elles-mêmes, on peut poser, sans grande erreur, la proportion suivante:
V" " p^ . Lr ^" • .1±£' • • g • « = P - ^"
pv • p'/" • a •* !-+-«/• " P"— P' •
Les nombres cités pins Haut donnenty=s 0*^,348 ; c'est-à-dire qu'en comprimant l'air à zéro, de ^^ de son volume, on l'échauffé d'un peu plus d'un tiers de degré.
354. On peut déduire de là le rapport (K) des chaleurs spécifi- ^'^^^"^^ qnesde l'air sous pression constante et sous volume constant, rapport caloriques. qu'il est important de connaître , à cause de son utilité dans plu- duo sieurs questions de physique. En effet, si l'on représente par l'unité la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré l'unité de volume d'un gaz à zéro , sans variation de volume , ou ce qui est la même chose la chaleur spécifique de ce gaz sous volume constant, il faudra pour l'échauffer aussi d'un degré, la pression restant constante et le volume variant alors de ^, lui donner en sus une quantité de chaleur qui l'eût échaufié à elle seule de y'=^\nE^ ^^V^>
lerae
gai.
336 Govas db phtsiqiti.
ou âe 0,348 pour Tair, sous Tolume constant. Les quantités de chaleur nécessaires pour élever d'un degré la température de l'unité de Tolume du gaz proposé , dans ces deux circonstances différentes , ou les chaleurs spécifiques de ce gaz sous volume constant et sous pression constante, seront donc entre ellesr comme l'unité est k 1 -♦- p./Z p/ ou à IttE^ > c'est-à-dire pour l'air comme l'unité est à 1,348; d'où K=« 1,348.
MM. Gay-Lussac et Welter ont trouvé, par un autre procédé Kss 1,375 pour l'air, au lieu de 1,348; ils ont en outre observé que ce rapport conservait sensiblement la même valeur à diverses tem* péralures. La comparaison qu'on a pu faire entre la vitesse réelle du son dans l'air, et celle que le calcul avait donnée, conduit plus exactement , comme nous le verrons, à K = 1,421. M. Dulong, par une série d'expériences que nous aurons l'occasion de décrire par la suite , lorsque nous parlerons de la propagation du son dans les différents gaz, a trouvé que ce rapport K variait d'une manière tréasensible des gaz simples aux gaz composés, et a déduit de la comparaison de ces différentes valeurs , cette loi remarquable par sa simplicité : l^'que des volumes égaux de tous les fluides élastiques, pris à une même température et sous une même pression, étant comprimés ou dilatés subitement d'une même fraction de leur volume, dégagent ou absorbent la raêmequantilé absolue de chaleur; 2"* que les variations de température qui en résultent sont en raison inverse de leurs chaleurs spécifiques sous volume constant. MéUngGt ré' 355. Lorsquc deux corps mélangés , dont un au moins est à l'état solide, ont une grande affinité chimique 1 un pour 1 autre, cette affinité peut déterminer brusquement une liquéfaction ou une fusion, et il en résulte ordinairement un changement de température. Ainsi l'on peut accélérer la fusion de la gkce par des acides ou des substances salines qui ont de l'affinité pour l'eau. Dans ce genre d'expérience il se produit de la chaleur par la combinaison de Tean avec l'acide ou le sel , et du froid par la liquéfaction de la glace. Suivant qu'un de ces effets l'emporte sur l'autre, il y a élévation ou abaissement de température. Par exemple, si l'on mélange de la glace et de l'acide sulfurique, on aura élévation de température quand la masse de glace sera moindre et l'acide sulfurique concentré, tandis qu'on obtiendra facilement un abaissement de 15 à 20® au-dessous de zéro , si la masse de glace est plus considérable et l'acide sulfurique étendu d'eau.
En refroidissant préalablement les corps dont le mélange devait produire un abaissement de température, on est parvenu à obtenir
TnVGT-DBUXIBMK LBÇQir. 337 -
un froid de 65 à 70 degrés au-dessous de zéro. Toutefois , dans le cas des mélanges de glace pilée et de sel marin, on ne gagne rien à refroidir d'abord ces corps, parce que le liquide que leur combinaison tend à former se congèle à — 20« environ, ce qui empêche d'obtenir un froid plus intense ; lors de la congélation de Teau saturée de sel marin , exposée à un froid suffisant, le sel se précipite , et Teau se congèle seule , ce qui prouve que le sel marin et Teau sont sans action mutuelle au-dessous de la température où ce phénomène a lieu. Voici la disposition la plus avantageuse pour obtenir le maximum de froid : il faut employer trois enveloppes ou couches réfrigérantes successives : l'enveloppe extérieure de, sel marin et de glace pilée; la seconde de chlorure de calcium et de neige; enfin le mélange central d'acide nitrique ou sulfurique étendu de neige.
356. La vaporisation produit aussi du froid. Pour rendre ce fait Froid produit très-sensible, il faut opérer sur de petites masses de liquide, et vap^aûon. augmenter par quelque moyen énergique la rapidité de leur passage à l'état gazeux. Par exemple, si dans l'espace ou la vapeur se forme, on place une substance qui l'absorbe à mesure, on aura un abaissement progressif de la température du liquide. Leslic a produit ce résultat en plaçant sous le récipient de la machine pneumatique uno petite capsule couverte d'une couche d'eau , et un vase contenant de lacide sulfurique concentré, assez éloigné de la capsule pour que la chaleur développée par la combinaison de l'eau et de l'acide ne lui fût pas communiquée. Dans cette expérience l'eau se congèle, mais l'évaporation continuant toujours, le froid peut descendre an point de congeler le mercure.
\^lla8ton a imaginé un appareil dans lequel l'eau se congèle aussi par suite d'une vaporisation rapide. Pour le former on introduit de l'eau dans un large tube fermé des deux cAtés, à l'exception Fro. i84. d'une petite ouverture par laquelle on chasse l'air en faisant bouillir le liquide, et que l'on ferme lorsqu'il n'y a plus que de la vapeur. On place ensuite ce tube verticalement, et l'on entoure sa partie supérieure d'un mélange réfrigérant ; la vapeur s'y liquéfie et se congèle sur les parois ; l'eau qui occupe la partie inférieure, fournissant constamment de nouvelles vapeurs, se refroidit au point de se congeler.
Si l'on met de petits matras de verre pleins d'eau , dans un vase rempli d'éther, liquide dont on accélère la vaporisation sous le récipient de la machine pneumatique, le froid produit transforme en glace Veau des matras. En employant des liquides plus volatiles T. I. 22
FiO. 183.
combinaisons.
S38 tSOtJRS DB PHTSIQVB.
encore que Tëther, tels qucracidefiulfureax, on parvient facilement Q congeler le mercure. Le froid produit par la taporisation a été utilisé dans la coostrticlion de plusieurs appareils destinés à faire connaître la proportion d'eau en Tapeur que contient l'atmosphère, et qui seront décrits dans les leçons suivantes. En exposant les lois de Tévaporation à Tair libre (Tingtquatriéme leçon), nous aurons loccasion d'étudier de nouveaux faits relatifs à l'abaissement de température qu'elle peut occasionner.
ciiaienr 357. La chaleur dégagée ou absorbée lors des Tariations brusques
pro uite ors j^ |^ dcusité dcs gaz^ct le froid produit par la vaporisation, s'expliquent facilement par le passage de la chaleur de l'état latent à l'état sensible, ou réciproquement; mais on ne connaît encore aucune explication satisfaisante du fait de la chaleur produite dans les combinaisons chimiques. Lorsque deux masses m, m', de substances différentes, ayant des chaleurs, spécifiques c et c\ forment en se combinant un corpsde masse m + m', dont la capacité mesurée directement est ^, s'il y a de la chaleur dégagée durant la combinaison, il semble qu'elle pourrait être attribuée à ce que la chaleur absolue du composé est inférieure à la somme des chaleurs absolues que contenaient les composants. C'est-à-dire qu'en désignant par tyf^etTj les températures primitives des masses m, m', et celle de leur combinaison, on devrait avoir m<j/ h- mV/' > (nn-m')/?. Hais cette inégalité ne se vérifie pas, ou bien la faible différence qui existe entre ses deux membres est évidemment insuffisante pour expliquer l'effet produit, à quelque point que l'on suppose «baissé le zéro absolu des températures.
En général on trouve un excès considérable dans la chaleur produite par une combinaison, dont il paratt impossible de trouver la cause, même en tenant compte des chaleurs latentes correspondant aux changements de densité ou d'état que paraissent éprouver les composants , et qui souvent sont inverses de ce qu'ils devraient être pour fournir de la chaleur sensible. Par exemple, la combustion d*un kilogramme de carbone, ou sa combinaison avec l'oxigène, donne lieu au dégagement de 7014 unités de chaleur; cependant le volume du gaz acide carbonique formé est le même que celui de l'oxigène employé, à la même température, et le carbone paratt avoir passé de l'état solide à l'état gazeux, passage qui devrait absorber une grande quantité de chaleur latente.
Pour se rendre compte des phénomènes de ce genre, en partant de l'hypothèse de la matérialité du calorique , il faudrait admettre que dans la chaleur absolue que possède un atome d'un corps sim-
TI96T-OSUXIBBE LEG05. HS9
ple^ la portion qui varie suivant sa position dans un groupe d'atomes semblables ($350), diminue dans une grande proportion lorsque cet atome se combine avec une autre substance. Il semble au premier abord que la chaleur produite par la percussion , par le frottement, et parles coipbinaisons chimiques, s'expliquerait plus complètement dans rhypolhése des ondulations , sans adopter de nouveaux principes. On conçoit en effet que des forces mteiniques, et celles qui président aux combinaisons , doivent imprimer aux molécules des mouvements vibratoires dont la force vive , étant en rapport avec les efforts qui les produisent, peut être très-considérable.
358. Mais les observations relatives à la chaleur dégagée, dans les circonstances dont il s'agit, ne sont pas encore assez multipliées pour qu'on puisse vérifier par le calcul les résultats déduits d'une hypothèse posée sur la nature de la chaleur. Il est même douteux que l'analyse mathématique , à moins qu'elle ue fît de nouveaux pas , pût lever les difficultés que présenteraient la recherche ou l'in* terprétation des équations , nécessairement très-complexes , qui devraient représenter les faits à expliquer. D'ailleurs les phénomènes électriques développent de la chaleui' d^ins un grand nombre de circonstances, et il ne parait pas que l'on puisse aborder l'essaid'une théorie positive de la chaleur, avant d'avoir démêlé les lois de cette nouvelle source, qui resteront sans doute ignorées pendant loag^ temps, si l'on en juge d'après l'état actuel de la théorie physique de l'électricité , sans contredit la moins avancée de toutes les parties de la physique , malgré les progrès certains qu'elle a faits dans 004 derniers temps»
Ainsi , quoique les lois do rayonnement de la chaleur , et celles de sa propagation dans les corps solides , puissent être traitées avec uqe rigueur suffisante par le calcul, presque tous les faits dansjes* quels la chaleur est produite ou disparait, no peuvent encore être compris dans aucune théorie de physique mathématique. Il convient donc de ne considérer les hypothèses et les principes que nous avons énoncés, soit sur l'origine même de la chaleur, soit dans le but de grouper un certain nombre de faits particuliers, que comme des moyens de coordonner ou do rapprocher des phénomènes dont la liaison paraissait évidente.
340 GOUaS DB PHTSIQVE.
V\^\V\IVVVVVVVVV>fVVVVV\\VVVVVVVV\lV\MA/VVV^V^^
▼XNGT-TROI8XÈME LEÇON.
Phénomèoes météorologiques. — De Tadnospbère. — Des aérostats. — Yariations des températures de l^air Thermomètres à maxima et minima. — De l'hygrométrie. — Hygromètre de Saussure. — Constructicn des tables hygrométriques. — Hygromètres donnant directement Tétat hygrométrique de Pair. — Observations el applications de Phygrométrie.
Mctcoroiogie. 350. Lcs phénomènes météorologiques dépendent pour la plupart des variations de la température de l'air; il conTient de les décrire apirès la théorie physique de la chaleur, comme pour offrir une application de ses lois. Toutefois celle description ne peut être donnée complètement dans le cours limité qui nous occupe. Les observations relatives aux phénomènes dont il s*agit se sont tellement multipliées, les lois qu'elles ont constatées el celles qu'elles laissent entrevoir ont acquis une telle importance , qu'il a paru nécessaire de séparer leur ensemble, pour en former un cours spécial , sous le titre de géographie physique ou de météorologie. Ce nouf eau cours, déjà fort étendu, comprend non-seulement les phénomènes généraux qui dépendent de la chaleur , mais aussi ceux qui se rattachent à l'électricité et à la lumière. Outre plusieurs théories partielles dont la perfection laisse peu de chose à désirer, et qui seront ' développées par la suite , il embrasse un grand nombre de faits , dont les lois et les causes sont totalement ignorées ou très-vaguement aperçues, et qui ne feraient que compliquer la physique proprement dite sans servir actuellement à ses progrés, ^^hê ^^^' "^'i^^^o^ph^i*^ <iuî enveloppe notre globe serait de peu d'étendue si l'air y avait partout la même densité qu'à la surface de la terre, où sa pression barométrique est d'environ 0^,76 ; car cette densité étant 10460 fois plus petite que celle du mercure, la hauteur verticale de l'atmosphère ne serait alors que de 104(IG X 0™,70, ou 7600™ à peu près ; mais elle est réellement beaucoup plus grande, puisqu'on s'est élevé en ballon à une hauteur presque égale à 7600™. Cette différence tient à ce que l'air étant un fluide pesant et compressible, sa densité diminue à mesure qu'on s'élève, en même temps que sa force élastique.
yiKGT-TROISli»E LEÇOV. 341
La loi de ce décroissement serait fort simple si la température était partout la même : car si Ton imagine dans l'atmosphère une colonne cylindrique verticale , ayant Tunité de surface pour base , deux sections horizontales situées à des hauteurs infiniment peu différentes 2 et (z+cf;?), seraient soumises à des pressions j», p-^dpy dont la différence — dp serait égale au poids gpdz de la couche d*air comprise entre ces sections; y étant l'intensité de la pesanteur , et p la densité de Tair qui serait proportionnelle à la pression p ; en
sorte queron aurait p=£, —pd^gpdz=^£pdz,^ = — ^ rfz,
d'où en intégrant : p = Ve « , ou 2=- - log.-j P étant la pression
à la surface de ta terre, et m un coefficient constant dont la valeur numérique pourrait être déterminée par deux observations à des hanteurs connues.
On n'aurait donc qu'à observer les pressions barométriques à la surface de la terre , et au point dont on voudrait connaître la hauteur^Iaquelle serait ensuite donnée par la formule précédente. Mais cette formule a besoin d*être modifiée : P parce que la température diminue en général à mesure que l'on s'élève ; 2° parce que l'intensité g de la pesanteur ne peut pas être regardée comme constante quel que soit z. Les modifications nécessaires pour tenir compte de ces variations sont développées dans un autre cours.
301. On s'eiit occupé dés la plus haute antiquité de rechercher , ^^* les moyens de s'élever dans l'atmosphère , mais tous les essais avaient été infructueux, lorsque Mongolfier imagina d'imiter la formation des nuages. A cet effet il construisit avec du papier une enveloppe sphérique, et la remplit avec les gaz dilatés résultant de la combustion de certaines matières, et introduites par un orifice inférieur; le ballon s'éleva, entraînant avec lui des poids considérables. C'était réellement l'exhaussement de la température des gaz contenus dans l'enveloppe, qui occasionnait la légèreté spécifique de l'appareil et déterminait son ascension; car lorsque Ton retirait le feu , la température baissait rapidement, et la Mongôlfière retombait.
Deux ou trois mois après ce premier essai , Charles imagina de substituer à l'air raréfié par la chaleur, u» gaz spécifiquement plus léger que l'air à la température ordinaire, et il choisit l'hydrogéno, le plus léger de tous les gaz. La difficulté ne consistait plus qu'à trouver un genre d'enveloppe suffisamment légère, et en même temps imperméable à l'air et à l'hydrogène. On trouva que du taffetas enduit de caoutchouc, remplissait très-bien ces conditions. On se sert aussi quelquefois d'une enveloppe de baudruche, faite
342 COURS DB PnTSlQUB.
a?cc une membrane mince du bœuf, mais elle laisse tamiser l'hydrogène et ne pourrait servir pour de grands appareils.
L'enveloppe ne doit pas être totalement pleine de gaz au moment du départ : car dans les hautes régions de l'atmosphère , oii la pression est beaucoup moindre qu'à la surface de la terre, et où le tolume du gaz doit augmenter, on serait obligé d'en chasser une grande partie, sans quoi le ballon pourrait se déchirer. Il faut donc introduire une quantité de gaz seulement suffisante pour gonfler l'appareil, à la hauteur à laquelle on veut s'élever, et qu'il est fa» cile de calculer. Ce calcul n'est toutefois qu'approximatif, car pour qu'il fût exact, il faudrait connaître la Téritable loi du décroissement de la densité de l'air, n mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère.
Soient : Y le volume du ballon gonflé, i? celui de la nacelle ; A et D les densités de Thydrogène et de l'air, sous la pression barométrique normale de O^^lQx H la pression barométrique correspondante à la hauteur inconnue Z; enfin P le poids de l'enveloppe et de la nacelle. Supposons en outre, que la température ne varie pas sensiblement dans le trajet de l'aérostat. VA^ et (V-+- v) ~~, beront les poids de l'hydrogène qui gonflera le ballon , et de l'air déplacé par l'appareil, à la hauteur Z. Or d'après un principe connu, en ajoutant P au premier de ces poids , on doit avoir le second, si comme on le suppose l'appareil reste en équilibre dans la couche d'air située à la hauteur que l'on cherche; on aura donc :
OU
Cette formule donnera H ; ou en déduira Z au moyen de la formule donnée plus hnut(§ 360). Si au contraire Z est donné, H s'ensuivra, et ^ sera la quantité d'hydrogène, à la pression de 0,76, exprimée en fraction de volume du ballon gonflé, qu'il faudra introduire dans l'appareil au moment du départ.
En tout autre endroit de l'atmosphère que dans la couche où il pourrait rester en équilibre , le ballon tendra à monter ou à descendre d'un mouvement accéléré : soit, outre les quantités de l'article précédent, h la hauteur barométrique correspondante à une hauteur quelconque .; ; le volume du ballon sera ^ a cette hauteur; l'hydrogène qu'il contiendra pèsera toujours \A-~; le poids de rair déplacé sera (V ][*-+- ») ^^. D'après cela ,
yihgt-tboisiûb lbçok. 343
(Vi?-Hf)Xi^.-AV„^,-P,ou^„(D-A)-PH-^,
OU enfin j d'après la formule de l'article précédent , ^-^^ (A — H) sera la force motrice ascensionnelle 9 si A est plus grand que H , ou z<Z. En cbangeani le signe de cette expression on aura la force motrice qui tendra à faire descendre l'appareil y si A-est moindre que H, ou ^>Z; dans ce dernier cas il faut supposer étidemment que le ballon ne soit pas gonflé totalement à la hauteur, z et sous la pression H , c'est-à-dire lorsque la force motrice est nulle.
Ainsi, soit qu'il monte, soit qu'il descende, le ballon tendra à prendre un mouvement accéléré. La résistance de Tair agissant comme force retardatrice, tendra à détruire cette accélération, et pourra finir par rendre le mouYement sensiblement uniforme. Lorsque le ballon s'éleyani sera parvenu à la couche où la force motrice est nulle, il la dépassera en vertu de la vitesse acquise, et finira par s'y maintenir après quelques oscillations verticales ; il sera alors emporté avec la masse d'air qui l'entoure dans ladireotion du vent régnant à cotte hauteur.
Lorsque Taéronaute veut faire descendre son ballon , il ouvre unie soupape placée a la partie supérieure. de Tenveloppe, au moyen d'une corde attachée à la tige de cette soupape et dont l'autre ex* trémité esta sa disposition; une portion de l'hydrogène s'échappe, et l'appareil, devenant spécifiquement plus lourd que l'air déplacé, descend. Mais pour éviter les dangers d'une chute trop rapide, cette descente doit être faite par cfiscades; pour cela Taréonaute jette de temps en temps une portion du sable qu'il a dû emporter , opération qui diminuant le poids total tend à faire remonter lo ballon ; il ouvre aussi de temps en temps la soupape , autre opération qui tend à le faire tomber ; un baromètre lui indique , par les variations de la hastenr du mercure, le sens dans lequel il marche et la rapidité de son mouvement ; il juge d'après cela s'il doit jeter du lest, ou ouvrir la soupape.
L'impossibilité qui existe encore de diriger a volonté le mouve* ment horizontal des ballons, n'a pas permis jusqu'ici de s'en servir pour voyager. Pour atteindre ce but, il faudrait pouvoir développer, au moyen d'un moteur peu pesant, une force suffisante pour vaincre l'impulsion du courant d'air dans le lien occupé par le ballon ; ou bien , après avoir reconnu les directions variables du mouvement de l'air , qui existent simultanément à difiérentes hauteurs ^ il faudrait élever et maintenir l'aérostat à la hauteur oè le vent aurait précisément la direetion que l'on voudrait suivre. Mais il y a encore
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un autre problème à résoudre y c'est de connaître, à chaque instant et dans toute circonstance, la véritable direction du mouvement imprimé au ballon ; ici la boussole marine serait sans efficacité, puisque les aérostats ne laissent derrière eux aucune trace analogue au sillage des vaisseaux, que Ton puisse rapporter à la direction de raiguille- aimantée; placé au-dessus d'un nuage, l'aéronaute n'a plus aucun moyen d'apprécier le chemin qu'il parcourt ; il serait donc nécessaire de maintenir constamment l'appareil en vue de la terre. Il est probable que toutes ces difficultés ne pourront être levées qu'à la suite de progrès nouveaux et très-étendus dans les arts mécaniques. Les ascensions aérostatiques ont fourni le moyen d'étudier l'état et la composition de l'atmosphère dans ses hautes régions. La plus remarquable de ces ascensions a été exécutée par HM. Gay-Lussac et Biot; nous aurons l'occasion de citer quelquesunes de leurs observations.
TcroiKTatures 362. Cc Serait ici le lieu d'exposer la théorie des vents réguliers, ù la surface quelqucs uotious très-vagues sur les venta irréguliers, les variations périodiques du baromètre , ses variations irrégulières correspondantes aux changements qui surviennent dans l'atmosphère. Hais CCS diverses questions font maintenant partie du cours de Géographie physique. Ces phénomènes sont dus pour la plupart aux variations de température de l'air atmosphérique, soit dans un même lieu aux différentes heures du jour et suivant les saisons, soit à la même époque dans des lieux différents. 11 ne sera donc possible de trouver leç lois que suivent ces phénomènes , que quand on connattra celles des températures à la surface du globe. C'est afin de démêler ces dernières qu'on a multiplié les observations thermométriques. Pour résumer celles de ces observations faites dans un même lieu , on en déduit les températures moyennes de chaque jour , de chaque mois, de chaque année , et enfin celles d'un grand nombre d'années. Le rapprochement des températures moyennes correspondantes à dif* férents lieux a déjà conduit à des conséquences importantes; d'autres se déduisent de la comparaison des plus grandes variations thermométriques.
Hais , dans l'état actuel de cette partie de la physique générale , les résultats les plus précieux sont ceux qui permettent de réduire le nombre des observations nécessaires pour en conclure les données que l'on cherche. Ainsi, l'on a reconnu que, pour déterminer la température moyenne d'un jour dans un lieu donné , il suffisait de prendre la moyenne des trois observations faites, l'une au lever du soleil, l'autre à deux heures de l'après-midi, et la troisième au
TnrGT-TROISliMB LBÇON.
coucher du'Soleîl; oa bien de prendre la moyenne entre la plus grande et la plus petite température de la journée. On a remarqué pareillement que la température moyenne de Tannée est sensiUement la même que celle du seul mois d'octobre , et qu'on l'obtient encore en prenant la moyenne des observations faites tous les jours à une même heure, Yariable avec la latitude, et qni est celle de 9 heures du matin à Paris.
La température moyenne de chaque jour est l'élément principal de toutes ces recherches ; car on adopte poiir celle de chaque mois la moyenne entre les températures moyennes de ses difiérents jours, et pour celle de l'année la moyenne entre les températures moyennes des douze mois. Le procédé le plus expéditif , et peut-être le plus exact que Ton puisse employer , pour se procurer cette donnée fondamentale, consiste à déterminer la plus grande et la plus petite température du jour. On peut se servir à cet effet d'un thermomètre à maxima et minima.
d6d. Le plus commode des instruments de cette espèce est celui de Rutherford. Sur un même cadre sont fixés deux thermomètres dont les tiges sont recourbées tiorizontalement : l'un est à alcool coloré, Tautreà mercure; le premier renferme un petit cylindre d'émail, substance qui est mouillée par l'alcool, le second un petit cylindre de fer , métal que le mercure ne mouille pas. Les deux index ont un diamètre moindre que relui des tubes ; celui d'émail reste constamment dans l'alcool, qui l'entraine vers la boule lorsque la température diminue ; quand elle augmente ensuite , le liquide se dilatant dépasse le cylindre et le laisse en arriére de sa surface. L'index de fer est toujours au contraire en dehors du mercure, qui le pousse devant lui lorsque la température augmente ; quand elle diminue, le liquide abandonne le cylindre au point le plus éloigné. Les degrés 011 stationnent ces index, quand on observe le double thermomètre, indiquent évidemment les températures maxima et minima de la période de temps pendant laquelle l'instrument a été abandonné. Pour le rendre capable de donner de nouveaux résultats , il suffit de placer un instant le système des tubes dans la position verticale ^ à l'aide de quelques secousses légères, le cylindre de fer retombe sur le mercure, et celui d'émail remonte à la surface de l'alcooL
On emploie aussi le thermomètre de Six, perfectionné par Bellani. C'est un thermomètre à alcool renversé, dont le réservoir est très-vaste , et dont la tige doublement recourbée contient du mercure dans les deux branches verticales du coude inférieur. Des deux
surfaces du mercure, Tune touche la colonne liquide du thermo-
Thermomè-
Iresi maunia et mi aima.
Fie. ISS.
FiG. 160.
346 GOUAS DE PHTSIQUB.
métré, Tantre est nurmanlée d'une autre colonne d'alcool, qui se femiîne ^ers le haot an fond d'une cuvette ottTerte dans Tatmos-* phére. Sur ces deux surfaces flottent deux petits cyKndres de fer, qu'elles soulèvent lors des variations de la température, mais qui sont retenus aux plus grandes hauteurs qu'ils atteignent , par de petites boucles jdejchcveux qui pressent à la manière des ressorts les parois du tube. D'après cette disposition , il est évident que leurs lieux de stationnement indiqueront, l'un la plus haute , l'autre la plus basse des températures de la période de temps pendant iàqaelle l'instrument aura été abandonné à lui-même. Quand on vent faire descendre les index sur les surfaces du mereure, afin de procéder à de nouvelles observations, on se sert d'un aimant assez fort ponr vaincre le frottement des boucles de cheveux sur les parois qu'elles pressent.
^m^uJf.'^'*' 364. Les variations de la quantité d'eau, contenue à l'état de vapeur dans l'air atmosphérique , se combinent avec celles de la température, pour occasionner la plupart des phénomènes météorologiques'. Il importe donc de savoir déterminer à chaque instant l'étal d'humidité de l'air , afin de recueillir une nouvelle série d'observations } qui rapprochée des températures moyennes , puisse faire dé-* couvrir par la suite les lois générales de ces phénomènes.
On reconnaît que Tatmosphèrc contient toujours de l'eau à l'état de vapeur, en y exposant des corps appelés déliquescents , ou qui ont une grande affinité pour l'eau ; ils absorbent alors l'humidilé de l'air, et deviennent liquides au bout de quelque temps, en se dissolvant dans Teau qu'ils ont précipitée. Ou peut eneore reconnaître l'existence de Teau dans l'air , par le dépôt en croûte glacée qui se forme sur la surface extérieure d'un vase contenant nn corps trèsfroid, phénomène que Ton peut observer en tout temps et en tout lieu.
Pour évaluer la vapeur qui se trouve dans Tatmosphère, au lieu de chercher à absorber la quantité d eau en poids contenue dans an volume donné d'air, on se sert de substances dont la forme subit des changemenls d'autant plus grands que l'air qui les entourées! plus ou moins humide, et que l'on nomme pour cela êuhêiancé* hygrométriques. Parmi les substances organiques il n'en est aucune qui ne fût propre à former un hygromètre. Hais pour que l'hygromètre soit utile, il faut que la substance employée soit très-sensible aux variations de l'humidité del'air, inaltérable par le temps, d'une petite masse pour que ses indications soient plus promptes , qu'elle n'éprouve aucun changement permanent afin que dans les mêmes
TlHQT-TROlsrBHB I.BÇOlf. 347
circonst&DGcs ses indications redeviennent les mêmes ^ enfin <|tle rinstrument étant ainsi comparable à lui-même, deux hygromètres construits avec la même substance soient comparables entre eox.
De toutes les substances hygroraétriques connues, les seules qui paraissent remplir ces conditions , sont les cheveux et les plaques minces des fanons de baleine prises dans une direction perpendica* laire à celle des fibres ; ces substances s'allongent par Thumidité. Les hygromètres à cheveu et à baleine sont connus sous les noms d'hygromètre de Saussure et d'hygromètre de Deluc ; celui de Saus* sure est le plus généralement employé; voici les détails de sa construction.
365. Un cadre içétallique, dont on néglige les dilatations par la nygromitre chaleur , comme incomparablement plus petites que les changements de dimensions qu'il s'agit d'observer , présente à sa partie supérieure fic. is?. une pince dans laquelle est fixé le cheveu , dont l'autre bout est attaché à la gorge d'une poulie ; un poids de 2 ou 3 grains est pareillement attaché à la même gorge , de manière à tendre constamment le cheveu; avec la poulie se meut une aiguille, dont l'extrémité înilique sur un cadran si le cheveu s'allonge ou se raccourcit. Les cheveux dans leur état ordinaire sont enveloppés d'une matière grasse qui les soustrait en partie à l'humidité, et qui réduit leur allongement à ~^, de lextrérae sécheresse au maximum d'humidité', mais lorsqu'ils en sont dépouillés , leur allongement total est 4 fois plus considérable, ou ^ environ. Il est donc important de laver ces cheveux dans une eau un peu alcaline que l'on fait bouillir ;-i^ de sous-carbouate de soude en dissolution suilit , d'après Saussure » pour enlever cette matière grasse.
Pour graduer l'instrument, on le place d*abord sous une cloche coatenant de l'air, et une substance déliquescente calcinée, qui absorbe l'humidité du récipient. L'aiguille de l'hygromètre descend d'abord très-rapidement ; son mouvement se ralentit ensuite, mais elle n'atteint une position stationnaire qu'au bout de 3 jours; on marque alors sur le cadran, au point où l'aiguille s'arrête, le zéro de l'hygromètre. Pour s'assurer si ce point correspond réellement à celui de sécheresse extrême , il est bon de présenter la cloche aux rayons solaires : si le cheveu contient encore de Thumiditë , la vaporisation étant excitée par l'accroissement de température, l'aiguille continue à descendre ; mais si le cheveu est parfaitement sec, il n'éprouvera qu'une petite dilatation par la chaleur qui fera au contraire monter Taiguille. Ou abrège beaucoup cette première opéra-
tioa de la graduation , et on la rend même plus sûre , en disposant rh jgrométre dans le vide avec des morceaux de chaux vive.
On place ensuite l'hygromètre sous un autre récipient dont les parois sont mouillées ; l'air renfermé se salure d'humidité, l'aiguille monte alors rapidement et devient stationnaire au bout d'une heure au plus. On marque 100^ au point oùVarréte la pointe de l'aiguille. L'arc compris sur le cadran entre les deux points marqués est eufin divisé en 100 parties, qui sont les degrés de l'hygromètre. Lorsque cet instrument a été construit avec tout le soin nécessairci on remarque que lorsqu'il est placé dans les mêmes circonstances, ses indications sont toujours identiques ; quelle que soit la température de l'air, s'il est saturé; l'instrument indique toujours 100®, et s'il est parfaitement sec toujours O**. On fait toutefois abstraction de la dilatation du cheveu par la chaleur, qui est très-petite^ car 33® de différence de température ne font varier Thygrométre que de ; de degré.
On doit conclure de là que les variations de longueur du cheveu, dues à sa dilatation par la chaleur, sont négligeables dans les limites de température de l'atmosphère, et que le cheveu s'empare toujours de la même quantité d'eau, dans l'air saturé de vapeur, quelle que soit sa température, puisqu'il s'allonge de la même quantité. Oa concevra facilement ce dernier résultat , en remarquant que l'eau est en quelque sorte retenue à l'état de vapeur avec une force nulle, dans l'air qui est saturé, puisqu'à la moindre diminution de volume ou de température , une portion de cette vapeur se liquéfie. Dans ces circonstances, quelle que Isoit la température, l'affinité du chevea pour l'eau n'étant contre-balancée par aucune autre force, cette substance précipitera toute Teau qu elle peut absorber, quantité qui est d'ailleurs très-petite, relativement à celle qui sature l'espace dans lequel l'instrument est placé.
Tables Ly- 300. L'état hygrométriquc de l'air est le rapport qui existe entre ir^uM. 1^ quantité de vapeur d'eau qu'il contient réellement, et celle qu'il contiendrait s'il en était saturé, ou ce qui est la même chose, c'est le rapport des forces élastiques des vapeurs correspondantes. Or les degrés de Thygrométre ne sont pas proportionnels aux états hygrométrique» de l'air. La relation qui existe entre ces deux espèces de quantités, a été recherchée par plusieurs séries d'expériences, et l'on a construit des tables qui la représentent.
Pour cela, Saussure prenait un ballon rempli d'air sec, muni d'un baromètre et d'un thermomètre; après y avoir introduit Thygromètre, il plaçait dans ce ballon un linge humide , qu'il laissait un
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certain temps, pour le retirer ensuite. La perte de poids du linge indiquait Tean contenue dans le ballon; on avait la température et la pression intérieure; Saussure pouvait ainsi calculer un des éléments de la table. Hais œ procédé est peu exact, à caose de la portion d'humidité absorbée par les parois^ dont il est difficile de tenir compte.
M. Gay-Lussac a employé avec succès un autre moyen^ il est fondé sur cette propriété que la tension maxima de la vapeur, dans an espace en contact avec de Teau contenant une substance saline, est d'autant moins grande que la dissolution est plus concentrée. M. Gay-Lussac plaçait de l'eau chargée d'un sel , ou contenant un acide, sous un récipient où se trouvait Thygrométre; une petite portion de cette dissolution, introduite dans le vide d'un baromètre indiquait la tension de sa vapeur; un autre baromètre donnait aussi la tension de la vapeur de l'eau pure a la même température. Le rapport de ces deux tensions fournissait alors l'état hygrométrique de l'air du récipient, correspondant au degré observé sur l'hygromètre. Ce mode d'expérience répété pour un certain nombre de tensions différentes, à la température constante de 10®, a donné une table très-exacte.
M. Dulong s'est serti d'un autre procédé, moins long et aussi exact que celui de M. Gay-Lussac, comme l'a prouvé l'identité des résultats obtenus par ces deux physiciens. Dans un vase où rhygroroétre était suspendu, il faisait arriver uu courant mixte, composé d'air et d'hydrogène; l'air était parfaitement desséché, par des substances déliquescentes; l'hydrogène au contraire était saturé d'humidité, par son passage au milieu de corps imprégnés d'eau. On pouvait, en donnant aux deux gaz des vitesses d'écoulement constantes , par les moyens connus, faire eu sorte que leur mélange fût en proportions fixes et déterminées. L'expérience commençait lorsque tout l'airdu vase était chassé par le courant mixte, et que les parois s'étaient mises en équilibre hygrométrique avec lui; on observait alors le degré de l'hygrowclre. Soit v le volume d'air arrivé sec, et u celui de l'hydrogène arrivé saturé de vapeur, pour former un volume {v + u) du mélange; ti et (17 + u) représenteront également, l'un le volume primitif de la vapeur à saturation, l'autre celui de la vapeur contenue dans le mélange; leurs forces élastiques étant en raison inverse de ces volumes, on aura (^qp,,) pour l'état hygrométrique du mélange.
Pour évaluer le rapport de u à v, on analysait, dans l'eudiomètre et sur l'eau, une portion A en volume du mélange ; en déterminant
GOUAS DB PSTSIQUE.
Hygromètres
donnant directement l'état hygrométrique de l'air.
Fio 189.
Applications
de
lliygrométrie.
métré à plume. Mais tous ces hygromètres soDt très-défectueux; rarement ils donnent les mêmes indications lorsqu'on les place dans les mêmes circonstances à des époques différentes.
369. Plusieurs hygromètres ont pour but de déterminera quelle température la vapeur que contient Tair serait capable de le saturer ; on cherche ensuite, dans les tables , les forces élastiques de la yapeur d*eau correspondantes à la température indiquée par ce genre d'hygromètres , et à la température de Tair extérieur -, on a ainsi les deux termes du rapport qui représente Vétat hygrométrique de l'atmosphère. Un simple vase a parois très-minces , que l'on refroidit peu à peu, en projetant dans l'eau qu'il contient de petits morceaux de glace pilée , peut remplir le but proposé ; il arrive un moment où la couche d'air qui enveloppe le vase, et qui se refroidit avec lui, dépose de la rosée sur sa surface extérieure, on note alors la température indiquée par un thermomètre qu'on a eu soin de placer dans l'eau du Tase ; on laisse l'appareil se réchauffer un peu par le rayonnement , jusqu'à ce que cette rosée disparaisse ; on note encore la température du thermomètre intérieur ; la moyenne de ces deux observations peut être prise pour la température à laquelle il faudrait abaisser l'air extérieur, pour que la vapeur qui le contient fût capable de le saturer.
L'hygromètre de Daniel est fondé sur le même principe ; il consiste en deux boules de verre réunies par un tube doublement recourbé. L'une de ces boules contient de l'éther; elle est noircie pour laisser apercevoir plus facilement la rosée qui doit s'y déposer; à son centre correspond la boule d'un thermomètre dont la tige s'élève dans la partie voisine du tube. La seconde boule est vide de liquide , et terminée par une ouverture capillaire effilée en pointe, par laquelle on chasse l'air intérieur, en faisant bQuillir l'éther, et que l'on ferme au chalumeau quand il n'y a plus que de la vapeur. L'appareil étant ainsi préparé, ou entoure la seconde boule d'un linge sur lequel on verse de l'éther ; le froid produit par son évaporation détermine la précipitation de la vapeur intérieure ; l'éther de la première boule en fournissant de nouvelle *vapeur se refroidit; la température que l'on cherche est indiquée par le thermomètre intérieur, quand la rosée commence à se déposer sur la surface noircie. Ces hygromètres ne sont pas employés, à cause des manipulations exigées pour chaque observation, qui les rendent moins comtnodos que celui de Saussure.
270. L'hygromètre peut servir à déterminer l'état d'humidité de l'air où commence la déliquescence d'un sel; il suffit pour cela de
TIHGT-TEOISlillE LEÇON. 363
suspendre cet ÎDstrument »ous un récipient, au-dessus d'une disso-f lution saturée de la substance que Ton veut étudier, et de noter le degré qu'il indiquera dans cette circonstance. Lorsque l'état hygrométrique de l'air sera supérieur à cette indication, le sel proposé qu'on exposera sec dans l'atmosphère y tombera en déliquescence; dans le cas contraire , une dissolution saturée du même sel fournira de la Tapeur à l'air ambiant.
L'usage des tables hygrométriques permet de calculer le poids exact d'un volume donné d'air atmosphérique, et par suife la correction qu'exige le poids d'un corps solide. Il suffit pour cela de substituer à la place de F , dans la formule du § 331 , la force élastique maxima de la sapeur deau pour la température existante, multipliée par l'état hygrométrique donné par les tables, et correspondant au degré observé sur Thygromètre.
Les progrès de la météorologie exigeaient avant tout la recherche de plusieurs instruments comparables, qui pussent donner, dans chaque lieu et à chaque instant , les valeurs exactes de tous les éléments variables qui constituent l'état de l'atmosphère. Ce premier but est maintenant atteint : on peut connaître la température, la pression et l'état hygrométrique de l'air par des procédés d'observation faciles et précis; des instruments suffisamment perfectionnés indiquent la direction et la force des vents ; enfin d'autres appareils qui seront décrits plus tard , permettent de constater l'état électrique de l'atmosphère.
Déjà des observations météorologiques suivies avec soin ont conduit à des résultats généraux d*une grande importance. Mais il faudra multiplier et rapprocher, beaucoup plus qu'on n'a pu le faire encore, les lieux et les époques des observations, si l'on veut accumuler les données indispensables pour découvrir les lois des phénomènes atmosphériques , et arriver à les prédire avec quelque certitude. Les connaissances spéciales^ le temps et l'attention que ce travail exigerait d'un grand nombre de personnes, forment sans contredit le principal obstacle gui s'oppose aujourd'hui à l'avancement rapide de la météorologie.
Pour vaincre cet obstacle, il faudrait imaginer des instruments qui pussent tracer d'eux-mêmes , avec exactitude , la table de toutes leurs indications successives pendant un certain temps. Quelques tentatives faites dans ce. but même et suivies d'un-demi succès , l'existence des thermomètres à maxima et minima, le haut point de perfection auquel est parvenu l'art de l'horlogerie , et surtout la précision que les physiciens savent donner à leurs appareils , per- T. I. 23
864 Gouas db phtsiqub.
mettent de croire à la possibilité de semblables instruments. Lenr découverte ne parait pas d'ailleurs devoir présenter plus de difficulté que celle de Théliostat, ou que celle de l'appareil ingénieux servant à la mesure des sons. Quoi qu'il en soit, des instruments qui permettraient de réunir facilement les observations continues, faites dans un grand nombre de lieux suffisamment voisins, conduiraient indubitablement à des rapprochements inattendus, et peut-être par la suite aux lois des phénomènes météorologiques , soit généraux , soit particuliers i chaque contrée.
TINGT-QUATRIÈME LEÇOIT. 355
VVWVV>IVVW\IVWVVVVVV\IVVVVVVVWVVVVVWW\^
▼XNOT-QUATRIÈMS LEÇON.
De PëTaporation — Théorie da mélange des fluides. — Loif de Tétaporation — ■aximum du froid dû à Tétaporation. Hygromètre de Leslie. — Des nuages. — De la pluie. — De la neige. — De la rosée. Refroidissement des corps avant la rosée. Rayonnement nocturne — De la gelée blanche. Effets dit ers du rayonnement nocturne. — Des brouillards.
371. On donne parlicuUérement le nom d*évaporation à la pro- Th^nedu priété dont jouit une masse liquide, exposée dans ratmosphére, de des nuilei. se dissiper en Tapeur avec plus on moins de facilité. On se rend facilement compte de cette propriété y et des circonstances qui favorisent son développement , après avoir étudié le mélange des fluides y phénomène plus générai dont il parait possible de donner une théorie satisfaisante, en admettant l'existence de certaines actions moléculaires, qu'une multitude de faits rendent très-probable.
Lorsque deux ballons de verre, contenant, par exemple, Tun de l'hydrogène , l'autre de l'acide carbonique , sont mis en communi* cation, il s'établit d'abord un équilibre de pression; cest-a-dire qae le gaz, dont la force élastique est plus grande, se précipite en partie dans le ballon occupé par l'autre gaz , dont le volume diminue. Mais l'expérience indiquant que les deux gaz finissent par se mélanger en proportions égales dans les deux vases , quelles que soient leurs positions et les densités relatives des fluides (§ 88 ), il faut conclure de ce fait que l'équilibre ne pourrait avoir de stabilité, malgré l'égalité de force élastique, de part et d'autre d'une surface de séparation nette et tranchée entre les deux milieux. Une molécule d'hydrogène voisine de cette surface doit généralement éprouver deux actions ou pressions résultantes , l'une de la part du milieu homogène dont elle fait partie, l'autre provenant des mo* lécules d'acide carbonique situées du côté opposé de la surface de séparation. Si ces deux actions étaient égales et contraires , la mo* lécule d'hydrogène resterait en équilibre, et le mélange des gaz n'aurait pas lieu ; puis donc que ce mélange s'opère , il faut en conclure que la difiérence des masses des dernières particules des
deux gaz considérés élablit une iuégalilé, ou une sorte d*incomluensurabililé, entre les deux actions résultantes dont il s*agit, qui faisant marcher la molécule d*h>drogène, dans un sens ou dans Vautre, trouble l'équilibre et force les gaz à se mélanger; jusqu'à ce qu'enfin les deux pressions exercées des deux côlés d'un élément plan, auquel appartient une molécule d'hydrogène, deviennent égales par une distribution symétrique des deux fluides de part et d'autre de l'élément plan , ou ce qui eai la même chose jusqu'à ce que le mélange se soit fait en proportions égales. .
C'est à une inégalité ou à une incommensurabilité du même genre que l'on doit attribuer la dissolution des gaz dans l'eau. Lorsqu'une atmosphère gazeuse est tout à coup mise en contact a?ec une masse d eau purgée de tout gaz, elle lui communique d'abord sa pression ; dans ce premier étal , si l'on considère une molécule de gaz toisine de la surface libre du liquide , elle doit éprouTor deux actions ou pressions résultantes , l'une de la part du milieu élastique, l'autre provenant des molécules d'eau ; si ces deux actions de directions contraires étaient égales , la molécule de gaz considérée resterait en repos, et les fluides élastiques de l'atmosphère ne pénétreraient pas dans le volume occupé par le liquide ; puis doac que cette pénétration a lieu, il faut en conclure que les deux actions dont il s'agit sont inégales ou incommensurables ; d'où suit la nécessité que le gaz s'intercale entre les molécules d'eau, jusqu'à ce qu'une molécule de l'atmosphère, voisine de la surface libre, 6oit également sollicitée par la pression du milieu élastique, et par la résultante contraire que l'eau et les gaz dissous exercent sur elle.
Lorsqu'un espace vide de toute matière pondérable est oflert à «ne masse d'eau, la vaporisation rapide qui s'opère alors, prouve que les molécules qui limitent cette masse éprouvent une action répulsive de la part des molécules inférieures. La gazéification des couches superficielles a lieu, jusqu'à ce qu'une molécule de la surface libre du liquide soit également sollicitée par la pression de la Tapeur formée, et par la résultante contraire des actions que le liquide exerce sur elle. Dans cet état d'équilibre, une molécule do vapeur voisine de la surface libre éprouve pareillement deux pressions égales et contraires: c'est, pour cette molécule, comme si le volume du liquide était occupé par de la vapeur de même tension que celle située au-dessus. L'intensité de ces pressions contraires et égales , qui sollicitent les molécules d'eau ou de vapeur près de la surface de séparation, ou la tension, augmente d'ailleurs avec l'énergie de la chaleur.
TiVGT-QtrATBfiME LEÇOTf. 357
Si l'espace limité offert à la masse cl*eau supposée contient des gaz, les pressions étant transmises, Téquilibre du système ne pourrait subsister qu'autant que les molécules d'eau et de gaz, voisines de la surface de séparation , seraient chacune sollicitées par des actions résultantes égales , provenant des deux milieux. Mais en vertu des différences de masse etdeTétat des dernières particules, ces actions ne peuvent se détruire mutuellement ; les gaz pénétreront donc dans le liquide , et les couches superficielles de ce dernier milieu se vaporiseront en pénétrant dans le premier, jusqu'à ce qu'une molécule d'eau ou de gaz prés de la surface libre éprouve deux sommes d'actions égales, de la part des milieux hétérogènes formés par ce double mélange. Il résulte de l'incommensurabilité des actions exercées entre des molécules de même espèce et entre celles d'espèces différentes, que l'équilibre définitif est identique à la surperposition de deux étals d'équilibre différents, celui du liquide et de la vapeur seuls, celui du gaz dans le liquide et dans l'atmosphère superposée. Cette identité ne prouve pas que la vapeur d'eau n'exerce aucune action moléculaire sur les gaz de l'atmosphère, et réciproquement ; tout ce qu'on doit en conclure, c'est qu'à la surface de séparation une molécule de vapeur, déjà également pressée par le liqoide seul et par la vapeur répandue dans l'atmosphère, éprouve en outre deux actions égales de la part des gaz superposés au liquide , et de celle des gaz dissous ; et ensuite qu'une molécule gazeuse au même lieu , en équilibre sous les seules actions des gaz libres et dissous , est en outre sollicitée également par le liquide et parla vapeur.
Ces considérations théoriques supposent , il est vrai, que des molécules de substances différentes, non susceptibles de se combiner chimiquement , exercent néanmoins les unes sur les autres des actions mécaniques à distance, lorsqu'elles sont suffisamment rapprochées. Mais les phénomènes capillaires, ceux de la cohésion entre corps différents, la transmission des pressions des gaz aux solides et aux liquides qui les entourent, prouvent l'existence de ces actions. Il serait d'ailleurs impossible de concevoir, sans les admettre, le temps appréciable que les gaz emploient à se mélanger entre eux ou avec les liquides , celui que la vapeur met â saturer un espace limité contenant des gaz; car si les mouvements d'un fluide élastique sont gênés par la présence des molécules d'une substance étrangère, il faut nécessairement que ce fluide soit sollicité par des forces émanées de ces molécules, qui puissent retarder ou modifier son mouvement.
358 COURS BK PnTSIQUB.
Lois de 372, Le ubénoméDe de TéTaporation n'est donc gu'uoe consé-
1 cvaporation. \ ^ ^ *
quence de rincommensurabilité des actions exercées près du contact, entre les gai de l'atmosphère et les niasses d*eau existant i la surface de la terre, laquelle exige, pour que l'équilibre puisse être atteint, que Teau se vaporise et que les gaz pénètrent dans les masses liquides. Or une molécule de vapeur, voisine delà surface de l'eau, ne peut éprouver que deux actions résultantes égales et contraires, de la part des gaz libres et de celle des gaz dissous, mais elle est en outre sollicitée par la tension du liquide seul, et par celle opposée de la vapeur déjà répandue dans l'atmospbére. Elle restera donc en équilibre si l'atmosphère est saturée, ou si ces deux tensions contraires sont égales. Elle se mélangera avec les gaz si l'atmosphère n'est pas saturée, c'est-à-dire si la tension du liquide, ou de sa vapeur à saturation, surpasse celle de la vapeur déjà mélangée»
Dalton a reconnu que dans un air tranquille, ou animé d'une vitesse constante, la quantité de vapeur formée dans le même temps est proportionnelle à la tension maxima de la vapeur pour la température régnante, si l'air est sec, et à la différence entre cette tension maxima et celle de la vapeur contenue dans l'air, s'il est humide. Cette loi générale est une conséquence évidente de la théorie qui vient d'être exposée. Il suit évidemment de la même théorie que le mélange de la vapeur avec l'air atmosphérique doit s'opérer suivanrles mêmes lois que celui de deux fluides élastiques différents. Ainsi pour se rendre compte des circonstances qui favorisent l'évaporation, il faut considérer la vapeur comme un fluide élastique qui se mêle à l'air.
L'expérience prouve qu'une moindre densité de l'air augmente la rapidité de l'évaporation; c'est par la même raison que l'hydrogène, le moins dense ou le plus poreux de tous les gaz, se mélange plus rapidement à l'air que l'acide carbonique. Le mouvement facilitant le mélange des gaz doit aussi favoriser l'évaporation, et en 'effet, toutes choses égales d'ailleurs, une masse d'eau se dissipe d'autant plus vite dans l'atmosphère que l'air est plus agité. L'évaporation est très-rapide sur les montagnes élevées ; ce qui tient au peu d'humidité de l'atmosphère à ces grandes hauteurs, et surtout a la moindre densité de l'air.
Maximum 373. Lc froid produit par l'évaporation , ou plutôt la quantité de produit par chalcur sousible enlevée à la masse liquide , doit être évidemment 1 evaporaiion. proportionnelle à la quantité de vapeur formée. L'abaissement de température qui en résulte atteint son maximum lorsque le rayonnement , et surtout le contact du milieu, restituent au liquide une
TIHGIV-QUATAliMK LEÇ05. S50
quantité de chaleur égale à celle que lui enlève la vapeur qui se ferme. D'où il est facile de conclure que lorsque révaporation a lieu snr toute la surface qui rayonne le calorique y et qui est en contact avec le milieu, rabaissement maximum reste le même, quelles que soient les masses du liquide et des corps qui participent à son refroidissement, et aussi quelle que soit la vitesse du courant dair. Ces circonstances n'ont d'autre effet que d'accélérer ou de retarder l'instant où s'établit le maximum d'abaissement, dont la valeur ne dépend nonséquemment que de la température, qui tend â augmenter la tension de la vapeur dégagée, et son excès sur celle de la vapeur déjà contenue dans l'air. On remarque en effet que plusieurs thermomètres de dimensions différentes, dont les boules sont entourées de linge ou de papier mouillé, indiquent le même abaissement lorsque la température et Tétat hygrométrique de l'air extérieur restent les mêmes, que cet air soit plus ou moins agité.
M. Gay-Lussac a déterminé plusieurs éléments d'une table don* nant le maximum d'abaissement correspondant à différentes températures, lorsque l'évaporation a lieu dans un air parfaitement sec. Le mode d'expérience qu'il a employé consiste à faire passer dans un tube un courant d'air sec, qui puisse y rencontrer successivement les boules de deux thermomè(res , le premier à boule nue , indiquant la température du courant, et le second dont la boule est recouverte d'une éponge mouillée, indiquant le maximum d'abaissement correspondant. Lorsque le courant a pour température 0*», lO*», 20», 30% l'abaissement produit est de 5",85; 8»,97; 12»,735 1G%74.
374. En se fondant sur ces résultats , on peut déduire avec assez Hyg^métre d'exactitude l'état hygrométrique de l'air, d'un hygromètre imaginé par Lpslie, qui n'est autre chose qu'un thermomètre différentiel dont tes deux boules sont rapprochées, leur éloignemeut n'étant pas nécessaire dans ces nouvelles circonstances. Une des boules est re- pio. 191. couverte d'un linge, dont on entrelient l'humidité au moyen d'un vase plein d'eau , dans lequel plonge un faisceau de fils qui s'abaisse ensuite sur le linge, la seconde boule est aussi recouverte d'un linge sec, afin que son opacité la place dans les mêmes circonstances que la première, par rapport à la chaleur rayonnante. Soient t la température de. l'air; t' la température déduite de l'indication de l'instrument *, t'' celle obtenue par l'évaporation dans l'air sec, pour le même point de départ , et que donnerait la table dont nous venons de parler \f^J\f"^ les tensions maxima de la vapeur aux tempéra7
Applications
du froid dû
ù Tcvapo-
ratîon.
360 COVBS DE PHYSIQUE.
turcs ty fy t"] enfin x Télaslicité de la vapeur qui se forme pendant l'expérience, ou l'excès de sa tension propre sur celle de la vapeur contenue dans lair. On aura x \f" :: I — t' : t — 1'\ proportion qui fera coonaitre x ; et Tétat hygrométrique de lair sera alors donné par la fraction —T ^.
En effet, si y est la force élastique de la vapeur d'eau existant dans Tair, qui a la température f lors de Texpérience, y sera moindre que/^, puisque l'eau s'évapore'quoique ayant la température ^. On aura ainsi x=^f' — y, et d'après la loi de Daltoo, la qilantité de vapeur qui se formera dans l'unité de temps sera proportionnelle à x\ la quantité de chaleur enlevée par cette vapeur dans l'unité de temps sera donc aussi proportionnelle à x\ elle sera d'ailleurs égale à celle restituée dans le même temps par le rayonnement et par le contact du milieu, que Ton peut regarder comme proportionnelle à (/ — ^'), lorsque l'instrument indique la température slationnaire /'. Si Pair était sec l'instrument descendrait à la température f \ la quantité de vapeur formée dans l'unité de temps serait alors proportionnelle à/"; la chaleur perdue suivrait le même rapport ; elle serait en outre égale à celle restituée par le rayonnement et le contact du milieu , laquelle serait proportionnelle à {t — t''). On doit donc poser la proportion x \f" :: t — t* : t — /", et l'équation '^Œ'^^^^-^. La différence [t — i) est donnée immédiatement par le thermomètre différentiel, t par un thermomètre ordinaire placé dans le lieu de l'expérience, t" par la table des abaissements de H. Gay \j\i^sd^Gyfjf\f\ par celle des forces élastiques de la vapeur d'eau. Au lieu de l'instrument de Leslle on pourrait se contenter d'un thermomètre olrdinaire, en enveloppant sa boule d'une étoffe humide , et en le faisant tourner rapidement dans l'air, jusqu'à ce qu'il indiquât un maximum d'abaissement.
375. Pour que le froid produit par Tévaporation puisse persister, il faut qu'il y ait formation de vapeur; d'où il suit que l'évaporation dans l'air ne pourra jamais produire un froid inférieur à la température à laquelle cet air serait saturé de vapeur, et que conséquemment le froid dû à l'évaporation ne saurait déterminer une précipitation d'humidité. On emploie dans l'Orient, pour se procurer de l'eau à quelques degrés au-dessous de la température de l'air, des vases de terre poreux, appelés alcarazas; l'eau qui s'évapore à leur surface produit un abaissement de température, dont le maximum ne dépend pas de l'agitation de l'air, qui ne fait qu'accélérer l'effet sans influer sur le résultat. Dans les Indes orientales on rafraîchit l'air des appartements , en plaçant dans le trajet
yiICGT-QDATKTilflS LEÇON. S61
qu'il doit parcourir pour y arriver, des branches qu'on entretient bnmides par une aspersion convenable.
376. Les nuages sont formés par la précipitation de l'eau éva- ^i^ nuages, porée à la surface de la terre ; ils forment un état intermédiaire entre Teau liquide et Teau à l'état gazeux, auquel on donne le nom de vapeur vésiculaire. On peut observer cet état , en plaçant devant une fenêtre un liquide fortement coloré en brun et en ébullition ^ tel , par exemple , qu'une dissolution de café; on voit alors de petits ballons qui se meuvent avec rapidité dans tous les sens, en obéis* sant aux courants qui s'établissent dans l'air. On peut conclure que ces vésicules sont creuses , de ce qn elles ne donnent pas lieu au phénomène de rarc-cn-cicl. La vapeur vésiculaire ne se forme pas dans la vapeur pure, mais toujours dans un espace contenant des gaz permanents. ,
L'air, comme tous les fluides élastiques , se laisse traverser par la chaleur rayonnante ; l'eau la transforme en grande partie en chaleur obscure; il suit de là que l'air renfermé dans les vésicules, ou plutôt Vair qui est en conlact avec elles et les entoure, peut avoir une température plus élevée que l'air extérieur aux nuages , qui n'est pas disposé comme le premier pour absorber la chaleur rayonnante; ainsi la densité moyenne d'un nuage peut être inférieure ou égale à celle de l'air environnant. A cette première cause se joint la résistance que le frottement de l'air opposerait à la chute des vésicufes, ou la difficulté qu'éprouverait ce fluide à se tamiser entre elles , pour donner une explication satisfaisante de la suspension des nuages dans l'atmosphère.
D'après cette explication, lorsque la température vient à diminuer, les nuages doivent se rapprocher de la surface de la terre, et c'est en efiet ce que confirme l'observation. Les variations de grandeur que Ton remarque dans les nuages, et qui les font souvent grossir et diminuer rapidement, sont évidemment produites par les changements qui surviennent dans la température et l'état hygrométrique de l'atmosphère, lorsque les vents amènent de divers climats des masses d'air chaudes ou froides, sèches ou humides, et que l'intensité de la chaleur solaire augmente ou diminue^ par la marche ascendante ou descendante de l'astre au-dessus de l'horizon.
La quantité de vapeur vésiculaire, ou la masse des nuages qui se forment annuellement dans .un lieu donné, dépend de la quantité moyenne d'eau que l'atmosphère peut y contenir; elle doit donc être plus grande en général dans les pays chauds. Cette conséquence est vérifiée par ce fait , que la quantité de pluie que forme annuel-
362 COURS DB PHYSIQITB.
lemént )a condensation des nuages , esl en général d'autant plus grande que la latitude est moindre. Toutefois plusieurs circonstances locale&9 telles que la nature et l'élévation du sol, le voisinage des montagnes , des forêts ou de la mer, sont autant de causes accidentelles qui modifient ces résultats.
Delà pluie. 377^ Lorsque les nuages sont très-chargés d'humidité, un nou* veau progrés dans le refroidissement de lair, ou dans son état thermométrique, détermine la précipitation de la Tapeur vésiculaire à rétat de pluie; le mode de transformation des vésicalesen gouttes d'eau, qui a lieu lors de cette précipitation, n'est pas bien connu. Il existe souvent dans l'atmosphère , à des hauteurs différentes , des courants d'air dirigés en sens inverse l'un de l'autre, et à des températures différentes; lorsqu'ils viennent à se mélanger , ils preonent une température intermédiaire , et s'ils sont tous deux tré»* voisins de Tétat de saturation, il doit en résulter la précipitation d'une certaine quantité de vapeur, soit à l'état de vapeur vésiculaire, soit même à l'état de pluie.
En effet , considérons le cas général où deux volumes d'air v et v' qui se mélangent seraient saturés de vapeurs, ayant des tensiomi maxima y et g\ aux températures différentes t et i'\ soient T la température du mélange et Y la tension maxima de la vapeur d'eau à celte température. Les températures I, ^' , T étant toajours com* prises entre des limites très-rapprocbées , on peut négliger, comme fort petites , les corrections dues à la dilatation de lair et à la variation de sa chaleur spécifique sous volume constant; d'après cela, on peut prendre pour la force élastique que la vapeur tendra à conserver dans le mélange, l'expression ''■^,^^;^ et pour la température T la fraction VTT^-
Imaginons maintenant la courbe dont les abscisses seraient proportionnelles aux températures , et les ordonnées aux forces élastiques de la vapeur d'eau. Toutes les tables, qui lient ces deux éléments, s'accordent à indiquer que les tensions maxima de la vapeur d'eau croissent suivant une progression plus rapide que les températures, ou que leurs différences secondes sont positives; la courbe proposée tourne donc sa convexité vers l'axe des abscisses. Soient
Fie. 192, ^lofs m et m', les deux points de cette courbe dont les abscisses sont ^ et ^' ; si Ton partage la corde mm\ au point n en deux par* ties nm' et nm , qui soient entre elles dans le rapport inverse de V et Vy de manière qu'on ait la proportion mn : nm : : o' : o, il est aisé de voir que les coordonnées Aq et nq de ce point n seront Ay = ^±^ et nq = Zt^^'^'y ^'^^ a"^""® côté l'ordonnée nq cou-
TIKOT^QUATRIBMB LEÇOlf. 363
pera la courbe en un point H dont Tonlonnée sera éTidemment T; or, d'après la forme de la courbe , on a évidemment fij* > Hj', ou
Ainsi la tension moyenne, que la vapeur tend à conserver dans le mélange, est plus grande que la tension maxima que ce même mé- , lange peut admettre à la température qu'il doit posséder. On doit conclure delà que toutes les fois que deux masses d'air, saturées de Tapeurs i deux températures différentes, viendront à se mélanger, il y aura nécessairement précipitation de vapeur, et cela quel que soit le rapport de ces masses. Telle est sans doute la cause la plus générale de la formation des nuages et de la pluie.
On évalue la quantité de pluie qui tombe chaque année, en la supposant répartie régulièrement sur le sol, et estimant l'épaisseur de la couche qu'elle y formerait si elle n'y pénétrait pas. On se sert à cet offet d'un vase cylindrique a fond plat et horizontal , appelé udomitre, au-dessus duquel est un entonnoir dont Torifice supé- pw. 193. rieur a les mêmes dimensions en Is^rgeur que la base du cylindre; un tube de verre sort du fond de ce vase, et se recourbe dans l'air, pour indiquer le niveau intérieur. On a troilvé de cette manière que la quantité d'eau qui tombe chaque année dans un même lieu n'est pas constante, et qu'elle peut varier du simple au double; que ce qu'on appelle communément une année pluvieuse, c'est-â-dire une année où il a plu fréquemment , n'est pas toujours celle où il est tombé le plus d'eau , car il suffit quelquefois d'un seul orage pour donner plus de la moitié de l'eau annuelle. Si Tudométre est placé à une certaine hauteur au-dessus de lasurface de la terre, on obtient un résultat moindre que lorsqu'il est à la surface même; 00 peut expliquer ce fait, en remarquant que l'air est en général plus froid à mesure qvle l'on s'élève dans l'atmosphère , et que les gouttes de pluie, apportant dans les couches d'air inférieures une température plus basse que la leur , peuvent y déterminer une nouvelle précipitation d'eau.
En général la quantité d'eau annuelle déduite comme moyenne d'un grand nombre d'années, est d'autant plus grande que le lieu de l'observation est plus près de Téquateur. Cependant il y a des pays chauds, tels que la basse Egypte, où il pleut très-peu; ce qui tient probablement à la nature sablonneuse du terrain, qui s'échauffe beaucoup par la chaleur solaire, et s'oppose à la précipitation des nuages. A Paris, latitude à peu près moyenne, il tombe annuellement environ 18 i 20 pouces d'eau.
378. La nêigê parait due à la congélation de l'eau de l'atmosphère, De u ucige
au moment même de sa précipitation par le refroidissement de Tair. Les formes très-variées des flocons de neige présentent toutes une cristallisation régulière , en aiguilles très-fines réunies par des facettes secondaires , et cette agglomération ne saurait avoir lieu par la congélation des gouttes d*eau, quelque fines qu'elles fussent. En général lorsque la température de l'air est de beaucoup inférieure kjjéro degré, dans le lieu où la vapeur d'eau se précipite, elle passe immédiatement de l'état gazeux à Tétat solide ; et ce passage se faisant lentement et par petites masses, les solides formés présentent tous les caractères des cristaux.
Dans les contrées du Nord, par un froid d'au moins 10 a 12 degrés au-dessous de zéro, l'atmosphère dépourvue de nuages est presque constamment parsemée de très-petites aiguilles de glace ou de neige visibles à l'œil nu , et qui, réfractant ou réfléchissant la lumière solaire, plus régulièrement et en plus grande quantité dans de certaines directions que dans d'autres, donnent lieu aux phénomènes des halos et des parhélies. Pendant l'hiver de ces climats rigoureux, les vapeurs épaisses qui s'élèvent des cheminées, ou des trous formés dans la glace des fleuves , se précipitent immédiatement , non à lëlat de pluie , mais en aiguilles glacées.
La grêle de petites dimensions est sans doute le résultat de la congélation des gouttes de pluie toutes formées. Quant aux grêlons d'un très-gros volume, leur formation parait se rattacher à l'électricité. ociarotéc. 379. La découverte de la cause véritable du phénomène de la rosée, due an docteur Wells, et qui ne date que du commencement de ce siècle, est un des progrès les plus féconds que la physique ait encore faits ; elle a eu une grande influence sur la météorologie, en groupant sous une même explication une multitude de faits isolés, et la théorie physique de la chaleur a trouvé dans cette explication une vérification importante de la plupart de ses lois. 11 convient de développer avec quelques détails la part que l'observation et l'expérience ont eue dans cette découverte , qui parait avoir tracé la meilleure marche à suivre dans l'étude des phénomènes naturels, si l'on veut parvenir à démêler leurs causes physiques.
Les circonstances les plus favorables au dépôt de la rosée sur les corps situés à la surface de la terre, sont la pureté du ciel et l'absence complète de vent. Ce dépôt n'a jamais lieu sous un ciel couvert, lorsque l'air est très-agité. La rosée ne s'observe que la nuit; elle est moins abondante avant minuit que durant les heures qui précèdent le lever du soleil. Elle est plus fréquente au printemps,
TIVGT-QUÀTBliuE LEÇOlf.
et surtout en aotomne qu'en été. Dans un même lieu , les courants qui amènent l'air des contrées où se trouvent de grandes masses d'eau favorisent la formation de la rosée; à Paris ce sont les vents du sud et de l'ouest.
La rosée ne se dépose pas sur tous les corps en quantités égales ou proportionnellement à leurs surfaces. L'herbe et les feuilles , le bois , le papier , le verre, se couvrent abondamment de rosée , tandis que les substances métalliques placées dans les mêmes circonstances restent sèches ou sont très-peu mouillées. Parmi les métaux , le fer y l'acier , le zinc , le plomb , sont quelquefois humides ; l'or , l'argent , le cuivre , l'étain , sont toujours secs ; les premiers se recouvrent d'autant plus de rosée qu'i Is sont moins polis. L'état de division mécanique influe aussi sur le dépôt humide: les copeaux s'humectent plus que le bois ; les flocons de filasse , de coton et de laine , augmentent plus de poids que le linge et le drap. Cette inégalité du dépôt de la rosée sur difl*ërents corps suffisait pour détruire l'ancienne explication de ce phénomène y qui l'attribuait au refroidissement de l'atmosphère; car cette explication conduisait nécessairement à conclure que l'eau, provenant de la vapeur précipitée , devait tomber par quantités égales et indifi'éremment sur toutes les surfaces.
La rosée est d'autant plus abondante, dans un point situé à la surface de la terre, qu'on peut y apercevoir une plus grande étendue du ciel, non masquée par les corps environnants. Ce résultat général a été conclu par M. Wells d'un grand nombre d'expériences et d'observations. De deux flocons de laine du même poids, l'un placé sous une planche ou au fond d'un long tube opaque vertical et ouvert par le haut^ l'autre dans un lieu voisin non abrité, le premier s'est beaucoup plus humecté que le second. Le dépôt humide est sensiblement moindre et souvent nul sur les plantes situées sous les arbres ou près d'un édifice. La rosée est plus abondante sur le sommet des collines que dans les vallées.
380. Il résulte des observations précédentes , que la nature des do refroidûcorps et l'état de leurs surfaces j qui favorisent le plus la précipita- corps «Tani tion de l'humidité , sont en rapport direct avec leur plus grande fa- ^' '^^^' culte rayonnante; et que la quantité d'eau accumulée est d'autant plus grande que moins de corps voisins peuvent restituer par échange une portion de la chaleur perdue par le rayonnement. Ce rapprochement conduisit le docteur Wells à penser que les corps à la surface de la terre se refroidissaient pendant la nuit, plus ou moins suivant leur nature et leur position; et que ce refroidissement préalable pouvait être la cause immédiate du dépôt de la rosée
366 COURS DE PHTSIQUB.
6ur leur surface, comme de celui qui s*opère sur les Titres des appartements, ou sur la boule noircie de Thygromètre de Daniel. Des expériences nombreuses ont confirmé cette conjecture et cette explication.
Dans les nuits les plus favorable» à la production du phénomène , des thermomètres placés sur rherbe, et en contact avec les corps où la rosée devait se déposer de préférence, ont toujours indiqué une température plus basse de 4, 6 ,6 et même 8<* que celle indiquée par un thermomètre exposé dans l'air à quelques pieds audessus du sol. Dans ces circonstances I lorsqu'un nuage vient à passer au zénith , les thermomètres inférieurs montent rapidement , et leurs indications se rapprochent beaucoup de la température de Tair. Le même effet est produit quand on place un écran opaque, soit horizontalement au-dessus, soit verticalement à côté d'un des thermomètres qui touchent le sol. Loin de tout abri les métaux se refroidissent rarement de 1 ou 2<*; la température des substances organiques, du papier, du verre, descend ordinairement de 4 à 8^ . Toutes choses égales d'ailleurs , à l'entrée d'une nuit sereine , un thermomètre à boule nue, placé au-dessus du sol, se refroidit plus qu'un thermomètre dont la boule est recouverte d'une feuille métallique.
Il est donc certain que le phénomène de la rosée est précédé par le refroidissement des corps qu'elle recouvre. Ce refroidissement est par conséquent la cause immédiate de la précipitation de la vapeur contenue dans l'air, dont les couches iuférieures se refroidissent par leur contact avec des surfaces devenues plus froides. C'est ce qui fait que toutes les circonstances qui tendent à accroître l'humidité de l'air favorisent la formatipn de la rosée. Un faible courant d'air venant d'une mer, d'un lac, d'un fleuve, où l'évaporation a pu être active, est très-favorable; en Egypte, la rosée est beaucoup plus abondante par les vents du nord; en France, c'est par les vents du sud et de l'ouest. Néanmoins un vent trop violent s'oppose au dépôt de l'humidité, parce que les couches d'air, en passant rapidement sur les corps refroidis, les échauffent par contact, sans que leur propre température ait le temps de beaucoup s'abaisser; d'ailleurs la grande agitation de l'air excitant l'évaporation gazéifierait la rosée s'il s'en était déposé.
Du rayon- 38l. Il fallait tfouYcr la cause du refroidissement de la surface de la terre. Les abaissements de température, constatés plus forts dans les corps dont le pouvoir rayonnant est plus grand et dans ceux qui sont exposés à une plus grande étendue d'un ciel pur, plus fai-
ne ment
nocturne.
TIK6T-QUATKIÈHB LEÇOIT. ^ 367
bles au contraire lors de la présence des nuages ou dans le Toisinage d'un abri 9 conduisirent H. Wells à attribuer le refroidissement préalable dont il s'agit à un échange inégal de chaleur fait par le rayonnement, entre les corps échauffés ainsi que l'air par l'insolation au jour précèdent, et les régions supérieures de l'atmosphère on même l'espace planétaire. Il est en effet facile de se conyaincre qu'il n'y a aucune des circonstances, reconnues fairorables ou nuisibles à l'abaissement de température observé, et par suite à la quantité de rosée, qui ne soit parfaitement expliquée par cette cause de refroidissement.
Par exemple, si lorsque le ciel est couvert de nuages on n'observe pas sensiblement de rosée, c'est que les corps de la surface de la terre, qui rayonnent vers les nuages, reçoivent en échange des quantités de chaleur presque égales à celles qu'ils ont émises, ce qui n'a pas lieu lorsque le rayonnement est libre yers les hautes régions de l'atmosphère, beaucoup plus froides que sa partie inférieure ; car les corps peuvent alors être considérés comme situés dans une enceinte dont les différentes parties sont inégalement échauffées.
D'ailleurs des expériences directes prouvent qu'il y a perte de chaleur lors du rayonnement qui s'opère durant une nuit sereine. Si l'on fait rayonner un corps plus particulièrement vers telle ou telle partie de l'atmosphère , l'abaissement de sa température est d'autant plus grand que cette portion est plus voisine du zénith, parce que l'épaisseur des couches chaudes de l'atmosphère, qui peuvent échanger leur chaleur avec le corps, va en diminuant à mesure que la direction du rayonnement s'approche de la verticale. On peut observer ce fait à l'aided'un thermomètre différentiel formé fio. 194. de deux boules réunies par un tube droit; l'une des boules est placée dans une enveloppe en cuivre pour la préserver du rayonnement, l'autre est au foyer d'un miroir parabolique ou sphérique, dont on incline successivement l'axe vers différents points du ciel. Si lors de cette expérience un nuage yient à passer dans la direction de l'axe da miroir, la boule focale se réchauffe instantanément. Ces faits s'expliquent de la même manière que la réflexion apparente du froid (§ 253).
382. Plusieurs phénomènes ont les mêmes causes que celui de la ne i« ^cUe rosée. La gelée blanche est due à la congélation du dépôt humide, lorsque les progrès du refroidissement des corps sur lesquels il s'opère les ont amenés à des températures inférieures à 0^ Quand on observe ce phénomène , un thermomètre à surface métallique indique ordinairement dans l'atmosphère 3 , 4 ou 5° au-dessus de
blaochc.
368 Gouas de physique.
zéro ; preuve nouTelle que le dépôt gelé est dû au refroidissement préalable des surfaces qui en sont recouvertes; d'ailleurs, à mesure que ce refroidissement augmenle, la gelée devient plus abondante. Les jardiniers ont remarqué qu'il ne se déposait pas de gelée sur des plantes abritées par un clavonnage assez lâche, situé horizontalement à 5 ou 6 pieds au-dessus du sol; cet abri agit évidemment en préservant les corps de l'influence du rayonnement vers les régions de Tatroosphére voisines du zénith.
Dans les campagnes, on donne le nom de lune rousse à celle de la fin d'avril et du commencement de mai; cette dénomination résulte de ce que, si la lune apparaît à cette époque, c'est-a-dire si le ciel est pur, il arrive souvent que les bourgeons et les feuilles rougissent; tandis que si la lune reste toujours invisible ou masquée par des nuages, on ne remarque aucune désorganisation dans les végétaux. Mais rinfluence de la lune est tout-à-fait nulle dans ces circonstances; son apparition constate uniquement que la sérénité du ciel, et le refroidissement qui en est la suite, peuvent occasionner des gelées destructives, surtout à une époque de Tannée où la température moyenne du jour est très-basse.
Effets divert 383. Ou pcut cncore attribuer aux pertes de chaleur par rayonnepro mu par ^^^^ j^ f^jj ^ généralement observé, que la rigueur de l'hiver se fait '?ociorn!r°^ principalement sentir pendant la nuit, lorsque l'atmosphère est dépourvue de nuages ; et que le froid est au contraire moins vif par un temps couvert, et dans les lieui abrités par des arbres ou entourés d'édifices. Dans l'hiver rigoureux de 1794, les vignes de laBourgogne furent presque toutes gelées; mais celles qui étaient plantées d'arbres fruitiers furent préservées. M. Arago a recueilli plusieurs observations desquelles il résulte que le refroidissement nocturne accélère la congélation des rivières : la Seine fut prise en 1762 à la suite de six jours de gelée ; les nuits étaient sereines, et la température moyenne étant de — 3^, 9, le maximum de froid fut dans l'air de — 9'*,7; cependant en 1748, la Seine ne fut pas gelée après huit jours nuageux., quoique la température moyenne fût de — 4% 5 et le maximum de froid de — 12° ; la hauteur des eaux était la même aux deux époques.
Dans l'Inde on obtient de la glace en exposant pendant la nuit , dans un endroit un peu abrité des courants d air horizontaux, des vases larges, peu profonds et remplis d'eau , lorsque, le ciel étant serein, la température de l'atmosphère n'est que de 7 à 8° au-dessus de zéro. Cette congélation est évidemment due au refroidissement de Teau desTases, occasionné par le rayonnement nocturne. Dans les
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plaines du Mord , la neige qui recouYre le sol atteint une épaisseur de plusieurs pieds 9 même aux lieux où il en est peu tombé de l'atmosphère; il n'y a que les dépôts formés pendant les nuits, le plus souvent belles dans ces climats, qui puisse expliquer celte accumulation. C'est sans doute de cette manière que se forment la neige et la glace sur les pics élevés des chaînes de montagnes.
384. Les brouillards sont dus au refroidissement de l'atmosphère. . ^ ,
'■ brouilUrds.
qui détermine, la formation d'un véritable nuage. Ceux qu'on marque souvent sur les grandes masses d'eau sont dus à la condensation immédiate de la vapeur qui s'en élève; l'observation a ap* pris en effet que, quand cette espèce de brouillard paraît , l'eau a une température plus élevée que l'air. Lors du dégel dans les climats froids , il se forme aussi des brouillards par le mélange de l'air chaud de l'atmosphère avec les couches qui se sont refroidies par leur contact avec la neige à la surface de la terre , ou avec la glace qui couvre les lacs et les fleuves. Cependant on observe quelquefois des brouillards presque secs dans les circonstances les plus opposées à celles qui président à la formation des brouillards ordinaires; ce singulier phénomène est encore inexpliqué.
