Les changements de forme et d'état occasionés .Eff*U

° mécaniques

dans les corps par des variations de température, donnent produits par

la chaleur.

lieu à des forces énergiques, souvent nuisibles, qui ne pourraient être détruites qu'en leur opposant des résistances considérables , mais qui peuvent être utilisées dans certaines circonstances pour produire des effets mécaniques. La force de dilatation du fer par la chaleur déterminerait des mouvements destructibles dans les constructions où ce métal est souvent employé , si l'on n y avait pas égard, en ménageant un espace qui permette à la dilatation de s'effectuer librement , ou bien en contre-bal ançant cette force par des résistances qui la détruisent. Par exemple , si les rails d'un chemin de fer ont été posés en hiver, sans laisser entre eux des intervalles suffisants, le chemin se détériore très sensiblement en été : ces rails dilatés exercent des pressions considérables les uns contre les autres , se déjettent, et produisent dans leurs lignes des angles ou des saillies qui peuvent occasioner des sorties de voie -, il importe donc

4 1 4 COCBS DE PHYSIQUE.

d'avoir égard à la température qui règne au moment de a pose , et de ménager un jeu convenable dans les joints.

On a utilisé la force de dilatation et de contraction par la chaleur , pour rapprocher et maintenir les pieds-droib d'une galerie voûtée, qui menaçait ruine, dans le bâtiment du Conservatoire des arts et métiers. M. Molard imagina à cet effet de disposer des barres de fer horizontales , qui, traversant les murs, présentaient leurs bouts taraudés vers l'extrados -, ces barres ayant été chauffées par des foyers convenables -, de forts écrous furent vissés à leurs extrémités , jusqu'au contact des faces extérieures de la maçonnerie -, lorsque ensuite les foyers furent éloignés, les barres se contractant par le refroidissement, ramenèrent les piedsdroits dans la position verticale, et la poussée de la voûte est maintenant détruite par la résistance que ces barres opposent à la traction .

Force a&9« ^a densité de l'eau diminue peu à peu lorsque si

deTacîàce tcmP^rature «abaisse au-dessous de 4° (S I77)"» n,a*s *° moment de sa congélation il y a une augmentation soudaine et très considérable de volume , a laquelle aucun vase ne résiste, et qui peut produire des effets comparables à ceui de la poudre. On a fait en Angleterre une expérience curieuse pour constater cette force : une bombe fut remplie d'eau , et son orifice bouché avec un tampon de bois -, on l'exposa ensuite à un froid intense ; Teau se dilata d'abord, mais au moment de la congélation le tampon de bois fut lancé avec explosion, et un bourrelet cylindrique de glace sortit par l'orifice.

C'est à cette force d'expansion qu'on doit attribuer la dégradation de certaines pierres de construction qui contiennent de l'argile, lorsque l'eau dont elles sont impré-

gnées vient à se solidifier. Ces pierres sont appelées eèlives ou gélissesj on a trouvé un moyen de reconnaître si une pierre est gélive : on en plonge un morceau dans une dissolution saturée de sulfate de soude , ou d'un autre sel qui augmente de volume en cristallisant, et qui produit le même effet que la congélation de l'eau , si la pierre se laisse pénétrer par la dissolution. La fonte de fer et le bismuth produisent des effets analogues. C'est par l'expansion qui accompagne sa solidification que la fonte peut se mouler, et rendre fidèlement en relief les traits les plus délicats et les plus varies. Si l'on coule du bismuth fondu dans des tubes de verre , on les entend se briser par la dilatation du métal , lorsqu'il se solidifie.

290. Mais de tous les effets mécaniques que la chaleur Théorie peut produire , le plus important est celui dû a la force des^apwrs. élastique des vapeurs, qui constitue maintenant un des moteurs les plus répandus. Cette circonstance suffirait à elle seule pour motiver l'étude des vapeurs, s'il n'était pas d'ailleurs indispensable d'exposer leurs propriétés , pour compléter la théorie physique des corps à l'état gazeux. Nous considérerons d'abord les vapeurs seules, ou non mélangées avec des gaz permaneuts.

Il importe de remarquer que la température à laquelle s'opère la vaporisation d'un liquide dépend de la pression que supporte ce liquide. Si l'on prend un tube recourbé à branches inégales , la plus courte étant fermée , l'autre ouverte, que l'on introduise du mercure dans ces deux bran- F|C i5k ches et un peu d'éther dans la plus petite, on observe en plongeant cet appareil dans un bain d'eau chaude , que l'éther change d'état ou se gazéifie, en refoulant le mercure dans la partie ouverte du tube. Si d'abord le niveau du

4l6 COURS DE PHYSIQUE.

mercure s'élève au-dessus du fond supérieur de la branche fermée, il faudra soumettre l'appareil à une température d'autant plus haute , pour faire passer l'éther à l'état de vapeur, mie la colonne de mercure sera plus considérable, ou que la pression supportée par le liquide à vaporiser sen plus forte.

Mesure 291. Dalton est le premier physicien qui ait fait des des valeurs, expériences exactes dans le Lut de construire des tables indiquant les forces élastiques ou les tensions des vapeurs à différentes températures. Son appareil ne peut convenir que jusqu'à la température d'ébullition du liquide éprouvé ; Fie. i52. il se compose de deux tubes barométriques plonges dans la même cuvette -, un d'eux contient au-dessus du mercure une couche du liquide dont on veut étudier les vapeurs -, un manchon de verre les entoure et peut recevoir de Teau à diverses températures. Le liquide supérieur au mercure, dans l'un des tubes, se vaporise à chacune de ses températures différentes , et la tension ou la force élastique de sa vapeur est mesurée par la différence des deux hauteurs barométriques , ramenée à une température normale afin de rendre tous les résultats comparables, j^i do 292. Lorsque Feau du manchon est en ébullition , et rébullition. ]e UqUiJe essayé est aussi de l'eau , on remarque que le mercure du premier baromètre est déprimé par la vapeur jusqu'au niveau de la cuvette *, d'où l'on conclut qu a la température de rébullition de l'eau , la vapeur de ce liquide, formée dans un espace vide de toute autre mature pondérable , a précisément une force élastique égale à 1a pression de l'atmosphère. En étudiant les tensions des vapeurs d'autres liquides , de l'alcool et de l'éther, par exemple, on reconnaît cette loi générale, que la force élastique

de la vapeur formée dans le vide par un liquide , à la température de son ébullition à l'air libre , est égale à la pression atmosphérique.

293. Il résulte de ce fait important que pour mesurer les tensions des vapeurs à des températures supérieures au degré d'ébullition du liquide qui les fournit , il faut nécessairement employer un appareil autre que le précédent*, car la force élastique de la vapeur surpassant la pression atmosphérique , cette vapeur s'échapperait par le bout ouvert du tube à travers le mercure de la cuvette. On peut alors se servir d'un tube recourbé , tel que celui décrit au § 290, et ajouter du mercure dans la branche ouverte, jusqu'à ce que la vapeur cesse de s'écbapper. Sa tension est mesuré , dans ces circonstances, par la colonne d'un baromètre voisin , augmentée de la différence de niveau du mercure dans les deux branches. S'il s'agit de la vapeur d'eau, on emploie un bain d'huile fixe, afin d'obtenir des températures plus élevées que 100e.

294. M. Dulong a imaginé un autre appareil pour mesurer les tensions des vapeurs. Il est basé sur ce fait que lorsqu'un liquide, en contact avec une atmosphère de gaz ayant une pression constante , est de plus en plus échauffé , il arrive un moment où ce liquide entre en ébullition , pour conserver ensuite une température stationnaire -, la vapeur qui se forme alors ayant une tension égale à celle de l'atmosphère gazeuse superposée au liquide. L'appareil se compose d'un ballon qui communique avec une machine F|C , 53 pneumatique ou de compression , afin d'y faire varier à volonté la pression de l'air intérieur, qu'un baromètre permet d'évaluer -, le liquide à vaporiser est contenu dans une

cornue placée sur un foyer, et communiquant avec le bal- I. 27

Ion par un lube incliné vers elle -, ce tube est entouré d'un manchon de verre où Ton fait arriver un courant d'eau froide ; enfin un thermomètre dont le réservoir est plongé dans le liquide indique sa température.

Dans cette expérience, le liquide s'échauflant atteint une température stationnaire , qui est celle de son ébullition sous la pression de l'air intérieur. La vapeur formée va se liquéfier sur les parois froides du tube de communication , qui, par son inclinaison, ramène le liquide précipité dans la cornue-, ainsi, par cette disposition, il se forme constamment de nouvelles vapeurs qui se condensent dans le tube réfrigérant. En faisant varier la pression de l'air intérieur, la température stationnaire du liquide varie en même temps, et Ton peut par ce procédé construire une table de leurs valeurs correspondantes.

295 . Il semble résulter de ces divers moyens de mesure que tous les liquides peuvent fournir des vapeurs à toute température -, mais M. Faraday et d'autres physiciens ont fait connaître quelques exceptions à cette conclusion générale. Si , la température régnante étant de i5° environ , on suspend une feuille d'or au bouchon d'un flacon qui con tient un peu de mercure , on remarque au bout de quelques jours que la feuille d'or est devenue blanche, ce qui prouve que le mercure s'est vaporisé \ mais si l'appareil est exposé à une température constante de — 7% la feuille d'or ne blanchit pas , ce qui semble indiquer qu'alors il n'y a point de vapeur mercurielle. Lorsqu'aux températures ordinaires on met sous une même cloche deux vases ouverts , l'un contenant de l'acide sulfurique étendu d'eau , l'autre une dissolution de nitrate de baryte , on ne remarque dans le dernier vase aucun précipité , aucun nuage de cou-

leur blanche ; on conclut de là que l'acide sulfurique ne fournit pas de vapeurs sensibles à ces températures. Il n'est pas indispensable que ces expériences soient faites dans le vide : il suffit de prouver qu'un certain liquide ne dégage pas de vapeur dans l'air ou tout autre fluide élastique , pour qu'on doive en conclure qu'il ne se vaporiserait pas dans le vide à la même température*, carie dégagement des vapeurs n'est pas annulé par la pression d'un gaz, la présence de ce fluide n'a d'autre effet que de ralentir l'évaporation.

296. De toutes les expériences qui ont été faites dans le Expérience* but de déterminer les forces élastiques de la vapeur d'eau MM ^a\onfS à des températures supérieures à ioo% celles que MM. Du- tendon/ long et Arago ont entreprises méritent le plus de confiance, do ▼■pww tant par la grandeur et la nature des appareils dont ils se sont servis, que par les nombreuses précautions qu'ils ont prises pour éloigner les causes d'erreurs. Parmi les moyens imaginés dans le but de prévenir les explosions des chaudières des machines à vapeur, et que la loi rend obligatoires, il en est un qui exige la connaissance exacte de la véritable température à laquelle la vapeur d'eau acquiert une tension donnée. L'Académie des Sciences, consultée sur cet objet, sentit la nécessité d'entreprendre des recherches expérimentales nouvelles, afin d'établir cette correspondance sur des résultats précis et étendus. Le gouvernement ayant donné les fonds que nécessitait ce travail, une commission fut nommée pour aviser aux moyens de l'exécuter. M. Dulong seul fut particulièrement chargé de la construction et de rétablissement des appareils-, les observations furent ensuite faites par MM. Dulong et Arago.

Telle est l'origine des recherches dont il s'agit-, elles

sont d'une haute importance dans la théorie physique de la

chaleur et dans celle des gaz , elles fournissent en outre dcS données indispensables à l'emploi de la vapeur d'eau comme force motrice. Quant au moyen de sûreté quelles avaient pour but d'éclairer et de régulariser, la pratique signale tous les jours ses inconvénients et son inefficacité, et tout porte à croire qu'on ne tardera pas à l'abandonner. Nous allons donner la description de ces expériences, en adoptant à très peu près la marche suivie dans le rapport de M. Dulong, afin de ne négliger aucun des détails nécessaires pour comprendre les difficultés qu'il s'agissait de vaincre , les erreurs qu'il fallait éviter, et toute l'efficacité des moyens de mesure qu'on a dû choisir. Il résultera de cette description détaillée une conviction plus complète de l'exactitude des résultats numériques obtenus j elle offrira d'ailleurs l'exemple le plus frappant que l'on puisse imaginer, pour donner une idée de toute la rigueur qu'exigent les expériences dont le but est de déterminer certains nombres indispensables à la pratique des arts mécaniques.

Les limites entre lesquelles la force élastique de la vapeur d'eau peut être mise en jeu dans les machines , exigeaient que les observations s'étendissent jusqu'à vingt atmosphères au moins j jusque alors on n avait pas été au-delà de huit. Plusieurs observateurs s'étaient servis, pour évaluer les tensions, d'une soupape ebargée d'un poids que Ton déterminait de telle sorte qu'elle pût résister à l'effort de la vapeur-, ce procédé de mesure était d'une exécution facile, mais comme il pouvait conduire à des erreurs graves, on se détermina à recourir à un moyeo plus pénible, mais beaucoup plus exact, celui de mesurer directement la colonne de mercure capable de faire équilibre à l'élasticité de la vapeur. L'adoption de ce procédé, quoiqu'il fût le plus

DIX- HUITIÈME LEÇON. /fil

simple en apparence, présentait cependant de grandes difficultés : car il s'agissait de contenir dans un tube de verve une colonne de mercure qui devait pouvoir atteindre ao à a5 mètres de hauteur.

L'appareil eût pu se réduire à deux parties seulement : une chaudière pour la génération de la vapeur, et le tube contenant la colonne mercurielle. Mais il était à craindre que l'accroissement trop rapide de la tension lors de réchauffement, et la diminution instantanée due au soulèvement de la souppe de sûreté , n'occasionassent des secousses dangereuses pour les parois fragiles du tube , et la projection au dehors d'une grande quantité de mercure. Dans le but d'éviter ces accidents, on ajouta un manomètre, pour servir de mesure intermédiaire ou de terme de comparaison. Le travail général se divisa en deux parties successives : la graduation du manomètre , et la mesure des tensions de la vapeur au, moyen de ce manomètre gradué.

297. La première de Ces opérations fut exécutée dans la Appareil

i)our Ift

tour carrée, enclavée dans les bâtiments du collège de graduation Henri IV, et qui contient trois voûtes percées dans leur °~ centre. Au milieu s'élève verticalement un arbre suffisamment bien dressé , formé de trois poutres de sapin de 1 5 centimètres d'équarrissage, assemblées à traits de Jupiter, et solidement fixées par des liens de fer aux voûtes, et à la charpente qui supportait les cloches de l'ancienne église de Sainte- Geneviève. C'est à cet arbre que fut dressée la colonne de verre. Elle se composait de treize tubes de cristal de 2 mètres de longueur. 5mm de diamètre et autant d'épaisseur. Voici le moyen qui fut adopté pour décharger les tubes inférieurs du poids des tubes plus élevés et de

leurs viroles d'assemblage, poids qui eût été suffisant pour les écraser.

Le mode de jonction de deux tubes consécutifs est représenté en coupe, élévation et projection horizontale, dans les figures i54> i55 et i56. La virole qui termine le tube

Fie 154. supérieur s'appuie par un bord bien plan, sur un cuir qui recouvre le fond d'une cuvette formée par la virole du tube inférieur. Un écrou roulant , que l'on peut serrer avec une griffe , permet d'assurer le contact parfait des surfaces de joint, de manière à résister à la pression du liquide. Le bord ce1 de la cuvette sert à contenir du mastic, que l'on y coule pour s'opposer à toute fuite du mercure, et pour assu je tir en même temps , au moyen d'un pied annulaire aa', la languette de repère r qui sert à la mesure des hauteurs.

Fie. i55 Le tube inférieur est maintenu dans un collier en fer ff\ fixé par une patte à l'arbre du sapin j la vis u sert à maintenir l'assemblage dans une position à peu près invariable, de manière à éviter les secousses latérales. Au-dessus de chaque virole à cuvette sont disposées deux poulies, sur lesquelles passent des cordons attachés par un bout audessous de l'assemblage , et portant à l'autre extrémité un seau de ferblanc , où l'on mettait de la grenaille de plomb, de manière à composer un poids total équivalent à celui du tube soutenu et de ses deux viroles.

Cette disposition a parfaitement rempli le but désiré ; les tubes n'étaient pas plus comprimés les uns que les autres, et toute la colonne pouvait être soulevée facilement, pour opérer sa jonction aux autres parties de l'appareil. La première virole de la colonne par le bas s'appuyait sur

Fie. i5;. le bord d'un canal communiquant avec un réservoir en fonte douce R , de 2 centimètres d'épaisseur et capable de

contenir 5o kilogrammes de mercure. Sur un autre orifice du même vase, opposé au premier, était fixé le manomètre. Il consistait dans un tube de même diamètre et de même épaisseur que ceux de la colonne, mais ayant seulement im,yo de hauteur.

298. Le manomètre, avant d'être placé, avait été gradué Construction en partie d'égale capacité , mais sans faire aucun sillon sur manomètre, la paroi extérieure, afin de ne pas diminuer la résistance qu'il devait opposer à de très fortes pressions. Dans cette opération, deux petites lames d'étain, appliquées sur la surface du verre avec du vernis, avaient servi de points de repère -, le tube ayant d'abord été fermé à la lampe par le bas , et étranglé vers le haut de manière à le terminer par un canal très délié, on l'avait placé dans la position même qu'il devait occuper lors de l'expérience -, puis, introduisant successivement des volumes égaux de mercure, on avait dressé une table des longueurs occupées , et qui correspondaient ainsi à des divisions d'égale capacité. Ce procédé avait pour but d'éviter l'erreur qui eût pu résulter de la convexité du mercure , si les mesures du volume de la masse d'air comprimé n'eussent pas été faites dans les mêmes circonstances que la graduation.

Le tube ayant été coupé vers le bas, fut ensuite assujéti au moyen d'une virole particulière à l'orifice du réservoir Fie. i58. en fonte. Pour diminuer l'effort qu'il pouvait supporter dans les expériences , son bord s'appuyait sur la base de la virole, dans laquelle était pratiquée une ouverture circulaire, ayant précisément le même diamètre que la colonne de mercure. De cette manière, la pression exercée contre la surface annulaire du verre se trouvait supprimée. Cette disposition était nécessaire pour éviter que le tube ne fut

arraché par cette pression, à laquelle les mastics n'auraient peut-être pas résisté -, la même précaution avait été prise pour les tubes de la grande colonne.

A vaut d'être fixé , le tube raanométrique avait été dessécbé intérieurement -, mais après sa pose, et pour plus de sûreté, on fit passer pendant long-temps, à l'aide d'une machine pneumatique, un courant d'air sec, qui entrait par le canal étroit existant encore à l'extrémité supérieure, et qui s'échappait à travers une couche de quelques centimètres de mercure au fond du réservoir. Lorsqu'on put être certain qu'il n'existait plus d'humidité dans l'intérieur du tube, on fondit avec un chalumeau le canal capillaire, à un point marqué lors de la graduation, et le manomètre se trouva fermé et rempli d'air sec.

Deux règles verticales en laiton s'élevaient près du manomètre , dans un même plan passant par l'axe du tube ; elles étaient assujéties vers le haut à une traverse en cuivre, et fixées par le bas sur la virole. L'une de ces règles était divisée en millimètres , et portait un vernier attaché à un vovant semblable à celui du baromètre de Fortin. Pour évaluer facilement et avec exactitude la température du manomètre, on faisait couler continuellement , dans un manchon dont il était entouré , un courant d'eau qui s'échappait par un robinet inférieur après avoir parcouru toute la longueur du tube. La masse de gaz du manomètre avait ainsi une température uniforme , qu'un thermomètre plongé dans le courant d'eau faisait connaître à chaque instant. Un système de poulies et un cordon de soie servaient à manœuvrer le voyant , pour prendre le niveau à chaque observation. Ce mécanisme, la division de la règle et celle du vernier, avaient été exécutes pr Fortin.

299. Une troisième tubulure, pratiquée dans le fond su- Mesure périeur du vase de fonte , pouvait recevoir à volonté une dp^ïon? pompe à liquide ou à gaz. On avait cru d'abord devoir se mad™mèire servir de la dernière pour éviter toute humidité -, mais, après avoir reconnu que la hauteur du mercure dans le réservoir était plus que suffisante pour empêcher l'eau de pénétrer dans le manomètre , on adopta la première comme beaucoup plus expéditive. C'est donc en faisant agir la pompe à eau qu'on exerçait sur le mercure du réservoir des pressions variables qui, d'une part, comprimaient l'air du manomètre, et de l'autre part, soulevaient le mercure dans la colonne de verre.

MM. Duloog et Arago commencèrent alors plusieurs séries d'observations, par lesquelles ils ont déterminé les volumes successivement occupés par l'air du manomètre, soumis à des pressions croissant depuis une jusqu'à vingtsept atmosphères. Ce travail eût été inutile si 1 on avait admis que la loi de Mariotte existait réellement entre ces limites, mais les expériences entreprises antérieurement pour vérifier cette loi n'étaient pas assez étendues, et ne méritaient pas d'ailleurs une confiance entière. Il importait donc de graduer directement le manomètre, pour éviter tout doute sur l'exactitude des mesures qu'il devait fournir -, ce qui permettait d'ailleurs d'éprouver la loi de Mariotte, pour des pressions plus énergiques que toutes celles essayées jusqu'à cette époque. Voici maintenant en quoi consistait chaque observation.

Le volume initial de l'air sec du manomètre avait été déterminé sous une pression et à une température connues. Chaque nouveau volume qu'il occupait était donné par l'observation du point de la règle correspondant au

sommet de la colonne de mercure, et en transportant les mesures prises sur la table de graduation. L'élasticité correspondante était égale à la hauteur du baromèto observée au moment de l'expérience , augmentée de li différence de niveau des deux colonnes de mercure , dao$ le grand tube vertical ouvert et dans le manomètre luimême.

Pour évaluer facilement cette dernière différence, on avah mesuré avant tout la distance verticale invariable lie deux languettes de repère r, qui se suivaient sur la ligne des tu- Fie. 154. bes partiels, en se servant d'une règle divisée IP, dont le zéro coïncidait avec la face supérieure du repère d'en-bas, et dont l'autre bout portait une petite règle mobile que Von poussait jusqu'à ce qu'elle se trouvât dans le plan horizontal de la face supérieure du repère suivant. Le relevé de toutes les distances entre les viroles consécutives étant ainsi déterminé , il suffisait de connaître le numéro du tube où se terminait la colonne de mercure , et de mesurer la hauteur de son sommet au-dessus du repère situé immédiatement au-dessous , ce qui se faisait avec la même régie , munie à cet effet d'un voyant et d'un vernier. On en concluait facilement la hauteur totale de la colonne au-dessus de la virole qui la terminait vers le bas , à laquelle on pouvait rapporter le niveau du liquide dans le manomètre , à l'aide d'une lunette mobile sur une règle verticale (§ 166), ou de tout autre moyen micrométrique.

Les tubes ayant le même diamètre , on était dispensé de toute correction relative à la capillarité. Six thermomètres distribués sur toute l'étendue de la colonne permettaient d'apprécier la densité du mercure*, leurs réservoirs plongeaient dans des portions de tube ayant les mêmes dimen-

sions que ceux de l'appareil, et remplis de mercure. Des échafauds avaient été construits de 2 mètres en 2 mètres sur toute la hauteur de l'arbre de sapin, avec des échelles de communication -, cet établissement avait paru indispensable pour effectuer les manipulations assez délicates que devait nécessiter la jonction des tubes. On pouvait alors observer facilement les indications des thermomètres, et placer l'œil au sommet de la colonne liquide, en quelque point qu'elle se trouvât.

300. Les résultats de trois séries d'expériences faites au VériBcmion moyen de cet appareil gigantesque, et néanmoins très pré- de Mariotte. cis, ayant été convenablement corrigés et ramenés à une

même température , ont donné les valeurs exactes du volume de la masse d'air du manomètre correspondant à toutes les pressions comprises entre une et vingt-sept atmosphères. Ces valeurs, rapprochées de celles qu'eût données la loi de Mariotte , n'ont offert que de très faibles différences, qui pouvaient s'expliquer facilement par les petites erreurs que comporte inévitablement le mode de graduation du tube manométrique en subdivisions d'égale capacité. On doit conclure de ce rapprochement que la loi de compression de l'air atmosphérique, énoncée par Mariotte, est vérifiée jusqu'à vingt-sept atmosphères.

301. La seconde opération du travail général, celle de Appareil la mesure des tensions de la vapeur au moyen du mano- ^^fa0* : i^ètre gradué, fut faite dans une des cours de l'Observatoire. l^ ^j^jj,0 ' JLià crainte d'une explosion qui pouvait entraîner l'éboulé- d,<»ument des voûtes de la tour, occasioner de graves accidents,

et même compromettre les bâtiments voisins, exigeait impérieusement ce déplacement. La translation du manomètre et du réservoir en fonte fut faite en prenant des précau-

4a8 COURS DR PHYSIQUE.

tions multipliées , afin d'éviter que la masse d'air intérieure ne subît quelque changement; des vérifications ultérieures ont prouvé que ce but important avait été rempli.

La figure 1 59 représente l'appareil imaginé pour obtenir Fie 159. les résultats cherchés. La chaudière A. avait une capacité de 80 litres environ -, elle était composée de trois morceaux de tôle de première qualité fabriquée exprès, ayant i3 millimètres d'épaisseur dans la partie cylindrique, et beaucoup plus vers le fond et près de l'orifice. Cet orifice, de 17 centimètres de diamètre, était fermé par une plaque circulaire de fer battu de 4m™»5 d'épaisseur et de 26 centimètres de diamètre, qui était boulonnée fortement en-dessus du bord recourbé de la chaudière-, des lames de plomb , interposées dans les joints, s'étaient étendues pendant le serrage de manière à les fermer hermétiquement. Cette chaudière avait été soumise, au moyen d'une pompe à eau, à une forte pression intérieure , jusqu'à ce que l'eau introduite s'échappât par les fissures et les joints rivés -, cette épreuve était nécessaire pour s'assurer d'avance que les parois pouvaient résister aux tensions qu'on se proposait d'éprouver. Le^fourneau sur lequel la chaudière fut établie avait une masse assez considérable pour que le système n'éprouvât pas des variations trop brusques de température.

Une soupape de sûreté d'une forme particulière fut adaptée en s j elle avait pour objet de donner une libre issue à la vapeur aussitôt que son élasticité dépassait un terme donné. Les poids mobiles sur les deux bras de levier qui formaient le mécanisme de cette soupape , étaient composé de plusieurs parties qu'on pouvait séparer ou réunir, afin de faire varier la grandeur de la pression qu'on voulait atteindre. Au moindre soulèvement , la soupape devait £tre

rcariée définitivement par les poids, glissant l'un vers le centre du mouvement , l'autre vers l'extrémité la plus éloignée de l'autre bras du levier -, de telle sorte que l'orifice restant complètement ouvert, offrait une issue libre à la vapeur.

Un tuyau de fer tt't"9 composé de plusieurs canons de fusil, s'élevait d'abord verticalement au-dessus du couvercle , et par une branebe inclinée communiquait avec la tubulure supérieure du réservoir en fonte ; c'est parce tuyau qne la tension de la vapeur se communiquait au manomètre. La capacité du réservoir au-dessus du mercure, et le tuyau jusqu'au coude t\ étaient remplis d'eau qu'on entretenait à une température constante , au moyen d'un courant extérieur d'eau froide tombant sur le coude même , et qui circulait ensuite dans un manchon. La chaudière en activité étant purgée d'air, il s'opérait alors une distillation continuelle qui remplaçait les portions de liquide que l'accroissement de tension de la vapeur refoulait dans le réservoir de fonte, en sorte que le mercure était surmonté, vers la chaudière , d une colonne d'eau froide ayant constamment son niveau supérieur en r/.

Quant au uiveau variable nn' du mercure , il était aperçu au dehors dans un tube de cristal nv, fixé sur l'orifice latéral opposé au manomètre, et communiquant aussi par le haut avec la capacité du réservoir, au moyen d'un tube de plomb . On y observait la hauteur du mercure au-dessus d'un point de repère fixe , à l'aide d'une règle divisée et munie d'un voyant et d'un vernier. La tension de la vapeur s'obtenait en ajoutant à l'élasticité de l'air du manomètre déduite du volume qu'il occupait, la hauteur du mercure dans cet instrument au-dessus du niveau nn', et retranchant ensuite la

pression due au poids de la colonne d'eau comprise entre ce niveau et le coude f\

Deux canons de fusil fermés par le bas, et amincis aa point de ne conserver qu'une épaisseur suffisante pour ne pas être déchirés par la tension de la vapeur, avaient été introduits dans la chaudière. L'un descendait presque jusqu'au fond , l'autre allait au plus au quart de la profondeur totale ; leurs extrémités supérieures traversaient le couvercle , où ils étaient fixés solidement et leurs joints lutés. Ces cylindres, ouverts à l'extérieur, contenaient du mercure et les réservoirs de deux thermomètres; l'un de ces instruments devait donner la température de l'eau , Je second celui de la vapeur. Cette disposition avait paru indispensable pour qu'on ne fut pas obligé de tenir compte de la contraction des enveloppes , si les réservoirs des thermomètres avaient été exposés immédiatement aux pressions intérieures de la chaudière, correction qu'il eût été difficile d'évaluer exactement. La tige de chacun des ther- Fie. 160. momètres se recourbait horizontalement à la sortie du cylindre , et cette branche était entourée d'un manchon où circulait un courant d'eau. Les températures des courants qui baignaient les deux tiges étaient indiquées par de petits thermomètres horizontaux , et l'on avait ainsi le moyen d'évaluer exactement les véritables températures correspondantes aux indications des deux grands thermomètres (§ 167).

Mode 3o2. Les observations furent conduites de la manière V°fo£*' suivante. La chaudière contenant la quantité d'eau convenable pour que le plus court des cylindres aux thermomètres fût entièrement au-dessus de sa surface, on tenait le liquide en ébullition pendant 16 à 20 minutes , en )ais-

sant la soupape ouverte ainsi que la branche verticale du tube «V -, Fair intérieur était alors expulsé par la vapeur. Gela fait, on fermait toutes les ouvertures, on chargeait la soupape des poids convenables , et Ton réglait les robinets d'écoulement autour du manomètre , sur le tuyau incliné et enfin autour des tiges horizontales des thermomètres. Le fourneau était ensuite chargé de la quantité de combustible jugée nécessaire pour atteindre à peu près le degré où Ton se proposait de faire une observation; on attendait que la marche ascendante de la température se ralentit, et, lorsque réchauffement ne faisait plus que des progrès très lents , on notait les indications simultanées des 4 thermomètres de la chaudière , du manomètre et du tube latéral ùY. On prenait ainsi des nombres très rapprochés, jusqu'à ce que Ton eût atteint le maximum : l'observation correspondante à ce point était seule calculée ; les précédentes et les suivantes ne servaient qu'à garantir des erreurs de lecture.

Lorsque le manomètre et les thermomètres avaient sensiblement baissé, on ajoutait une nouvelle dose de combustible, et Ton procédait à une nouvelle observation. On ne pouvait pas ainsi déterminer directement la pression correspondante à une température donnée -, mais comme les expériences furent très multipliées , elles ont fourni directement un grand nombre de termes assez rapprochés pour que la formule d'interpolation , qui les comprenait tous , donnât avec une exactitude suffisante les nombres intermédiaires. La chaudière perdant une grande quantité d'eau, il a été impossible d'élever la tension de la vapeur au-delà de vingt-quatre atmosphères. Dans toutes les observations, les températures correspondantes de Feau de la chaudière

43a COURS DE PHYSIQUE.

et de la vapeur, déduites des indications des thermomètres,

ont été sensiblement égales entre elles. Tables des 3o3 . MM . Dulong et Arago ont ainsi déterminé la force la vapeur élastique de la vapeur d'eau , à toutes les températures comdeau' prises entre ioo* et aa4°,a-, ils ont trouvé qu'elle varie

entre ces limites de une à vingt-quatre atmosphères. Voici

le tableau qu'ils ont construit d'après leurs observations.

IÉLASTICITÉ

en

atmosphères.