La chaleur latente de la vapeur d'eau est utilisa

Chauffage

à la vnpour. pour transporter la chaleur d'un lieu dans un autre. Au moyen d'un seul foyer, par exemple, on échaufie l'eau, même à la température de l ébullition , dans plusieurs vase* de bois , en faisant arriver un courant de vapeur au milieu

VINGTIÈME Ll-VON. 4/9

du liquide de chacun de ces vases. Si l'on ne veut pas altérer le liquide qu'il s'agit d'échauffer, on renferme 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 salle de l'Institut, sont échauffés de cette manière.

337. Outre l'emploi de la vapeur comme force motrice ^pp™^ et comme moyen de chauffage , nous pourrions citer un toSre». 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 et les 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 convenahles 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 estensuite refroidi , soit par un bain d'eau fraîche, soit 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 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

ils

que si l'op<5ration se faisait à l'air libre dans un vase ouvert.

Il existe des établissements où Ton accélère l'évaporation en faisant directement le vide 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 entraîne avec lui dans l'atmosphère. Le choix à faire parmi ces différents appareils évaporatoires , dépend de la nature des produits que Ton se propose d'obtenir, et des circonstances locales. S'il importe d'éviter que la liqueur 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 Y évaporation au moyen d'un courant d'air chaud doive être rejetée. Dans les raffineries de sucre , tous les procédés que nous venons ^indiqueront été rais en pratique, afin de réduire le sirop, et de l'amener au point de concentration nécessaire pour que la cristallisation puisse avoir lieu par le refroidissement.

VWGT-UmÈME LEÇON

«W> \ »A VWV> VV» »V« V«A VW V*WV VVXVXVN \*.vW WVW^ V*A W MWWtW \ V* \V*%W WV^N VAAVA.S w>

Sources de chaleur et de froid. — Insolation. — Chaleur centrale du globe.— Chaleur produite par la percussion, par le frottement.— Chaleur dégagée par la compression des gaz. Froid produit par leur dilatation. — Rapport des caloriques spécifiques de l'air. — Mélanges réfrigérants. — Froid produit par la vaporisation.— Froid produit par l'acide carbonique liquide. — Chaleur développée dans les combinaisons chimiques.

338. Lorsque la température d'un corps augmente ou Production» diminue , sans que ce changement puisse être attribué à une et de froid, nouvelle répartition de chaleur sensible , ou bien lorsque la température reste constante , sous l'influence 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 attribues 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

48a COURS DE PHYSIQUE.

matières pondérables , sout inverses de celles qui devraient avoir lieu, pour rendre compte de l'effet calorifique observé. La combustion ou le pbénomène 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 naturel. Insolation. 33o,. L'insolation est une source de chaleur. En effet, lorsqu'on expose un corps à l'action des rayons solaires , sa température s'élève, mais plus ou moins suivant sa nature : les corps transparents s'échauffent peu, les corps opaques beaucoup au contraire. La propriété de recueillir ainsi la chaleur solaire doit être distinguée du pouvoir absorbant, tel qu'il a été considéré précédemment, car l'expérience indique de grandes différences 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 diathermancs, 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'exposer les résultats remarquables que M. Melloni a obtenus sur ce sujet important, au moyen de son appareil thermoscopique.

Chaleur La terre est maintenant considérée comme une

propre source de chaleur. Des observations nombreuses, faites

du globe.

da ns l'intérieur des mines , ont constaté que la t em péra tare propre du globe augmente d'un degré pour un accroisse-

VINGT-UNIÈME LEÇON. fâ$

ment de profondeur de 2 5 à 3o 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. Ou 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 de l'influence 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, où l'on expose l'histoire physique du globe.

34 1. La percussion produit de la chaleur. On peut at- Chaleur due tribuer ce phénomène au rapprochement des molécules ^cJsion. qui résulte de la percussion , 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 Berthollet, qu'après plusieurs coups donnés à une pièce de monnaie, il y a décroissement très rapide dans les effets thermométriqt 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 paraît plus probable que la percussion donne lieu à un dégagement de chaleur en déterminant un mouvement vibratoire dans les corps solides.

342 • Il ne semble pas que l'on puisse expliquer autre- Chaleur due ment que par ce mouvement vibratoire , la production de frottement, chaleur due au frottement. Rumford ayant fait tourner, au moyen d'un manège , une masse de bronze sur une autre

masse fixe de la même substance , et ayant entoure' d'eau la partie échauffée , de manière à apprécier la chaleur produite par l'élévation de température de cette masse liquide , trouva qu'un décimètre carré de surface frottante , faisant 3a tours par minute, avait donné a5o grammes de limaille en 2 heures, et que réchauffement produit aurait été capable d'élever de ioo° la température de 5o litres d'eau , ou de 5oooo degrés celle de la masse de limaille formée.

On ne saurait expliquer ce fait par la compression, qui, une fois produite au commencement de l'expérience , restait ensuite la même , ni par une moindre chaleur spécifique 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 frottés étaient à une température plus élevée que le milieu ambiant , et devaient perdre et non gagner de la chaleur par le rayonnement.

Principe 343. Pour que ces faits fussent compatibles avec la théorie de l'émission , ou plutôt avec l'hypothèse de la matérialité du calorique , il faudrait admettre que la quantité totale de chaleur que possède une particule d'un corps solide , a une certaine température , dépend de la position qu'elle occupe dans ce corps , ou de sa profondeur au-dessous de la surface qui le limite. Pour développer cette idée,

Fie. 176. imaginons le corps solide terminé par une face plane ÀB » et soit CD un cylindre infiniment délié , normal a cette surface en un point C , le principe posé serait qu'une par-

ticule p , 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 C, et croissant à mesure que l'on considérerait des particules plus éloignées vers D.

Autrement , si l'on imagine sur CD , 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 C , et non une ligne droite parallèle à CD, comme 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'hypothèse de l'émission , avec le fait du développement de chaleur produit par le frottement. La courbe dont il s'agit, après s'être éloignée de la ligne des abscisses , deviendrait sensiblement parallèle à cet axe , au-delà d'une certaine distance , finie et très petite , de la surface ÀB.

D'après cela , la quantité de chaleur possédée par toutes les particules 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 nouvelles surfaces, déterminées par la fracture , perdissent une certaine quantité de leur chaleur absolue, mesurée par les aires curvilignes KD'C". Il y aurait donc d'autant plus de chaleur développée dans ces circonstances que le corps serait réduit en parties 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 r accroissement de chaleur nécessaire pour élever d'un degré la température d'une particule solide est indépendant de sa position , et par suite de la chaleur absolue qu'elle contient déjà et qui peut varier avec cette position. Il résulterait enfin de ces idées théoriques , que la chaleur absolue d'une particule solide comprendrait deux termes distincts , l'un variable avec la température seule, l'autre avec le lieu de la 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'état 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.

nCîoidUr ar ïiacomFe8^on ou *a dilatation des gaz produit de

les change- la chaleur ou du froid. Dans le briquet à air , qui consiste densité des en 1111 cylindre fermé par un bout dans lequel on (ait mouvoir rapidement un piston, l'air comprimé brusquement s'échauffe au point d enflammer de l'amadou -, pour que cet effet ait lieu , il faut que l'air soit réduit au ~ de son volume. En comprimant différents gaz dans le même appareil, mais sans y introduire directement une matière combustible, on a remarqué que l'oxigène, les gaz qui le contiennent à l'état de mélange, et le chlore, donnent généralement lieu à un dégagement de chaleur et de lu-

raière , tandis que les autres fluides élastiques ne développent que de la chaleur. Cette différence est due à la combustion instaotanée des particules de substances organiques qui se trouvent dans l'instrument, soit en suspension dans le gaz introduit, soit sur les parois du tube ou sur les joiuts du piston ordinairement enduits d'une matière grasse. M. Thénard a en effet observé qu'il n'y avait plus de lumière produite dans un gaz quelconque , subitement comprimé , lorsqu'on avait écarté avec soin toutes les matières combustibles.

En exploitant certaines mines , on rencontre quelquefois des cavités remplies de gaz humides très comprimés, et qui s'échappent avec sifflement lorsqu'on leur oflre une issue. Si Ton 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 congèle même par l'abaissement de température du 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 ( § ao i ) , par la grande sensibilité ou le peu de masse , la grande conductibilité et la faible chaleur spécifique des substances qui le composent , offre un moyen facile de constater la production de chaleur ou de froid qui accompagne la contraction ou la dilatation des gaz. Il suffit de le placer sous le récipient delà machine pneumatique -y son index marche au froid aussitôt qu'on fait mouvoir les pistons , ou quand l'air intérieur se dilate. Lorsque le jeu de la machine est suspendu, la chaleur

rayonnée des corps environnants et le contact des parois de la cloche rétablit l'équilibre de température. Si ensuite on tourne la clé , pour faire communiquer le récipient avec l'atmosphère, l'air extérieur ayant une force élastique plus grande, comprime l'air raréfié du récipient, et la chaleur dégagée par cette compression agit sur le thermomètre , dont l'index marche effectivement en sens contraire de son premier mouvement.

AçjMieil de 345. M. Gay-Lussac a imaginé un appareil qui constate Lubsac." a lft foi8 lft chaleur dégagée par la condensation d'un gaz , et le froid produit par sa dilatation. Il se compose de deux Fie. 177. 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 qui le contenait seul , et dont le thermomètre indique en effet un abaissement de température. Il parvient donc refroidi par cette dilatation dans le second vase , mais le contact des parois et le rayonnement des corps environnants 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 très sensible 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,

VINGT-UNIÈME LEÇON. 48y

et indique conséquemmcnt une production de chaleur.

Lorsque cette expérience est faite avec soin, on trouve que l'élévation d'un des thermomètres à air, placés aux centres des ballons, est égale à rabaissement 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 1 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-fait 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 F hydrogène qu'à l'air pour prendre cette tempéra» ture , 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 pouvoir 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

49<> C0UBS DE PHYSIQUE.

suivant la masse relative de ces particules, ou mieux suivant la densité' des gaz, avec laquelle augmente leur inertie ou la force nécessaire pour imprimer à leurs molécules la même vitesse. C'est à cette différence de mobilité qu'il faut attribuer l'inégalité des effets produits quand les gaz s'échauffent ou se refroidissent, laquelle est tout-a-fait indépendante des différences de capacité. Elle explique aisément les circonstances que présentent les expériences que nous venons 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. Mesure de la 34G. MM. Clément et Desormes ont imaginé un appadégagée par reil analogue à celui de M. Gay-Lussac , qui permet de \iondKn* déterminer d'une manière plus exacte la quantité de chaleur ffaz' produite par la compression de Tair. On se sert à cet effet Fie. 178. d'un ballon de verre à large ouverture, auquel est adapté un baromètre , ou 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, et sa température t , on enlève une portion de l'air intérieur au moyen d'une pompe pneumatique , de telle manière que la pression devient P' moindre que P \ la différence P — P' est indiquée par le ^niveau du liquide dans le tube.

On ouvre ensuite le robinet qui ferme l'ouverture -, une portion de l'air extérieur se précipite dans le ballon , en quelque sorte instantanément, à cause de la largeur de l'orifice, qui permet de négliger les pertes et les gains de chaleur dus à la première dilatation du gaz et au contact des parois. L'équilibre d'élasticité est établi lorsque le niveau du liquide dans le tube se trouve le même qu'à l'ex-

teneur, et lorsqu'on n'entend plus le bruit produit par l'air affluent -, on ferme alors le robinet. Mais à cette époque la pression de l'air intérieur n'est égale à celle P de l'atmosphère, qu'à cause de l'accroissement de température que le gaz entré a 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'élève en indiquant finalement , pour l'élasticité intérieure, une pression F' plus petite que P, mais plus grande que P', puisque sous le même volume le ballon contient , à la même température t , plus d'air qu'au commencement de l'expérience.

On peut déduire des pressions observées P, P', P", la chaleur et la condensation produites par la compression de l'air, en partant de la loi connue que l'élasticité d'un gaz , conservant le même volume , augmente de pour une augmentation de température d'un degré à partir de zéro,

ou de ^g— ^tj a partir de t°. Soit t -f- x la température

qu'avait l'air du ballon , au moment où une portion d'air extérieur étant entrée , et où la pression intérieure étant devenue P , on a fermé le robinet ; on a évidemment la

relation p = 1 ^~ ^ cn désignant par a le coeffi-

l % p pw i-f.tfi

cient -7T , d'oùxr=a— . .

La masse d air contenue dans le ballon au commencement de T expérience, et qui occupait un certain volume V sous la pression F et à la température t , est réduite par la compression à un volume plus petit V", sous la pression F' et lorsque la température est redevenue t. On a

donc, d'après la loi de Mariotte, V"P" = P'V', «Toii

— y? — = — p — pour la condensation produite. Dans une

des expériences faites avec l'appareil précédent , MM. Clément et Desormes ont trouvé , pour t = i a°, P =om,y665 de mercure, P'=o",7527, F"=om,j62g; ce qui donne

x=i°,3i6, et — -p — = o,oi35.

Connaissant l'effet thermométrique produit par une taine condensation, on peut en conclure celui (jy) que produirait une autre condensation , par exemple , celle

de du volume à zéro , ou de — ; — du volume à la tem-

pérature 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 :

p. : p, • :: F-Tp^

Les nombres cités plus haut donnent j=o°, 348; c'est-àdire qu'en comprimant l'air à zéro, de jf, de son volume, on l'échauffé d'un peu plus d'un tiers de degré.

RaS^°rt ^n PeUt ^^U'PC ^e ^ 'e raPPort (K) des chaleurs

caloriques spécifiques de Tair sous pression constante et sous volume

spécifiques . ,M .

d'un môme coûtant, rapport qu il est important de connaître , à cause de son utilité dans plusieurs questions de physique. Eu effet, si Ton 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 777 , lui donner en sus une quantité de chaleur qui l'eût échauffé à elle p p*

seule de y = ptf p; degrés , ou de o°,348 pour l'air, sous

volume constant. Les quantités de chaleur nécessaires pour

élever d'un degré la température de l'unité de volume 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 elles comme

p pff p p7

l'unité est à 1 -f- p„__ p, ou à p/,p,, cest-à-dire pour

Pair comme l'unité est à i,348*, d'où K= 1 ,348.

MM. Gay-Lussac et Welter ont trouvé, par un autre procédé, K= 1,375 pour l'air, au lieu de i,348*, ils ont en outre observé que ce rapport conservait sensiblement la même valeur à diverses températures. 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=i,4ai. 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 très sensible des gaz simples aux gaz composés, et a déduit de la comparaison de ces différentes valeurs, cette loi remarquable par sa simplicité : i° 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 môme quantité absolue de chaleur -, a* que les variations de température qui en ré-

494 COOBS DE PHYSIQUE.

sultent sont en raison inverse de leurs chaleurs spécifiques sous volume constant.

Mélanges ré- 348. Lorsque deux corps mélangés , dont un au moins fnCéraiiu. çst ^ YéUt solide , ont une grande affinité chimique l'un pour l'autre, cette affinité peut déterminer brusquement une liquéfaction ou une fusion » et il en résulte ordinairement un changement de température. Ainsi Ton peut accélérer la fusion de la glace 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 l'eau avec l'acide ou le sel , et du froid par la liquéfaction de la glace. Suivant quun 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 1 5 à ao° audessous de zéro , si la masse de glace est plus considérable et lacide sulfurique étendu d'eau.

En refroidissant préalablement les corps dont Je mélange devait produire un abaissement de température , on est parvenu à obtenir 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 — ao° environ , ce qui empêche d'obtenir un froid plus intense -, lors de la congélation de l'eau saturée de sel marin , exposée à un froid suffisant , le sel se précipite, et l'eau se congèle seule, ce qui prouve que le sel marin et leau sont sans action mutuelle au-dessous de la température où ce phénomène a lieu. Voici la disposi-

VINGT- UNIÈME LEÇON. ^gS

tion 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 et de neige.

34q. La vaporisation produit aussi du froid. Pour rendre Froid Pr°-

p • « ... .. t , duît par la

ce fait très sensible , il faut opérer sur de petites masses de Taporiaation. liquide, et augmenter par quelque moyen énergique la rapidité de leur passage à l'état gazeux. Par exemple, si dans l'espace où la vapeur se forme, on place une substance qui l'absorbe à mesure, on aura un abaissement progressif de la température du liquide. Leslie a produit ce résultat en plaçant sous le récipient de la machine pneumatique une petite capsule couverte d'une couche d'eau, et un Fie. 1^0. vase contenant de l'acide sulfurique concentré, assez éloigné de la capsule pour que la chaleur développée par la combinaison de l'eau et de l'acide ne lui fut pas communiquée. Dans cette expérience F eau se congèle, mais l'évaporation continuant toujours, le froid peut descendre au point de congeler le mercure.

Wollaston 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 Fic l8o. des deux côtés, à l'exception 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

4g6 COURS DE PHYSIQUE.

nouvelles vapeurs , se refroidit au point de se congeler.

Si Ton 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 l'eau des matras. En employant des liquides plus volatiles encore que l'éther , tels que l'acide sulfureux , on parvient facilement à congeler le mercure. Le froid produit par la vaporisation a été utilisé dans la construction de plusieurs appareils destinés à faire connaître la proportion d'eau en vapeur que contient l'atmosphère, et qui seront décrits dans les leçons suivantes. En exposant les lois de l'évaporation à l'air libre (vingt- troisième leçon ) , nous aurons l'occasion d'étudier de nouveaux faits relatifs à l'abaissement de température qu'elle peut occasioner.

Froid 35o. Le froid qui résulte de la dilatation des gaz, et ceraddi'car- lui dû à la vaporisation , expliquent les effets produits par ^quide.*1 Ie8 ]e** d'acide carbonique, dans l'appareil récemment imaginé par M. Thylorier. Cet appareil se compose d'un cylindre creux en fonte , ayant om,76 de longueur , om,a de diamètre, et om,o4 d'épaisseur-, sa capacité intérieure est Fie. 181. d'environ six décimètres cubes ; une des bases est munie d'une ouverture qui se ferme par un boulon à vis. Le cylindre étant vertical , on introduit par l'ouverture i kil. { de bicarbonate de soude , 3 litres £ d'eau , enfin un vase cylindrique en cuivre rouge contenant £ litre d'acide sulfurique -, puis on ferme l'ouverture en serrant fortement le boulon. Le vase clos est ensuite disposé horizontalement entre deux pointes qui pressent les centres des deux bases, et on le fait tourner pendant quelque temps , pour opérer le mélange de l'eau, de l'acide et du sel. L'action chimique

<le ces substances développe udc grande quantité d'acide carbonique qui reste emprisonnée.

Le vase, maintenu horizontal et en repos, présente vers le haut et sur la partie cylindrique une tubulure, percée d'un l'ic. iSr. très petit canal , recourbé à angle droit , et muni d'un robinet à vis. Lorsqu'on ouvre ce robinet, le gaz s'échappe mais entraîne avec lui une portion du mélange liquide, par suite de Tébullition intérieure, ou du nouveau développement de gaz occasioné par la diminution de pression. Pour obvier à cet inconvénient , on met le générateur en communication avec un autre cylindre , en tout semblable au premier, mais complètement vide et entouré de glace piiée-, il s'opère alors une véritable distillation, et l'acide carbonique se rend seul dans le second vase, où il se liquéfie. Enfin c'est en ouvrant la tubulure de ce second cylindre , quand il est séparé du premier, que l'on obtient un jet d'acide carbonique pur. La tension intérieure varie beaucoup avec la température -, elle est de 36 atm. à o°, et atteint ^3 atm. à 200. Le jet est en grande partie formé d'acide carbonique liquide , qui se vaporise rapidement ; la chaleur latente nécessaire à cette évaporation est empruntée au calorique sensible du liquide lui-même , qui se congèle en flocons d'une neige fine.

Un thermomètre à alcool, dont le réservoir est placé dans le jet, descend au-dessous de — 900. On peut recueillir l'acide carbonique solide, à Taide d'une boîte circulaire en ferblanc , où le jet pénètre tangentiellement à la circonférence , vient se briser contre une plaque fixe , et par son mouvement curviligne réunit en masse agglomérée les flocons de neige qu'il produit. On se procure de cette manière des masses poreuses dont le volume dépasse 5o cen- I. 3*

timètres cubes -, ces niasses se vaporisent à leur surface , et conservent ainsi une température très basse. Quand ou les comprime entre les doigts , on éprouve une vive sensation de brûlure, et l'épiderme reste taché en jaune, tant qu'il n a pas repris sa température habituelle. Si Ton verse un peu d'éther sur l'acide carbonique solide, le mélange qui se forme agit avec une grande activité pour congeler le mercure. On a ainsi obtenu des masses de mercure solide , pesant plusieurs livres, qui se martelaient comme le plomb, et que Ton a pu conserver en médailles pendant une heure environ , jusqu'à ce que l'acide carbonique solide qui les entourait se fût gazéifié.

Chaleur 35 1 . La chaleur dégagée ou absorbée lors des variations des combi- ' brusques de la densité des gaz , et 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 c7, forment en se combinant un corps de masse m + m', dont Ja capacité mesurée directement est y , 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 r, t', et t, les températures primitives des masses m, m', et celle de

leur combinaison, on devrait avoir

met -f- m'eV^m + m')^. Mais cette inégalité ne se vérifie pas , ou bien la faible différence qui existe entre ses deux membres est évidemment insuffisante pour expliquer

reflet produit , à quelque point que Ton suppose abaisse' le zéro absolu des températures.

Eu général on trouve un excès considérable dans la chaleur produite par une combinaison, dontil parait impossible de trouver la cause, môme 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 7914 unités de chaleur -, cependant le volume du gaz acide carbonique formé est le même que celui de Toxigène employé , à la même température , et le carbone paraît 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 simple , la portion qui varie suivant sa position dans un groupe d'atomes semblables (§ 343), 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 par les combinaisons chimiques, s'expliquerait plus complètement dans l'hypothèse des ondulations, sans adopter de nouveaux principes. On conçoit en effet que des forces mécaniques, et celles qui président aux combinaisons , doivent imprimer aux molécules des mouvements vibratoires dont la force vive , étant eu rapport avec les eflbrts qui les produisent , peut être très considérable.

5oO COURS DE PHYSIQUE.

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 ne fit de nouveaux pas , pût lever les difficultés que présenterait la recherche ou l'interprétation des équations, nécessairement très complexes, qui devraient représenter les faits à expliquer. D'ailleurs les phénomènes électriques développent de la chaleur dans un grand nombre de circonstances, et il ne paraît pas que Ton puisse aborder l'essai d'une théorie positive de la chaleur , avant d'avoir démêlé les lots de cette nouvelle source , qui resteront sans doute ignorées pendant long-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 ces derniers temps.

Ainsi , quoique les lois du rayonnement de la chaleur , et celles de sa propagation dans les corps solides , puissent être traitées avec une rigueur suffisante par le calcul , presque tous les faits dans lesquels la chaleur est produite ou disparaît, ne 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 de rapprocher des phénomènes dont la liaison paraissait évidente.

VINGT -DEUXIÈME LEÇON. 5ol

Phénomènes météorologiques. — De l'hygrométrie. — Hygromètre de Saussure. — Construction des tables hygrométriques. — Hygromètres donnant directement l'état hygrométrique de l'air. — Observations et applications de l'hygrométrie. — Lois de l'évaporation. — Maximum du froid dû à l'évaporation. — Hygromètre de Leslie.

35a. Les phénomènes météorologiques dépendent pour Météorola plupart des variations de la température de l'air j il con- °C vient de les décrire après la théorie physique de la chaleur , comme pour offrir une application de ses lois. Toutefois cette 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 et 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 nouveau 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 1rs causes sont totalement

C)0'2 COUBS Ofc PHY31Q0E.

ignorées ou très vaguement aperçues , et qui ne feraient que compliquer la physique proprement dite sans servir actuellement à ses progrès.

Ue ibyCro- 353. Les variations de la quantité d'eau, contenues l'état de vapeur dans l'air atmosphérique , se combinent avec celles delà température, pour occasionner la plupart des phénomènes météorologiques. Il importe donc de savoir déterminer à chaque instant l'état d'humidité de l'air. On reconnaît que l'atmosphère 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'humidité de l'air, et deviennent liquides au bout de quelque temps, en se dissolvant dans l'eau qu'ils ont précipitée. On peut encore reconnaître l'existence de l'eau dans l'air, par le dépôt en croûte glacée qui se forme sur la surface extérieure d'un vase contenant un corps très froid , phénomène que l'on peut observer en tout temps et en tout lieu.

Pour évaluer la vapeur qui se trouve dans l'atmosphère, au lieu de chercher à absorber la quantité d'eau en poids contenue dans un volume donné d'air, on se sert de substances dont ia forme subit des changements d'autant plus grands que l'air qui les entoure est plus ou moins humide . et que l'on nomme pour cela substances hygrométriques. Parmi les substances organiques il n'en est aucune qui ne fut propre à former un hygromètre. Mais pour que l'hygromètre soit utile , il faut que la substance employée soit très sensible aux variations de l'humidité de l'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 circons-

VINGT- DEUXIÈME LEÇON. 5o3

lances ses indications redeviennent les mêmes -, enfin que l'instrument étant ainsi comparable à lui-même , deux hygromètres construits avec la même substance soient comparables entre eux.

De toutes les Substances hygrométriques connues , les seules qui paraissent remplir ces conditions , sont les cheveux et les plaques minces des fanons de baleine prises dans une direction perpendiculaire à celle des fibres : ces substances s'allongent par l'humidité*. Les hygromètres à cheveu et à baleine sont connus sous les noms d'hygromètre de Saussure et d'hygromètre de Deluc -, celui de Saussure est le plus généralement employé -, voici les détails de sa construction.

354- Un cadre métallique, dont on néglige les dilata- Hygromètre , ! , . , , . . do Saussure.

lions par la chaleur, comme incomparablement plus petites que les changements de dimensions qu'il s'agit d'observer, Fie. tfo. présente à sa partie supérieure une pince dans laquelle est fixé le cheveu , dont l'autre bout est attaché à la gorge d'une poulie-, un poids de i ou 2 décigrammes est pareillement attaché à la même gorge, de manière à tendre constamment le cheveu; avec la poulie se meut une aiguille, dont l'extrémité indique 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 7^ , de l'extrême sécheresse au maximum d'humidité -, mais lorsqu'ils en sont dépouillés , leur allongement total est 4 plus considérable , ou ^ environ. Il est donc important de laver ces cheveux dans une eau un peu alcaline que l'on fait bouillir-, ~ de sous-carbonate de soude en dissolution suffit, d'après Saussure, pour enlever cette matière grasse.

5t>4 COURS DE PHYSIQUE.

Pour graduer l'instrument , on le place d'abord sous une cloche contenant 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 l'humidité , 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 parla chaleur qui fera au contraire monter l'aiguille. On abrège beaucoup cette première opération de la graduation, et on la rend même plus sûre , en disposant l'hygromètre 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 sature d'humidité , l'aiguille monte alors rapidement et devient stationnaire au bout d'une heure au plus. On marque ioo° au point où s'arrête la pointe de l'aiguille. L'arc compris sur le cadran entre les deux points marqués est enfin divisé en 100 parties, qui sont les degrés de l'hygromètre. Lorsque cet instrument a été construit avec tout le soin nécessaire, 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 ioow, 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

VINGT -DEUXIÈME LEÇON. 5o5

différence de température ne font varier l'hygromètre que de 4 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. On 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 soit la température, l'affinité du cheveu pour l'eau n'étant contre-balancée par aucune autre force, cette substance précipitera toute l'eau qu'elle peut absorber, quantité qui est d'ailleurs très petite, relativement à celle qui sature l'espace dans lequel l'instrument est placé.

355. L'état hygrométrique de l'air est le rapport qui Tables hycxistc entre la quantité de vapeur a eau qu il contient réel- triques, lement, 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 l'hygromètre ne sont pas proportionnels aux états hygrométriques 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 l'hygromètre, il plaçait dans un ballon un linge humide, qu'il laissait un certain temps, pour le retirer cn-

5o6 COURS OB PHYSIQUE.

suite. La perte de poids du linge indiquait l'eau contenue dans le ballon -, on avait la température et la pression intérieure-, Saussure pouvait ainsi calculer un des éléments de la table. Mais ce procédé est peu exact, à cause 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 maxîma de la vapeur, dans un espace en contact avec de l'eau 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 l'hygromètre -, une petite portion de cette dissolution , introduite dans le vide d'un baromètre, indiquait la tension de la vapeur -, un autre baromètre donnait aussi la tension de la vapeur de l'eau pure à 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'expélience, répété pour un certain nombre de tensions différentes, à la température constante de io% a donné une table très exacte.

M. Dulong s'est servi 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 l'hygromètre était suspendu, il faisait arriver un courant mixte, composé d'air et d'hydrogène-, F air était parfaitement desséche , par des substances déliquescentes , l'hydrogène au contraire était saturé d'humidité, par son passage au milieu de corps imprégnés d'eau. On pouvait, eu donnant aux deux gaz des vitesses d'écoulement

constantes, par les moyens connus, faire en sorte que leur mélange fut en proportions fixes et déterminées. L'expérience commençait lorsque tout l'air du 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 Fhygromètre. Soit v le volume d'air arrivé sec, et u celui de l'hydrogène arrivé saturé de vapeur, pour former un volume (y + ") du mélange-, u et {y u) représenteront également , Tune 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 pour l'état hygrométrique du

mélange.

Pour évaluer le rapport de u a v on analysait, dans l'eudiomètre et sur l'eau, une portion A en volume du mélange; en déterminant par le moyen connu le volume H d'hydrogène qu'il contenait, celui de l'air était (A — H)-, mais ce dernier volume devait être corrigé de toute la vapeur qu'il contenait, car il était saturé dans l'eudiomètre , et devait être considéré comme sec dans le courant mixte -, si P représentait la pression des gaz dans l'eudiomètre, et F la force élastique de la vapeur d'eau à saturation à la température régnante, on devait diminuer (A — H) dans le rapport

de P à (P — F). On avait ainsi u\v\\ H: (A— H) ;

on en concluait facilement l'état hygrométrique

du mélange , correspondant au degré observé de l'hygromètre.

M. Melloni a pareillement imaginé, pour construire des

5o8 COURS DE PHYSIQUE.

tables hygrométriques, ud procédé plus cxpéditif que celui de M. Gay-Lussac, mais qui exige un appareil plus compliqué et des opérations plus minutieuses, que nous ne pouvons décrire ici. En représentant par 100 la tension de la vapeur ù saturation, M. Melloni a formé une table qui donne en centièmes l'état hygrométrique de l'air, correspondant à chaque degré de l'hygromètre, lorsque la température est de 22 à 23°. Si Ton rapproche cette table de celle semblable que M. Biot a construite, en interpolant les résultats obtenus par M. Gay-Lussac pour la température de 10% on remarque que les degrés de l'hygromètre à cheveu approchent un peu plus d'être proportionnels aux états hygrométriques dans la première table que dans la seconde. Ou peut toutefois regarder sans grande erreur ces deux tables comme étant identiques.

Ainsi, quoique la table publiée par M. Biot, d'après les expériences de M. Gay-Lussac , n'ait été calculée que pour la température de io°, elle peut être regardée comme applicable à toute température comprise dans les limites thermométriques de l'atmosphère . L'état hygrométrique de l'air étant , , et i, cette table indique que l'hygromètre doit marquer 20°, 720, 95° et 1000; les degrés de cet instrument ne sont donc pas proportionnels aux états hygrométriques de l'air.

Résultat» 356. La moyenne des indications hygrométriques à la surtions hypro- lace de la terre est d environ 7a0, c est-a-dire que 1 air y me riquua. cont;cnt moyennement à peu près la moitié de la vapeur capable de le saturer -, mais il n'en contient quelquefois que ■J-, et même ~. L'atmosphère n'est jamais au maximum d'humidité : même dans les grandes pluies l'hygromètre de Saussure , placé sous un abri , n'indique guère plus de

VINGT-DEUXIÈME LEÇON. 5oO

o5°. Cet état de non -saturation est favorable et même indispensable à la nutrition des végétaux, et à la respiration des animaux ; car la nutrition des plantes est due à une aspiration des liquides contenus dans le sol , qui ne peut avoir lieu qu'autant qu'il y a évaporation à la surface des feuilles j et le but principal de la respiration des animaux est d'entraîner à l'état de vapeur une certaine quantité de liquide avec l'air sortant des poumons.

En général, l'état hygrométrique de l'air diminue à mesure qu'où s'élève dans l'atmosphère. Sur le sommet des Alpes , Saussure n'a pas vu l'hygromètre monter au-dessus de 4o° -, d'où il suit que l'air ne contient jamais à cette hauteur plus du ^ de la vapeur capable de le saturer. Dans le voyage aérostatique fait par M. Gay-Lussac , à 6000 mètres environ de hauteur, le thermomètre marquant io°, l'hygromètre est descendu à 260 ; ce qui indique que l'air ne contenait à cette hauteur que la J partie de la vapeur nécessaire pour la saturation.

L'hygromètre peut servir à déterminer le degré d'humidité de l'air où commence la déliquescence d'un sel : il suffit pour cela de suspendre cet instrument sous un récipient , au-dessus d'une dissolution saturée de la substance que l'on veut étudier, et de noter le degré qu'il indiquera dans cette circonstance. Lorsque l'état hygrométrique de Fair 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 vapeur à l'air ambiant.

L'usage des tables hygrométriques permet de calculer le poids exact d'un volume donné d'air atmosphérique, et par suite la correction qu'exige le poids d'un corps solide.

5io COt'RS DE PHYSIQUE.

Il sulfitpour ceWde substituer à la place de F, dans la formule du § 3 a3 , la force élastique maxiraa de la vapeur d'eau pour la température existante, multipliée par l'état hygrométrique donné par les tables , et correspondant au degré observé sur l'hygromètre.

Hygromètres 357. Pour donner plus de précision aux indications de l'hygromètre à cheveu , M . Babinet a imaginé d'observer ses variations avec une vis micrométrique \ cette vis, dont le bouton est gradué , permet d'apprécier des fractions de tour, et par suite des allongements très petits du cheveu , lie. 183. qui, attaché à cette vis, est tendu librement par un petit poids. Une lunette, fixée horizontalement , est dirigée vers la partie inférieure du cheveu , sur un point de repère que l'on ramène à chaque observation dans l'axe de la lunette au moyen de la vis.

L'hygromètre de Deluc , ou à plaque de fanon de haleine, peut se construire et se graduer comme celui de Saussure ; il est d'un aussi bon emploi , en ce qu'il n'éprouve pas non plus de changements permanents par les variations atmosphériques \ il peut être aussi sensible que l'hygromètre à cheveu , lorsqu'il est construit avec soin , et donne même des allongements plus étendus; en sorte qu'on peut en diminuer le volume , ce qui le rend plus commode à transporter -, mais comme il n'est pas comparable à l'hygromètre de Saussure, il faudrait construire pour lui de nouvelles tables hygrométriques.

Une corde à boyau se détord par l'humidité-, une de ses extrémités étant encastrée fixement, l'autre peut, en tournant autour de l'axe, faire mouvoir uue aiguille ou un levier, et indiquer le plus ou moins de torsion -, on forme ainsi l'hygromètre à corde. On se sert encore des barbes de cer-

VINCT-DFXXIEME LEt;0.\. J1I

laines plantes qui se détordent aussi par l'humidité. Enfin , si Ton adapte au bout d'un tube de verre un tuyau de plume , fermé par l'extrémité opposée et rempli de mercure, ce tuyau se dilatant par l'humidité , le mercure descend à différentes hauteurs dans le tube de verre ; cet appareil est l'hygromètre à plume. Mais tous ces hygromètres sont très défectueux- rarement ils donnent les mêmes indications lorsqu'on les place dans les mêmes circonstances à des époques différentes.

358. Plusieurs hygromètres ont pour but de déterminer ^!e*ure,

J 0 * directe dt>

à quelle température Ja vapeur que contient l'air serait l'ltat hye™

1 métrique de

capable de le saturer -, on cherche ensuite , dans les tables, loir, les forces élastiques de la vapeur d'eau correspondantes à la température indiquée par ce genre d'hygromètres, et à la température de l'air extérieur -, on a ainsi les deux termes du rapport qui représente l'état hygrométrique de l'atmosphère. Un simple vase à 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 vase \ on laisse l'appareil se réchauffer un peu par le rayonnement, jusqu'à ce que cette rosée disparaisse; ou 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 j il consiste en deux boules de verre réunies par un

5l2 COURS DE PHYSIQUE.

tube doublement recourbé. L'une de ces boules contient de Fie. 184. 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 bouillir l'éther, et que Ton ferme au chalumeau quand il n'y a plus que de la vapeur. L'appareil étant ainsi préparé, on entoure la seconde boule d'un linge sur lequel on verse de l'éther -t 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 commodes que celui de Saussure. Théorie du 35g. L'air n'étant presque jamais saturé d'humidité, les dS nuidcs. masses d'eau avec lesquelles il est en contact doivent lui fournir constamment de nouvelles vapeurs. On donne particulièrement le nom d 'évaporation à la propriété dont jouit l'eau, exposée dans l'atmosphère, de se vaporiser avec plus ou moins de facilité. On se rend facilement compte de cette propriété , et des circonstances qui favorisent son développement , après avoir étudié le mélange des fluides , phénomène plus général , dont il paraît possible de donuer 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,

VINGT- DEUXIÈME LEÇON. 5l3

Vtln de l'hydrogène, l'autre de l'acide carbonique, sont mis en communication , il s'établit d'abord un équilibre de pression ; c'est-à-dire que le gaz dont la force élastique est la plus grande » se précipite en partie dans le ballon oc* cupé 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 molécules d'acide carbonique situées du côté opposé de la surface de séparation. Si ces deux actions étaient égales et contraires, la molécule 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 différence des masses des dernières particules des deux gaz considérés établit une inégalité, ou une sorte d'incommensurabilité, entre les deux actions résultantes dont il s'agit, qui faisant marcher la molécule d'hydrogène , dans un sens ou dans l'autre , trouble l'équilibre et force les gaz à se mélanger -, jusqu'à ce qu'enfin les deux pressions exercées des deux côtés 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 est 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 Ton doit attribuer la dissolution des gaz dans l'eau. Lorsqu'une atmosphère gazeuse est tout-àcoup mise en contact avec une masse d'eau purgée de tout gaz, elle lui communique d'abord sa pression-, dans ce premier état, si Ton considère une molécule de gaz voisine de la surface libre du liquide , elle doit éprouver 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 donc 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 , soit également sollicitée par la pression du milieu élastique, et par la résultante contraire des actions que l'eau et les gaz dissous exercent sur elle.

Lorsqu'un espace vide de toute matière pondérable est offert à une 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 vapeur formée, et par la résultante contraire des actions que le liquide exerce sur elle. Dans cet état d'équilibre, une molécule de 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.

Si r espace limité offert à la masse d'eau supposée contient des gaz, les pressions étant transmises, l'équilibre 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 et de l'état 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 près de la sur* face libre éprouve deux sommes d'actions égales, de la part des milieux hétérogènes formés par ce double mélange. Il résulte de r incommensurabilité des actions exercées entre des molécules de même espèce et entre celles d'espèces différentes, que l'équilibre définitif est identique à la superposition de deux états 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 liquide seul et par la vapeur répandue dans l'atmosphère, éprouve en outre deux actions égales de la part des gaz

Si 6 COURS DE *HYSIQOE.

superposas 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 par la vapeur.

Ces considérations théoriques supposent, il est vrai , que des molécules de substances difFérentes , non susceptibles de se combiner chimiquement, exercent néanmoins le» 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 mélauger entre eux ou avec les liquides , celui que la vapeur met à 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.

Lois de 36o. Le phénomène de l'évaporation n'est donc qu'une ifon™ conséquence de l'incommensurabilité des actions exercées

près du contact, entre les gaz de l'atmosphère et les d'eau existant à la surface de la terre , laquelle exige , pour que l'équilibre puisse être atteint, que l'eau se vaporise et que les gaz pénètrent dans les masses liquides. Or une molécule de vapeur, voisine de la 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'atmosphère. EHe 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. U suit évidemment de la même théorie que le mélange de la vapeur avec l'air atmosphérique doit s'opérer suivant les 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 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 à la moindre densité de l'air. ^ufroid"1"

36 1. Le froid produit par l'évaporation, ou plutôt *a pj"^"^

ration.

5l8 COURS DK PHYSIQUE.

quantité de chaleur sensible enlevée à la masse liquide , doit être évidemment 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 quantité de chaleur égale à celle que lui enlève la vapeur qui se forme. D'où il est facile de conclure que lorsque l'évaporation a lieu sur toute la surface qui rayonne le calorique, 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 d'air. 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 conséquemment que de la température , qui tend à 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 tempé-» rature et l'état 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 donnant le maximum d'abaissement correspondant à différentes températures, lorsque l'évaporation a lieu dans l- .c. i85. 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 thermomètres , 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

VIHGT-DEUXIEME LEÇOIt. JI9

Rabaissement correspondant. Lorsque le courant a pour température o°, io°, ao°, 3o°, rabaissement produit est de

362. En se fondant sur ces résultats, on peut déduire Applications

r du froid

avec assez d'exactitude l'état hygrométrique de l'air, d'un dû à Péva-

, t poration.

hygromètre imaginé par Leslie , qui n'est autre chose qu'un thermomètre différentiel dont les deux boules sont rapprochées, leur éloignement n'étant pas nécessaire dans ces nou- F»c t8G. velles circonstances. Une des boules est recouverte d'un linge, dont on entretient 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 de l'air sec , pour le même point de départ, et que donnerait la table dont nous venons de parler -, /, les tensions maxima de la vapeur aux

températures /, t\ enfin x l'élasticité de la vapeur qui se forme pendant l'expérience, ou l'excès de sa tension propre sur celle de la vapeur contenue dans l'air. On aura x :JV ymt — t' : t — t", proportion qui fera connaître X; et l'état hygrométrique de l'air sera alors donné par la frac^

tionJ—y— .

En effet , si y est la force élastique de la vapeur d'eau existant dans l'air, qui a la température t lors de l'expérience , y sera moindre que /', puisque l'eau s'évapore quoique ayant la température t' . On aura ainsi x 3% et d'après la loi de Dalton , la quantité de vapeur qui se

ZlO COURS DE PHYSIQUE.

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 (r — tf) , lorsque l'instrument indique la température stationnaire t' , Si l'air était sec, l'instrument descendrait à la température t"; la quantité de vapeur formée dans l'unité de temps serait alors proportionnelle à f,r\ 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 — *").On doit donc poser la proportion x:f" Il t — tf\t — t",

et l'équation^ = ~j — • La différence {t — f') est donnée immédiatement par le thermomètre différentiel , t par un thermomètre ordinaire placé dans le lieu de l'expérience, «"par la table des abaissements de M. Gay-Lussac, f,f, f"9 par celle des forces élastiques de la vapeur d'eau.

On emploie dans l'Orient, pour se procurer de l'eau a 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 F agitation de f 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 qu'il doit parcourir pour y arriver, des branches qu'on entretient humides par une aspersion convenable.

VINGT -TROISIÈME LEÇON. 5ll

Météores aqueux. — Des nuages. — De la pluie. — De la neige. -~ De Ja rosée. — Du rayonnement nocturne. — De la gelée blanche. — Des brouillards et du serein.

363. L'eau évaporée à la surface de la terre est empor- Formation tée par Fair échauffe' au contact du sol . Ces masses gazeuses, nuage** qui s'élèvent par une moindre densité, se dilatent sous une moindre pression atmosphérique-, leur température s'abaisse par suite de cette dilatation , et leur état hygrométrique augmente avec leur refroidissement. Il résulte de là qu'à une certaine hauteur, il se trouve une certaine région de l'atmosphère dans laquelle l'air est saturé de vapeur, ou très voisin de la saturation. Là, par le moindre abaissement de température, la vapeur se précipite et forme les nuages , qui constituent un état intermédiaire entre Feau liquide et Veau à l'état gazeux.

On admet généralement que les nuages sont composés de vésicules très petites , analogues aux bulles de savon , et qui renferment de l'air sous une enveloppe liquide-, c'est pour cela qu'on donne le nom de vapeur vcsiculaire, aux nuages, aux brouillards, et aux colonnes blanches formées par lavapeur qui s'élève des chaudières. Plusieurs faits viennent appuyer cette hypothèse. Si l'on place devant une fenêtre un

522 COURS DE PUYSIQUE.

liquide fortement coloré et en ébullition, tel, par exemple, qu'une dissolution de café, on voit de petits ballons qui se meuvent dans tous les sens, en obéissant aux courants qui s'établissent dans l'air. Les mouvements rapides et variés de ces petites sphères , leur transport facile dans l'air agité, témoignent de Jeur légèreté spécifique, qui serait inexplicable si ces sphères n'étaient pas creuses.

L'état vésiculaire s'accorde avec ce résultat constant , qu'aucun nuage ne peut se former dans de la vapeur pure, et que son apparition a toujours lieu dans un espace contenant des gaz permanents. Cet état peut seul expliquer pourquoi les nuages qui ne se résolvent pas en pluie , ne produisent pas le phénomène de l'arc-en-ciel. Plusieurs physiciens admettent cependant que dans les nuages l'eau est en gouttelettes pleines, mais extrêmement fines , qu'une force répulsive, sans doute de la même nature que les forces électriques , non-seulement empêche ces gouttelettes de se réunir, mais encore repousse l'air autour d'elles , et les enveloppe ainsi d'atmosphères raréfiées qui expliquent leur légèreté spécifique. Mais s'il en est ainsi, on ne conçoit pas comment ces gouttelettes pleines, telles petites qu'elles soient, ne donnent pas à tout nuage la propriété de se teindre des couleurs de l'arc-en-ciel : car l'explication de ce phénomène, fondée sur la décomposition que la lumière solaire éprouve en se réfractant et en se réfléchissant dans des gouttes d'eau sphériques, est tout-à-fait indépendante de la grandeur de ces gouttes.

Suspension ^64. Plusieurs causes peuvent expliquer, d'une manière île» nuages, satisfaisante, la suspension des nuages dans l'atmosphère.

L'air pur, comme tout fluide élastique , se laisse traverser facilement par la chaleur rayonnante sans que sa tempéra-

Vir»GT-TKOlSlÈME LEÇON. 5a3

ture en soit augmentée, tandis que l'eau l'absorbe en grande partie et s'échaufFe sensihleinenti il suit de là que l'air compris dans les nuages, échauffe' par son contact avec les vésicules, peut avoir une température plus élevée que l'air extérieur, lequel n'est pas disposé comme le premier pour absorber la chaleur rayonnante*, ainsi la densité moyenne d'un nuage peut être inférieure ou même égale à celle de l'air environnant.

La résistance que le frottement de l'air oppose à la chute des vésicules, et la difficulté qu'éprouve ce fluide à se tamiser entre elles, suffisent encore pour rendre compte de la suspension d'un nuage. Enfin si, malgré ces causes diverses, les vésicules du nuage descendent, elles se trouvent entourées d'un air nouveau, plus éloigné de la saturation, et dans lequel elles peuvent s'évaporer ou disparaître -, en même temps l'air qui a traversé le nuage , se refroidissant par sa dilatation, laisse se former de nouvelle^ vésicules-, on conçoit ainsi que le nuage, tout en tombant, se dissolve par le bas, et grossisse vers le haut, de telle sorte que son épaisseur soit à peu près constante, et que le lieu occupé par la vapeur vésiculaire reste le même.

D'après ces diverses explications , lorsque la température vient à diminuer, les nuages doivent se rapprocher de la surface de la terre -, c'est en efTet 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 sans doute 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.

L'échauffcment des nuages , par l'absorption directe de la chaleur solaire , peut expliquer l'existence simultanée de deux ou de plusieurs étages de nuages , situés à des hauteurs différentes. Des masses d'air échauffées par leur contact avec un nuage inférieur, montent avant de se saturer de vapeur -, dans leur mouvement ascensionnel , ces masses se dilatent, se refroidissent; leur état hygrométrique augmente, et peut conséquemment atteindre l'état de saturation à une nouvelle hauteur, qui devient ainsi le lieu d'un j nouveau nuage. Les nuages sont d'autant moins épais qu'ils appartiennent à un étage plus élevé ; la surface inférieure de chaque étage est à très peu près de niveau ; il est facile de voir que ces résultats de l'observation confirment l'explication qui précède.

La quantité de vapeur vésiculairc, ou la masse des nuages qui se forment annuellement dans un lieu donné, dépend de la quantité moyenne d'eau que l'amosphère 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 annuellement la condensation des nuages , est en général d'autant plus grande que la latitude est moindre. Toutefois plusieurs circonstances locales , 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. De la pluie. 365. Lorsque les nuages sont très chargés d'humidité, un nouveau refroidissement de l'air détermine la précipitation de la vapeur vésiculaire à l'état de pluie -, le mode de transformation des vésicules en gouttes d'eau , qui a lieu

VINGT-TROISIEME LEÇON. 5a 5

lors de cette précipitation , n'est pas bien connu. Si l'accroissement de l'humidité des nuages n'était dû qu'à l'ascension continue des masses d'air venant de la terre , et qui amènent constamment de nouvelles vapeurs, il serait difficile de concevoir les progrès, souvent très rapides, des nuages noirs qui produisent les orages. Mais il est une cause générale de la formation des nuages et de la pluie , qui diffère de celle indiquée au § 363, et qui explique suffisamment ces circonstances extraordinaires. 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 prennent une température intermédiaire , et s'ils sont tous deux très voisins de l'état 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 ^ qui se mélangent seraient saturés de vapeurs, ayant des tensions maxima y et jr1, aux températures différentes t et t' ; soient T la température du mélange, et Y la tension maxima de la vapeur d'eau à cette température. Les températures t , t*, T étant toujours comprises entre des limites très rapprochées, on peut négliger, comme fort petites, les corrections dues à la dilatation de l'air et à la variation de sa chaleur spécifique sous volume constant \ d'après cela , on peut prendre pour la force élastique que la vapeur ten-