CHAPITRE VIIL

Ëvaporation dans une atmosphère illimitée.

Évaporation des liquides surchauffés. — Phénomènes produits dan» les vases très-chauds.

Évaporation au sein d'une masse liquide. — Ébullition des liquides. — ÉbuUition sous des pressions faibles. — Phénomènes présentés par les geysers. — Retard de l'ébullition. — Effet de Tair dissous. — Température de l'ébullition. — Ébullition des dissolutions salines. — Ébullition des mélanges liquides.

Le passage de Tétat solide à Tétat liquide s^accomplit, pour chaque corps, à une température caractéristique, ou du moins les variations de la pression extérieure n'exercent sur ce phénomène qu'une influence très-faible. II n'en est pas de même pour le passage de l'état liquide à l'état gazeux. Nous avons vu précédemment que, dans le vide, la vaporisation des liquides est immédiate quelle que soit la température, et se limite seulement lorsque la vapeur émise par le liquide a atteint une certaine pression, qu'on nomme sa force élastique maximum à cette température. Dans une atmosphère gazeuse, les liquides s'évaporent aussi à toute température, mais avec plus de lenteur, bien que la force élastique maximum de la vapeur soit la même que dans le vide. N'ayant pu séparer l'étude de la dilatation des vapeurs de celle de la dilaution des gaz [voir I" Partie, Ch. VIII et IX), nous avons acquis déjà ces notions élémentaires, qu'il s^agit maintenant de compléter et de rattacher à la Théorie mécanique de la chaleur. Nous allons d'abord étudier avec détail les diverses circonstances que peut présenter le phénomène de révaporation.

2o6* CALORIMÉTRIE. - THÉORIE MÉCANIQUE.

ÉTAPOBATIOW DAH8 UHE ATM08PHÈBE ULODltE. — L*évaporation des liquides s'efîeclue exclusivement par leur surface libre. La vapeur formée est un fluide élastique qui se diffuse dans Tatmosphère ambiante» et de deux choses Tune : ou bien cette atmosphère est limitée, et alors Tévaporation s'arrête dès que la vapeur a atteint sa force élastique maximum; ou bien elle est illimitée, et alors Tévaporation est un phénomène cootioo dont il y a lieu d'étudier les circonstances particulières.

Supposons d'abord que l'atmosphère illimitée, contiguë i b surface libre du liquide, soit en repos. A mesure qu^une nonvelle quantité de vapeur se produit et pénètre dans la couche d'air la plus voisine» cette couche cède une partie de la vapeur qu'elle contenait déjà à la couche immédiatement supérieure, celle-ci à une autre, et ainsi de suite; le phénomène est bientôt soumis à un régime uniforme, tel que chaque couche cède à chaque instant autant de vapeur qu'elle en reçoit.

La vitesse constante de cette évaporation dépend d'une multitude de circonstances, à savoir : i° de la quantité de vapeur uniformément répandue dans l'atmosphère ambiante ou, ce qui revient au même, de sa force élastique /; ^* de la force élistique 11 de cet air; 3*^ de la température du liquide qui s'évapore; 4° ^^ l^ température de l'air ambiant; 5" de la surface offerte à l'évaporation. II est évident que les lois générales du phénomène ne peuvent être que très-compliquées, et que, pour arriver à les connaître, il faut se placer d'abord dans les cas les plus simples qui peuvent s'offrir à l'expérimentation.

C'est ce que fit Dallon ( * ;. Le liquide qu'il étudiait était placé dans un vase plat, de surface assez large pour qu'on pût la considérer théoriquement comme à peu près indéfinie. Quand celK* condition est réalisée, il est évident que le poids de vapeur formé par minute doit être proportionnel à la surface S offerte à l'évaporation, et c'est ce que Dalton put constater en faisant varier la section des vases et en déterminant la quantité dont leur poids avait varié, par suite de l'évaporation, au bout dune même durée.

La formation de la vapeur est accompagnée d'une absorption

(') Dalton, Annales de Gilbert^ X. XV.

de chaleur latente ; par suite, un liquide qui s'évapore à Tair» et auquel on ne fournit pas de chaleur de rextérieur^ se refroidit au-dessous de la température ambiante. Dalton opérait en général i des températures assez basses pour que cet abaissement de température fût négligeable, et alors on pouvait considérer Tair et le liquide comme étant à la même température t; à cette température correspond une force élastique maximum F, et Ton sait que, si la force élastique / de la vapeur contenue dans Tatmosphère ambiante est égale à F, il n'y a pas d'évaporation. Le poids P de liquide évaporé par seconde est donc une fonction de la différence F — /, qui s'annule pour F — /= o. Dans des limites suffisamment étroites P sera proportionnel à cette différence, et c'est ce qui eut lieu dans toutes les expériences de Dalton.

Enfin, puisque Tévaporation se fait, dans le vide, avec une excessive rapidité, et qu'elle est plus lente dans l'air, le poids P est une fonction de la pression H de l'air, variant en sens inverse de cette quantité. Dalton a trouvé qu'elle varie en raison inverse de H. Désignant par B une constante, qui peut a priori dépendre à la fois de la nature du liquide et de celle du gaz qui forme atmosphère, on peut résumer les diverses lois expérimentales de Dalton par la formule

Ajoutons que Dalton, ayant opéré sur l'eau et sur l'alcool, trouva pour B la même valeur; c'est-à-dire que, dans l'air sec par exemple (/= o), la vitesse de l'évaporation de l'eau et de l'alcool à température égale était proportionnelle à la force élastique maximum du liquide considéré. En admettant cette loi, on voit que les liquides les plus aisément évaporables sont ceux qui ont le point d'ébullition le plus bas. Par exemple, le mercure, qui bout à 35o®, ne s'évapore que très-lentement, et l'on n'a pu constater directement l'évaporation de l'acide sulfurique, dont le point d'ébullition est à SaS^*.

Dalton avait opéré entre zéro et la température d'ébullition normale des liquides qu'il employait; et, bien que, pour des températures voisines de celle de l'ébuUition, la température

2o8* CALORIMÉTRIE. - THÉORIE MÉGANIQUE.

du liquide soit certainement différente de celle de Fatmosphère ambiante, il a trouvé que la formule (i) continuait à s'appliquer. Il est évident toutefois que, si Ton s'écarte par trop des cooditions théoriques, les lois de Dalton doivent cesser d*être exactes. Ainsi ce physicien a constaté que, dans Tair agité, l'évaporatioo est plus rapide que dans Tau* sec : il lui sufQt de placer un vise plein d'eau, tantôt dans une chambre fermée, tantôt sous le manteau d'une cheminée où se produisait un tirage qu'on augmentait encore en ouvrant les fenêtres. Ce résultat est facile à interpréter ; car, la couche d'air en contact immédiat avec le liquide étant fréquemment renouvelée, il s'opère, en outre de li diffusion, un transport mécanique de la vapeur, et celle-ci doU être fournie par le liquide en plus grande abondance. Cepeih dant, malgré la différence des conditions, Dalton a trouvé que la formule (i] s'applique au cas de l'atmosphère agitée, en y remplaçant le coefficient fixe B par un coefficient B', qui augmente, avec la rapidité du courant d'air, suivant une loi inconnue.

Quand on rétrécit par trop la surface S d'évaporation,UfM^ mule (i) n'est plus applicable. M. Gernez (*) d'une part, M. Stefan (2) de l'autre, ayant étudié l'évaporalion des liquides dans des tubes élroiis, sont arrivés, relativement à rinfluence du diamètre, à des lois différentes, ce qui tient probablement à la différence des conditions dans lesquelles ils ont opéré.

ÉVAPORATION DES LIAUIDES SURCHAUFFÉS. — Quand on chauffe un liquide volatil à une température élevée, en prenant toutes les précautions nécessaires pour l'empêcher de bouillir, l'évaporation est extrêmement rapide; et, dans ce cas, le froid produit est suffisant pour maintenir le liquide à une température notablement inférieure à celle du bain-marie, dans lequel on chauffe le tube qui le ôontient. Ainsi, d'après M. Gernez ('\ dans un tube de i4""" de diamètre, chauffé à 80®, la température du sulfure de carbone n'a pas dépassé ^ï*».

(*) Gebnez, Annales de Chimie et de Physique, 5* série, l. IV j 1876.

(") Stefan, Philosophical Magazine y décembre 1873.

(/) Gerïiez, Journal de Physique théorique et appliquée, t. Ill, p. ^l.

ÉVAPORÂTION. - ÉBULLITION. aog*

Quant aux vitesses d'évaporalion , on peut les mesurer en «çant sur le lube où est contenu le liquide deux traits de tpére a. el p, et en déterminant le temps que met le liquide à aisser de a en J3. Ces vitesses suivent encore la loi de Dalion isqu'à des températures supérieures d'au moins 30" à la temérature normale d'ébulliiîon, c'est-à-dire que la vitesse d'évaoralion demeure toujours proportionnelle à l'excès F — H de I force élastique maximum F de vapeur, sur ta pression H, gale à la pression atmosphérique, qu'exerce à la surface du quide la vapeur qui remplit le tube.

A des températures plus hautes, les vitesses d'évaporation roissent moins vite que ne l'indiquerait la loi ; mais il faut Bmarquer que nous sommes bien loin des conditions théoiques, el que de nombreuses causes perturbatrices intertennent ici pour masquer la loi du phénomène.

nÉIOllfilES ?B0B1IIT8 MBS US V1SB8 TBÈS-CHiOSS. - Quand m chauffe une capsule métallique jusqu'à une température tès-élevée et qu'on y projette quelques gouttes d'eau avec une iipette, elles n'entrent point en .

^Uilion ; on les voit se réuiren un globule qui est sphéiilue s'il y a peu d'eau, el qui tt de plus en plus aplati quand ) en met davantage. L'aspect

la forme de cette eau raptilent ceux du mercure ou des (Uides placés dans des vases ('ils ne mouillent pas.

L'expérience se fait ordinai- ■Henl avec un éolipyle BB ig. 5:1 ]. On réchauffe au >3ren d'une lampe CE et il ojeite par le tube BD un jet

vapeur d'alcool qui s'en- Oime et qui est capable d'échauffer jusqu'au r le A que l'on place au-dessus.

Toutes les substances connues se comportent comme l'eau,

- et D., Calia-iaUtrit. — II. 3> fuc. t4

luge la cap-

aïo* CALORIMÉTRIE. - THÉORIE MÉCANIQUE.

quelle que soit leur volatilité. L*acide sulAireux et Facide carbonique liquides persistent eux-mêmes, sans boaUlir, au mDiea de creusets qu'on peut porter au rouge blanc. Mais, sHl n*y a pas d*ébullition, il y a toujours une évaporation, comme on peal s'en convaincre en remarquant que, dans ces conditions, kf acides sulfurique et azotique répandent des fumées blancbei et riode des vapeurs violettes, que Falcool et l'éther se maii> tiennent entourés de flammes , et que le globule du liquift quel qu'il soit diminue peu à peu de grosseur jusqu'à disparaître. Cependant l'cvaporation est beaucoup moins actin qu'on ne serait porté à le supposer d'après les expérieocei précédentes sur l'évaporation des liquides surchauffés. Ons'ci rendra compte d'après les expériences suivantes :

M. Boutigny ( * ), auquel on doit de très-nombreuses recho»ches sur le sujet qui nous occupe, plongea un thermomètre très-petit au sein du liquide contenu dans la capsule. BiM qu'on ne puisse savoir si ce thermomètre indique réellemcm la température du liquide, car il est exposé de toutes partsî des rayonnements qui doivent le suréchauffer, M. Boutigovi néanmoins constaté ce fait général, que les liquides plaf« dans les circonstances particulières qui nous occupent m trouvent toujours à une température plus basse que leur 1 point d'ébullition.

Depuis cette époque M. Berger (2) a obtenu des globulf^ d'eau de plus d'une livre; un thermomètre qu'il promeniii dans leur intérieur marquait degGà 98" au fond, et environf]^' au sommet des glohules.

M. Boutigny a montré qu'une goutte d'eau introduite au 5fl» d'une massje d'acide sulfureux liquide, dans une capsule <lf platine chauffée au rouge, se congèle immédiatement. FaradiJ. remplaçant l'acide sulfureux par l'acide carbonique solide H l'eau par le mercure, congela ce métal.

Dans ces diverses expériences le liquide n'est pas en conta<*

(') Boutigny, Annales de Chimie et de Phrsif/ue, 3* série, t. IX, p« ^' t. XI, p. if,; t. XX VII, p. 5'|, et t. XXVIII, p. i7«. ro/r aussi Xomellf ^rtxàf de Phfsique^ ou Études sur les corps à l'état sphéroïdal ; Paris, l8^7.

(") Berger, Annales de Poggendorff, t. CXIX, p. Sy'i.

ÊVAPOBATION. - ÉBULLITION. ail-

la paroi chaude. Il en est séparé par une couche de vapeurs peu diatherraanes, et la chaleur qui les traverse suffit seu< nt à entretenir l'évaporation très-modérée que nous avons talée.

s vapeurs se dégagent irrégulièrement par la face inférieure lobule, le chassent et le promènent dans tous les sens, et !8 les fois qu'il a une grosseur moj'enne, il demeure sensient flxe; mais il éprouve des mouvements vibratoires qui gent périodiquement sa forme, et l'œil qui saisit seule- : l'enveloppe des contours successifs lui attribue la ligure polygone étoile.

ggendorff a constaté directement l'intervalle qui sépare le le du solide incandescent par une expérience de cours élégante (^S*. 53). Le courant d'une pile A de plusieurs élé-

Fij. 53.

s, dont l'un des pôles est en relation par la tige B6 avec le eduglobule (formé d'un liquide conducteur, l'eau ordinaire xemple], tandis que l'autre pôle est rattaché à la capsule e fil iv, n'est pas transmis à travers la couche de vapeur 'aise conductrice. On peut s'en convaincre en interposant

le circuit soit un galvanomètre, soit une sonnerie élecî. Le courant ne commence à passer que quand on laisse dir la capsule à une température assez basse pour que le le puisse la toucher.

peut aussi constater l'existence de l'espace vide entre plaque métallique chauffée au rouge et une goutte de >4.

2ia* CALORIMÉTRIE. - THÉORIE MÉCANIQUE.

liquide, en plaçant Tœil au niveau de la plaque, et regardant, par-dessous la goutte, la lumière émise par un objet brillant, tel qu'une fenêtre éclairée ou une flamme. On peut aussi répéter les expériences de M. Boutigny dans une capsule percée ou sur une toile métallique, sans que le liquide passe au travoi EnOn on peut en quelque sorte retourner les expériences qri précèdent de la manière suivante, indiquée aussi par M. Bottigny. Après avoir échauffé jusqu'au rouge une masse de ciiine suspendue à un fil métallique, on la plonge subitement dans m vase de verre contenant de Teau à 99'' environ. U n'y a poMl. d'ébullition, et Ton voit distinctement une enveloppe gÊum\ entre le métal et le liquide : cet état de choses persiste tamqtt la sphère n'est pas refroidie jusqu'à 140**; mais, aussitôt qu'i arrive à ce point, le contact se rétablit et l'ébullition sefaittori à coup avec une explosion si vive que le vase est souvent brisé.:

Il reste à expliquer pourquoi les liquides ne mouiUent pu les parois chaudes. Nous avons affaire ici à un phénomène a* pillaire. M. Wolf (*) a montré que si la température s'élève pif* gressivement, l'ascension de l'eau dans les tubes capilliini diminue, d'où il suit qu'elle doit devenir nulle et se changer ensuite en dépression. Par conséquent, le ménisque temmuL d'abord concave, devient ensuite convexe, comme pour lemw*» cure, ei les liquides cessent de mouiller les vases quand ib sont suffisamment échauffés.

Nous avons maintenant la clef de ces phénomènes, et le !«>• leur s'expliquera sans peine les expériences suivantes, q«t nous nous bornons à signaler.

Après avoir mouillé sa main avec de l'élher, on peut la plo»ger dans du plomb fondu et n'éprouver qu'une sensation df froid. On peut même, sans courir aucun danger de plus, passer le doigt à travers un jet de fonte de fer ou le tremper dam un bain d'argent en fusion, pourvu qu'on l'ait préservé cnk mouillant avec de l'acide sulfureux, et à la condition denep* prolonger l'immersion au delà du temps nécessaire pourrértporation de ce liquide.

Quand une chaudière à vapeur a été alimentée pendirt

(') Wolf, annales de Chimie et de Physique, Z* série, t. XLIX, p. ii>'

Fig. 5^.

ÉVAPORATION. - ÉBDLLITION. ai3*

nglemps avec de l'eau ordinaire ou de l'eau de mer, el qu'il est déposé à l'iniérieur une couche terreuse épaisse et peu inductrice de la chaleur, les parois métalliques doivent être Huffées presque jusqu'au rouge pour que la vapeur puisse I former, et si le dépôt vient à se briser, l'eau se trouve en Macl avec du fer surchauffé. Alors les phénomènes que Ms venons d'étudier se produisent, ' quantité de vapeur produite dimi- ■b; mais un danger d'explosion est ■linent ; car, lorsque la chaudière frefroidira jusqu'à i4o", une ébul- Im instantanée se développera, et te une telle énergie que les issues I sAreté deviendront insuffisantes.

flir montrer cet effet, autant qu'on tM le faire par une expérience inof- Mve, M. Bouligny a fait construire iB petite chaudière qu'on chauffe par pi lampe {fig. 54). Quand elle est (•fée vers 3oo ou 400", on y verse i Peau qui n'y bout pas, on la ferme •e un bouchon qu'on appuie forte-

Bn et on laisse refroidir. A r4o°, l'ébulUtion développe in- ■Htanément une grande masse de vapeur, et le bouchon est ifeté.

ÉDCLUTION.

jtiftmiTIOIl AD SEn BTSm MASSE LltmitE. — Introduisons au { d'une masse liquide une bulle d'air dont le volume est V, ■ la pression P à laquelle elle se trouve soumise. L'évapo- >ll du liquide s'effectuera par toute la surface de cette bulle % jusqu'à ce que la vapeur ait atteint à son intérieur la force Qque maximum F, correspondant à ta température de l'ex- Bnce. La bulle aura alors, sous la pression P à laquelle elle tture soumise, un volume V déterminé par la relation

PV=(P-F)V',

par la loi du mcl;inge des gaz et des vapeurs, p lume aura augmente dans le rapport =; — =-

L'expérience peut être exécutée racilement en îniP au milieu d'une masse d'eau <5diauJ cloche graduée contenant un ^oIuml de gaz. Si l'on fait croître la lemp^n par suîle U force élastique F, le vo augiuciite indénniment. four 1* — F. H lirait iiillni.

Dans ce dernier cas l'expérience qu'une série de bulles se dégage de de la cloche, et ce dégagement persi:

longtemps que l'on maintient la tem constante et pour si petite que soit la d'air introduite. La Jîg. 55 représen expérience sous la forme que lui a M. Gêniez ['] ; «ne bulle d'air de i" ainsi entretenir pendant vingt-quatre le dégagement de vapeur, et produi de Sooooo bulles de 5» de diamèue.

tBVIUTIOl DES USiUiiiES. — Le phénomène d'ébullitïc cielle que nous venons d'étudier se produit sponianéon le cas où l'on chaufTe un liquide dans un vase dont le n'ont pas été absolument débarrassées de toute trace par les procédés que nous indiquerons plus loin. Oii< donc que le liquide commence à bouillir à une teni[ fixe, qui est celle pour laquelle la force élastique nuud de la vapeur est égale à la pression H de l'atmosiAèr l'eau par exemple, cette température est de ioo%soiia sion de 760"™.

On remarque que tes bulles de vapeurse fonneoteoi points du vase, toujours les mêmes, et qu'elles gros^ s'élevant à travers la masse du liquide, comme cdl à d'après la théorie que nous avons développée dans i

(■} Cmn, jinHoia d* CkimU *l Jt Ptyrti^a*, S'iirie, t. ITiP-l^

ai5*

iphe précédent. Chaque point du vase où préexistait une bulle ir devient alors, au sein du liquide, un centre d*évaporan absolument comparable à la cloche de Texpérience de Gernez.

^on-seulement Tébullition commence à se produire à une opérature fixe, mais, pendant qu'elle se continue, la tempeure demeure constante. En effet, Tactivité de Tévaporation dt chaque bulle est le siège est réglée par la quantité de ileur reçue du foyer, de telle sorte que le liquide perde à ique instant, par son évaporation, une quantité de chaleur ictement égale a celle qu'il reçoit. Nous trouvons ainsi pour bullition les deux lois suivantes :

!• Sous une pression constante H, rébulUtion commence e produire à une température telle que la force élastique xximum F de la vapeur soit égale à la pression H suprtée par le liquide,

1** Tant que la pression ne change pasy la température ibullition demeure invariable,

Zes lois sont identiques à celles que nous a présentées le énomène de la fusion.

Tableau de quelques points d'ébullition.

toxyde d'azote —87 ,0

moniaque -34 ,0

ie sulfureux —10,0

er chlorhydriquo -t-i i ,0

er hypoazoteux 21,0

ie sulfurique anhydre. a5 ,0

fure de carbone 48,0

itone 56, o

er formiquc 56, o

»ol 79i7

er cyanhydrique 82 ,0

Acide azotique concentré. 86, o

Eau 100,0

Essence de térébenthine. 15;, o

Élher oxalique 184 ,0

Phosphore 290,0

Huile de lin 3 16,0

Acide sulfurique 325, o

Mercure 35o ,0

Soufre 440,0

Cadmium 860,0

Zinc 1040,0

teflLLmOI sous DES PBESSIOWS FAIBLES. — D'après Texplication ^cédente du phénomène de Fébullition, la température à uelle elle se produit doit monter ou baisser suivant que la

2i6* CALORMÉTRIE. - THÉORIE MÉCANIQUE.

pression augmente ou diminue (<). On le démontre comme fl suit :

Une cornue tubulée [Jig. 56), contenant de l'eau el munie d'un thermomètre A, est mise en communication par son col^ d*abord avec un tube entouré d*un réfrigérant B, ensuite tTec un ballon dans lequel plonge la cuvette d*un baromètre C. Un tube D, que Ton met en rapport avec la machine pneumatique, permet de faire un vide partiel dans l'appareil. Quand on

chauffe la cornue, rébullilion se fait à une température que Ton mesure par le thermomètre A, sous une pression qui est donnée par le baromètre C el qui demeure constante, puisque la vapeur se condense dans le tube B. On remarque alors que l'eau bout :

Aux températures. o", lo"

ao%

Sous les pressions. 5™",o 9""", 4 17"°, 3, 53""°, o i44""",o 76o"".

( * ) La première observation de l'abaissement de la température d'ébullitioQ arec la pression parait duc à Papin, inventeur du marteau d'eau (Aow^ expériences du vide, Paris, 167.'!); il montra que, dans cet appareil, l*éboIIi" tion de Teau se produit à très-basse température.

ÉVAPOBATION. - ÉBDLLITION. 217*

1 voit donc que l'eau peut bouillir à toutes les lempéralures mpri&es entre zéro et loo"; el en répétant la même expésoce avec d'autres liquides, on u-ouve en général ; 1° que le «nt d'ébuUition ctiange avec la pression ; 1' que, sous une esslon déterminée et consunte, il est ù\e ; 3° que la tempélure demeure invariable pendant tout le temps que l'ébulli- •D dure. On en conclut que l'ébullition est accompagnée ine absorption de chaleur latente.

On démontre dans les cours cette variation du point d'ébulli- ■n par une expérience beauup plus simple due à Frann('). On Tait bouillir de l'eau ns un ballon à long col assez igtemps et assez rapidement ur que les vapeurs puissent layer l'air que contient l'apreil; puis, après l'avoir boué, on le retourne dans un se plein d'eau {Jig. Sj). De 4e façon, l'air ne pourra int rentrer; l'eau sera conlue dans un vase où elle ne Dira d'autre pression que le de la vapeur qui lui est >erposée; elle cessera de lïlliret, peu à peu, elle se Dédira jusqu'à la lempérae ambiante. Si, pendant ce roidissement , on vient à cer des fragments de gjace

le sommet du ballon, on condensera la vapeur, on diluera la pression et l'on verra l'ébullition se reproduire à lute température. On peut aussi, suivant l'indication de

) FaAKiUn, Ltiirei philoiophiijuts, LX* lettre: cilép(irdeS>uuur<).£»ai jnr pvméirie. Eu. tll, $ 186. Fnnklin échauERiil h U main l'une dei boule* ■pparcil tonaé d'un tube mani d'une boule i. cbaque bout et eontenint lélange d'eau et d'alcool : une «ira êbullition se manlfeitait alora daua

2i8' GALORIMÉTRIE. - THÉORIE MÉCANIQUE.

M. Gernez (*), boucher le ballon, dont on aura chassé rair par une ébullition prolongée, à l'aide d'un bouchon mainteoant une petite cloche semblable à celle de la Jig. 55. L^ buOes de vapeur continuent à s'échapper de la petite cloche jusquà une température voisine de la température ordinaire.

ÉBULUnOH 80ÏÏ8 DES PBE88I0H8 tLEïtSBA. — On peut démontrer, avec un appareil analogue à celui de la fig. 56, que le point d'ébuUition monte en même temps que la pression, en comprimant l'air intérieur par le tube D au lieu de faire le vide. On trouve alors que si les pressions sont égales à

les températures d'ébullition deviennent

100**, iii%a, i2i**,4;

mais, si le point d'ébullition s'élève avec la pression, il demeure fixe quand elle reste constante ; la température estsutionnaire pendant toute la durée de l'ébullition, et toute la chaleur cédée par le foyer est absorbée par la vaporisation.

MARMITE DE PAPDI (2). — Comme conséquence de ces faitsjl sera possible d'élever la température de l'eau au-dessus df ioo'% et en général de tous les liquides au-dessus de leurpoini d'ébullilion, si on les enferme dans des vases résistants. La marmite de Papin réalise ce résultai. Elle se compose dun cylindre en laiton très-épais, fermé par un couvercle maintenu par une forte vis de pression [fig. 58). Ce couvercle est percé d'un petit trou A par où la vapeur pourrait s'échapper si un levier de sûreté CB chargé d'un poids P ne fermait son oritice. Quand on chauffe l'eau, la vapeur se forme peu à peu, ei, remplissant la chaudière, elle y exerce une pression qui augmente progressivement jusqu'à faire équilibre à l'effort exercé parle levier de sûreté. A partir de ce moment, la pression n'aug-

(') Cernez, Annales de Chimie et de Physique, 5* série, t. IV, p. 371. (") Papix, j4 new digestor^ London, 1681 el 1687. La manière d'amollir h os, Arasiordam, 1681 et i685

ÉVAPORATION. - ÉBDLLITION. ai»*

mente plus; chaque fois qu'elle tend à s'élever, la vapeur soulève la soupape et s'échappe ; chaque fois qu'elle diminue, l'orifice se ferme. Alors l'ébullition se fait régulièrement à une température constante et d'autant plus haute que le levier est plus chargé; quand on enlève brusquement cette soupape, un jel de vapeur s'échappe bruyamment dans l'air, et l'on observe à ce moment deux phénomènes sur lesquels il faut insister.

Flg. 58.

Le premier, c'est qu'on peut Impunément plonger la main dans le jet que l'on trouve d'abord à une température très-basse, mais qui s'échaulTe progressivement jusqu'à loo" à mesure qu'il se ralentit; le second, c'est que la température de la chaudière, qui était à l'origine à 130 ou iBo", baisse très-rapidement jusqu'à 100°. Ces deux faits nous montrent que la vapeur en se formant et en se dilatant absorbe de la chaleur latente, puisqu'elle se refroidit en s'échappant et qu'elle refroidit également la chaudière.

7BË8EITÉ8 PiB LES ftETSEU. — L'expérience sui-

aao* CALORIHfiTRIB. - THÊORfB HËCAKIQUB. TSDtei due i M. Tyndall ( < ], offre une curie la nriation de la températttre d'ébuUitioo avec la preariop. Di tube B de a" de haut et sulSsaniiimit ëtroH Ifig. %] M

rempli d'eau chaude et surmonié d'un bassin CD. On le chiufffc par le bas à l'aide d'un fourneau B. La température nécessaire pour provoquer l'ébullilion en B est supérieure k loo", puisque la pression en ce point est d'environ i**~,35; comme d'ailleuis

(') TnuLL, La fhalf-Hri

ÉVAPORATION. - ÉBULLITION. aai*

la chaleur est fournie par le bas, et que le refroidissement ne peut s'opérer que par la surface libre du bassin CD, la distribution ies températures dans la colonne liquide doit èXve décroissante ie bas en haut. Cest ce qu'on pourrait aisément vérifier par l'expérience.

Dès que la température d'ébullition en B est atteinte, une bulle de vapeur se forme et soulève le liquide : l'équilibre est brusquement rompu dans toute la colonne, et la température ie chaque goutte d'eau se trouve supérieure à la température d'ébullition normale à la hauteur où elle se trouve actuellement portée. Il en résulte une production de vapeur si abondante que la majeure partie du liquide du tube est projetée à l'extérieur, et forme un jet d'eau bouillante qui retombe dans le bassin. L'eau plus froide de celui-ci rentre dans le tube, et l'ébullition cesse brusquement pour recommencer peu de temps après, entraînant une éruption nouvelle.

Celle expérience a été imaginée à l'imitation des phénomènes [jui se produisent réellement à l'intérieur des geysers de l'Islande. M. Bunsen ( < ) a étudié ces singuliers puits naturels avec le plus grand soin, et a eu l'heureuse fortune de pouvoir opérer, peu de temps avant une éruption, un sondage thermométrique sur lequel il a établi sa théorie des geysers. Ce sonlage avait montré dans la distribution des températures un accident local, celui d'un maximum relatif de température en un certain point plus voisin du fond du puits naturel du geyser que de sa surface. Voulant reproduire jusqu'aux moindres iétails, dans sa démonstration expérimentale, M. Tyndall a cru devoir ajouter à son appareil le fourneau M, destiné à imiter le maximum de température accidentel.

BETABD DE L'ÉBULLITIOH. — La théorie de l'ébuUition que nous avons indiquée a été proposée pour la première fois par de Luc (2), et établie définitivement par les expériences de

(*) BuitsE!! (voir Tyndall, La chaleur, a* édit., p. laa); Annales de Poggendorff, t.LXXIl, p. i5g; 1847. (Extrait d'une relation de son Toyage en Islande

en 1846).

(•) De Luc, Recherches sur les modifications de l'atmosphère, a* édit., t. IV,

M. Gernez (*). Pour expliquer la formation des bulles de vapeur, celle ihéorie fail intervenir la présence d'une bulle d'air dans laquelle s'effectue Tévaporation. Voici comment M. Gernez a démontré la nécessité de la présence de cette bulle.

A Taide d'une cloche inclinée, bien purgée d'air (fig, 60) J saisit au passage une bulle de vapeur. Celle-ci va se loger à la partie supérieure de la cloche, et devient aussitôt un centre d'évaporation et le point de départ d'un nombre indéfini de

Fig. 60.

bulles. Si l'on cesse de chauffer, Tébullition ne tarde pas à s'l^ réier et l'on constate, au sommet de la cloche, la présence d'une irès-pelite bulle d'air.

On conçoit d'après cela que, si l'on prend les précautions les plus minutieuses pour éviter la présence de bulles d'air au sein (lu liquide que l'on chauffe, l'ébulliiion cessera de se produire à la lempéralure dite normale.

Les retards de rébullition constituent un phénomène connu depuis longtemps des physiciens. Tandis que l'eau boul, en général, à 100° dans un vase métallique, elle n'entre jamais en ébullilion à celte température dans un vase de verre. Paf exemple Marcel (2) a obtenu rébullition de l'eau à ioj*», en rinçant à l'acide sulfurique le ballon de verre qui servait à ses expériences. D'autres physiciens ont observé un retard delébullilion bien plus considérable. Nous citerons plus parliculié-

(*) Gkrxez, yénnales de Chimie et de Physique, 5* série, t. IV, p. 335. ( ' ) MàRCET, Sur quelques circonstances qui influent sur la tempêratvrt ds point d*ébullition des liquides {Bibliothèque universelle, t. XXXV Ul, p. 38S;

ÉVAPORATION. — ÉBULLITION. aaS*

ent les expériences classiques de Donny ( < ) et de H. Du-

[. Donny, de Gand, introduit de Teau dans un tube analogue marteau d'eau (Jig. 6i) et dont les parois intérieures sont /len décapées par un lavage à Tacide sulfurique. En faisant tx>uillir Teau pendant longtemps, on la purge de gaz et Ton chasse Fair par l'extrémité B, que Ton ferme ensuite à la lampe d*émailleur. L'extrémité A est alors chauffée dans un bain de glycérine, et la température s'élève jusqu'à i37*>, sans qu'on observe autre chose qu'une évaporation active, sans ébulli-

Uon. Mais à 1 37*' il y a rupture brusque de la colonne liquide; une partie est projetée dans les boules B, et l'explosion peut briser le tube.

Ces phénomènes prouvent que les bulles de vapeur qui produisent l'ébuilition ne se forment qu'à une température trèsélevée au contact d'un verre bien décapé. De Luc (') était autrefois parvenu à surchauffer de l'eau au sein d'une masse d*huile, à la température de i4o*^, sans produire l'ébuilition. M. L. Dufour a réalisé, d'une manière plus complète, une expérience identique en principe à celle de de Luc. Un mélange d'huile de lin, de densité 0,93, et d'essence de girofle, de densité i,o5^ en proportions telles que la densité moyenne soit celle de l'eau vers 1 00°, est chauffé uniformément par une gatne d*air chaud, jusqu'à i^o"". Alors on y laisse tomber une goutte d'eau qui, étant plus lourde parce qu'elle est froide, va au fond, où elle se réduit en vapeur et en gouttelettes qui remontent dans le bain d*huile. Or on trouve qu'elles s'y maintiennent en équilibre à l'état liquide et sans bouillir à des températures qu'on peut élever progressivement jusqu'à 178**, et peut-être même jusqu'à ^oo*'.

(• ) DOHXT, Cohésion des liquides et leur adhérence aux corps solides {Annales de Chimie et de Phjrsique, 3* série, t. \VI, p. 167; 184^.

(•) DoroOR, Recherches sur l'ébuilition des liquides {Archives des Sciences phjrsiques et naturelles ^ t. XII, p. 3 10; 1861).

(•) Di Lcc, Introduction à la Phjsique terrestre ^ p. gS; Paris, i8o3.

On sait que la température d*ébullîtion d*un liquide s'abaisse quand sa pression diminue. Or M. Dufour a pu abaisser la pression jusqu'à i5o"*"dans un vase contenant de Teau acidulée chauffée à 75®. Sous cette pression la température d*ébullitk)a de ce liquide est de 60''; c'est donc comme si Ton avait surélevé de 60 à 75<>, sans déterminer Tébullition, la température d'oi liquide bouillant à 60** dans les circonstances de l'expérience. Ce qui nous reste à dire ajoute un intérêt de plus à rexpérienoe: c'est qu'en dégageant subitement des gaz au sein de l'eau, pv un courant électrique qui passe entre deux pointes de platioe, on détermine tout à coup l'ébullition du liquide.

Pour réaliser facilement des expériences de surchaoft, M. Gernez recommande le procédé suivant : « On prend 01 tube cylindrique fermé, et on le laisse séjourner pendant Tîn^ quatre heures dans une lessive de potasse; on laisse égouUer, puis on fait passer par aspiration de l'eau distillée bouininle jusqu'à ce que toute la potasse adhérente ait été entraînée, ce qui arrive après quinze ou vingt lavages ; on laisse égoutter et on lave à l'alcool absolu chaud, pour faciliter la dessiccation (h tube ; enfîn on chauffe le tube au rouge sombre dans la flamme du gaz, et l'on s'en sert pour obtenir des tubes plus courlsque Ton ferme à la lampe et que Ton conserve à l'abri des poussières atmosphériques. De plus il est nécessaire de s'assurerau préalable que le liquide ne contient pas de parcelles solides; on peut les éliminer soil en fillranl le liquide, soit en le distillant de nouveau, et en le recueillant dans des vases parfaitement nettoyés. La manière d'introduire le liquide dans les tubes n'est pas indifférente : il convient de le faire arriver par le bas au moyen d'un large entonnoir, ou, plus simplement, en le ve^ sant \c long de la paroi, de manière qu'il glisse au fond sans emprisonner l'air des tubes. Enfin, il est indispensable de chauffer les tubes au bain-marie : le chauffage à feu nu présente en effet le grave inconvénient de pouvoir porter les liquides par points à une température supérieure à celle qu'ils peuvent supporter. Dans ces conditions, des liquides qui à feu nu entrent très-facilement en ébullition, tels que Tesprit-^ebois ou le sulfure de carbone, supportent sans bouillir la température de 100°, bien qu'à cette température la force élastique

ÉVAPORATION. - ÉBULLITION. aaS*

-de-bois soit de 3»"»,i6, et celle du sulfure de carbone . »

un liquide est surchauffé, il suffit d*y introduire un ine forme quelconque pour que Tébullition se maniiitôt d'une manière tumultueuse. C'est en quelque ;rme indispensable, remplaçant le petit corps solide que la solidification d'un corps surfondu. M. Gemez à l'aide d'une petite cloche inclinée, une bulle d'air ible au sein d'une masse de liquide surchauffé. Si Ton des yeux une bulle qui se dégage de la cloche, on la îr d'une manière monstrueuse, à mesure qu'elle s'éitteindre jusqu'à 8000 fois son volume initial avant a la surface libre. Chaque bulle qui se dégage est née d'un violent soubresaut.

DES C0BP8 SOLIDES. — Pour provoquer l'ébuUition ise d'un liquide surchauffé, il suffit d'y introduire 3olide non purgé d'air, tel que fils de platine, limaille ;, etc. Ces corps agissent en introduisant au sein

l'air nécessaire à l'ébullition. Pour leur faire perdre ité, il suffit, d'après M. Cernez, de les maintenir {uelque temps dans l'eau en ébuUition, de laisser

température s'abaisser jusqu'à ce que l'ébullition de chauffer de nouveau, de manière à produire un >mbre d'alternatives. Dans ces conditions les fils de les corps poreux, tels que mousse de platine, char- , perdent tout pouvoir de provoquer fébullition. t a exécuté à cet égard les expériences les plus vavé tous les doutes. Il a ainsi mis à néant l'ancienne jne action propre des corps solides, habilement déns ces derniers temps par M. Tomlinson (<).

B L'AIR DISSOUS. — Pour que l'ébullition se produise, irésence effective de l'air libre. Ainsi on pourra, sans * l'ébullition, surchauffer de l'eau contenant de l'air

isox, Historical Notes on some Phcnomena connected with the Boi* ds {Philosophical Magazine, 4* série, t. XXXVII, p. i6i) ; On the For' ibbles of Gaz and of Vapeurs in LiquitU {ibid,^ t. XXXVIII, p. ao/|)<

alorimétrie, — H. a* faw. i5

aaG- CALORIMÊTRIE. - THÈOHIE MÉCANIQCE. dissous jusqu'à ce que le solution sursaturée déf^ge>{ ((u'elle contieiil; alors seulement le gaz devenu /(M voque rébullitton. •]

Les actions mécani((»e3 qui peuvent Taire dégager l«»| leur solution sursaturée produisent aussi, [tar contre l'ébullitjon des liquides; mais, d'après M. Gemei, seQ d'une manière indirecte. Par exemple en frottant (/ff4

bAlon de verre dans une petite cloche, au milieu de b i liquide, on provoque le dégagement du gaz, et l'ébulfiti est la conséquence immédiate.

TEntRATlIBE DE L'ÉBTIUJTIOH. — Ainsi l'ébullilion, pc à partir d'une certaine température, peut ne commenci produire qu'à une température beaucoup plus élevé«, > n'a pu déterminer expérimentalement la limite supériei delà de laquelle elle ne saurait être retardée [').

(') NuuaTerroiia p»r !■ tuile (voir une eii*l«nc« réelle, et qu'on peut ei

i47*) qne cette limite ■ pnU lier ipproiinuliTemeal la nln

\ fois l'ébullition provoquée, la température du liquide . Si Tespace offert à l*évaporation intérieure est indéfi- 1 grand, comme quand on projette en abondance une [ère métallique dans le liquide surchauffé, l'abaissement npérature est presque subit, et Téquilibre entre la cha- 3çue et la chaleur dépensée ne peut s'établir qu'au voisiextrême de la température minimum d'ébullition. Il n'en s de même quand la vapeur ne peut se former qu'en un etit nombre de points; car il faut alors, pour qu'il y ait 3re, que Tévaporation en ces points soit très-rapide, ce î peut avoir lieu qu'à une température élevée. Ainsi s'ex- ! le fait connu que, dans des vases de verre nettoyés avec la température fixe d'ébullltion de l'eau est en général ieure à 100°.

/apeur d'un liquide surchauffé se trouve, au-dessus du 5, a la pression atmosphérique. Elle se refroidit, en se it, jusqu'à la température minimum de l'ébullition. à la nécessité reconnue de déterminer le point 100 des omètres en plongeant leur réservoir, non dans l'eau inte, mais dans sa vapeur, et à une distance de plusieurs lètres de la surface libre.

UinOH DES SOLUnOHS SALQIES. •— D'après ce que nous s déjà (!"• Partie, p. 23i) relativement à la force élastique lum des solutions salines, celles-ci ne peuvent commen- »ouillir qu'à une température supérieure à la température lition normale de l'eau. Les résultats suivants se rapit aux expériences de Legrand (*j sur diverses solutions 3, et n'ont, bien entendu, qu'une valeur toute relative.

EGRAND, Annales de Chimie et de Physique, 2* série, t.^LIX, p. 4^6.

228* GALORIMÉTRIE. - THÉORIE MÉCANIQUE.

Èlés^ation de la température d^ébullition au-dessus de ioop.

Alévation de température.