COMPRESSIBILITÉ DES LIQUIDES
Comprcssibilité des liquides. — Expériences d*CErsted. — Nécessité d'une correction due à la comprcssibilité de Tenveloppe. — Expérience de Colladon et Sturm. — Expériences de Regnault, de M. Jamin. — Tableau des coefficients de compressibilité des liquides.
C0HFBE88IBILITÉ DES UfliUIDES. — Tous les corps changent de volume par !*effet de la compression; considérable dans le cas des gaz, la variation de volume est presque insignifiante pour les liquides et les solides, et son élude est hérissée de toute espèce de difficultés. Au point de vue théorique, la compressibilité des liquides est relativement simple, parce qu'elle s'exerce également dans tous les sens, tandis que les solides so déforment sous Tinfluence des actions mécaniques qui leur sont appliquées; mais, pratiquement, les liquides ne peuvent <Hre étudiés qu'au sein d'enveloppes solides, aux parois desquelles ils transmettent les pressions qu'eux-mêmes supportent, et l'on n'observe directement qu'une variation de volume apparente résultant à la fois de la compressibilité du liquide et de celle du vase. Pour obtenir la compressibilité réelle, il faudra donc étudier l'élasticité des solides qui forment les vases et défalquer de l'effet brut observé la part qui revient à la déformation de l'enveloppe. Dans ce qui suit, nous supposerons celle-ci connue ; nous verrons plus tard comment on se procure les résultats dont nous ferons usage.
DSTORIflinE. — Tout le monde sait que les académiciens de Florence ont cherché à constater la compressibilité de l'eau sans pouvoir y réussir. Ils prirent un tube de verre deux fois recourbé en forme de siphon et terminé par deux sphères
lao PHYSIQUE MOLÉCULAIRE.
creuses pleines d'eau; le tube intermédiaire contenait de Tair, et tout était hermétiquement fermé. On chauffa l'une des sphères, ce qui produisit de la vapeur et comprima le liquide contenu dans l'autre; mais on ne vit aucun abaissement du niveau. La vapeur, en effet, devait se condenser dans la partie froide et augmenter la quantité du liquide en même temps que la pression en diminuait le volume; si les physiciens del Cimenio avaient eu la précaution d'isoler ce liquide par une couche d'huile, ils auraient probablement constaté le fait qu'ils avaient soupçonné. Ils ont ensuite comprimé l'eau par une colonne de 24 pieds du même liquide, mais sans voir aucune diminution de volume. Enfin ils ont soumis à une pression énergique une sphère creuse d'argent qu'ils avaient remplie d'eau, et l'on sait que le liquide filtra. Ces expériences firent d'abord penser que l'eau n'est pas compressible.
En 1761, John Canton (* ] employa pour la même recherche un appareil mieux conçu, formé par une sphère surmontée d'un tube capillaire et qui ressemblait à un gros thermomètre. On le remplissait d'eau, et après l'avoir chauffé on fermait la pointe à la lampe. Par le refroidissement le niveau baissait jusqu'à un point qui restait fixe à une température invariable, et le vide était fait dans l'appareil. On cassait alors la pointe du tube, et la pression atmosphérique, en agissant subitement dans l'intérieur, faisait brusquement baisser le .sommet du liquide; or, cet effet résultait de deux actions : la première était la compression de l'eau, la seconde l'agrandissement du vase. Pour mesurer cet agrandissement, Canton faisait le vide autour de la sphère, ce qui diminuait de i**" la pression extérieure et devait produire à peu près la même augmentation de la capacité du vase; il mesura l'abaissement du niveau produit dans cette nouvelle expérience, le retrancha de celui qui avait été observé dans la première, et la différence exprima la compression éprouvée par le liquide. Canton démontra par là que l'eau est réellement compressible. Perkins [^]
(') John Caî<ton, Experiments ta prove that w^ater is not ineompressihle {Phil, Trans., t. LU).
(') Perkink, Phil. Tra/is., t. LXXII, 1820.
EXPERIENCES D'CERSTKn. lai
conllrma celte conclusion par des expériences exéculées sur une ^ande échelle, et depuis tors on admit le fail; il ne restait |iUis qu'à faire des expériences précises pour mesurer la compressibilité des diverses substances, mais sur ce point il y avait de grandes difficultés à surmonler.
EXPÉBIEIICES S'ŒBBTED. — OErsted (' ] construisit dans cette intention un appareil i|ii(' l'un nomme piézométre. C'est, comme rinslrumeni de IJanton, un large réservoir G [fig-^') surmonté d'un tube capillaire 0, qui reste toujours ouvert et se termine par ''^' "■'
un petit entonnoir. Ce tube est bien cylindrique, et l'on a iracé à l'avance dans toute sa longueur des divisions équidistanles. 11 faut avant tout graduer cet appareil, c'est-à-dire mesurer sa capacité totale et celle de chaque division; on le fait par une méthode qui est générale et que nous allons décrire une fois pour loules.
On pèse le tube vide, puis on introduit du mercure dans l'intérieur.
Mais, si l'on essayait de verser ce liquide dans le vase, il n'y pénétrerait pas, parce que le tube est très-fin et que l'air intérieur soutiendrait le mercure; il faut alors commencer par chauffer le réservoir, puis retourner la pointe, la plonger dans le mercure et
attendre que le refroidissement, en contractant l'air, fasse numier le liquide. On répète ensuite celte opération autant de (o\]i que cela est nécessaire pour remplir la totalité du vase. IJuand on y est parvenu, on laisse la pointe dans le mercure et l'on refroidit le tout en l'entourant de glace. Au lioul de dix minutes, on enlève l'appareil qui est plein de mercure a u", on ie pèse, on reiranche du poids total P celui du tube vide p, et
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PHYSIQUE MOLÉCULi\
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le verre épais» soutenu et mastiqué fc»" et terminé en haut par une douille u aoroduitreau par un tube à robinelB, ^ne. quand l'appareil est plein, par un cui .Avs fermer le robinet B, puis baisser vide autour de Iîi .^^ ituM vis de pression C. En descendant, sion extérieure r>^^' ^iM^i l*ur qui est au-dessus de A, puis il mentation de la .^c*ii<Wpet.s*il continue de descendre, il te
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EXPÉRIEiNCES U ŒRSTED.
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volume qu'il éprouve mesure celte pression elie-mdme. On a ainsi d'une part la pression P <]ui comprime le liquide, de l'autre la diminution u de volume qu'il éprouve. En divisant la contraction w par le volume V et par la pression P expriméo en atmosphères, on a ce qu'on nomme le coefficient moyen lie compressibilité apparente.
OErsled trouva que ce coeflicient est égal à rÈins"inïif pour l'eau; il prit ce résultai comme exprimant la compressibililé vraie de ce liquide. Voici comment il raisonnait : puisqu'il est soumis à la même pression sur ses faces interne et externe, le piézomètre ne doit pas changer de capacité, ou, s'il change, ce ne peut être que par la diminution d'épaisseur de l'enveloppe, el elle doit être insensible. CErsted se trompait. En effet, supposons qu'au lieu d'être creu\ el rempli deau le piézomèlre contienne un noyau de verre faisant corps avec lui. Au moment où on le comprimerait, il recevrait la pression par l'extérieur, la transmettrait au noyau, qui diminuerait de volume d'après les lois de la compressibilité cubique, et la capacité intérieure de l'enveloppe décroîtrait de la même quantité. Ainsi, dans le cas hypothétique que nou» examinons, le noyau recevrait la pression de l'enveloppe, et, après s'être conlraclé, réagirait sur elle avec une force égale; cette enveloppe serait donc comprimée de l'extérieur à l'intérieur et de l'intérieur à l'extérieur par la même pression. Or, quand elle est pleine d'eau dans l'expérience d'OErsted, elle est soumise aux même.s actions, et par conséquent elle se conduit de la même manière, c'esi-à-dire que sa capacité diminue comme le ferait le volume d'un noyau de verre qui la remplirait el serait soumis à la même pression. Voici dés lors les conditions de l'expérience d'i^rsied. Appelons V la capacilé du piézomèlre, P la pression, X. le coenîcienl de compressibilité de l'eau'; la diminution de volume qu'elle éprouve est kPV : c'est celle que l'on observerait si le vase était invariable. Mais, d'après le raisonnement qui précède, la capacité du vase a diminué d'une quantité que nous exprimerons paraPV, ce qui fait remonter d'autant le niveau de l'eau, et, ia contraction observée étant u.
„ = xPV — «PV
PHYSIQUE IIOI est la capacité do rUi-
mercure h a".
En chauffant un peu l'ii peu (le mercure, et l'on n qui amène le niveau vis-ii Ton note. On a donc dm dans une portion de h on pèse de nouveau .
lin) observe, et pour »voiri
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Ijrectemeiu. OErstcd n'en ijim
-11* ne sont point exacts.
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■ lit commise OKrsted et vuuluremb
..-rs les expériences avec un apparei
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V MI .A'g-. GS', disposé ci gradué comme celui formé dans un tube lar^e et épais DCfï, <|ui éui> cl diuis lequel on exerçait la pression; toute I* i<i>toi'n ce i|ue le nouveau piézomèlre élailho-
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