o -WT H

la vapeur d eau a ^^ ; on aurait i^*^, o . V . — g. ^ . pour

le poids du volume proposé , s'il n'était rempli que d'air

sec ', mais il 7 a une portion de cet air, laquelle pèserait

F 267 i''',3. V. —g- ^ 1 .> qui est actuellement remplacée par

de la vapeur ne pesant que les | de ce poids *, on aura donc

pour le poids cherché is% 3. V. -f— fr"* ^ * ' ou

bien i , 3. V. ^ ^, . — — S— * ' 267+1 ^fl^

Si l'air atmosphérique est saturé de vapeur lors de la détermination du poids d'un corps , Texpression précédente donne la correction qu'il faut ajouter à la pesée obtenue, pour en déduire le poids du miême corps dans le vide. Mais l'air n'étant presque jamais saturé de vapeur, il faut encore une autre di^nnée, dans les circonstances ordi* uaires, pour évaluer exactement la correction du pokb^

VIHQO'-UNIÈME LEÇON. 4??

La formule précédente indique que sq|bis 1« inéia;i^ volume et la mémef rcyssion , une portion dVir atmosphérique doit être d'autant moins pesante qu'elle contient plus de vapeur d'eau. Il suit de là que si , par des circonstances particulières, une partie linùtée de l'atmosphère vient à se saturer de vapeur, son poids devenant moindre, la pression barométrique observée au-dessous d'elle doit diminuer *, ainsi^ toutes choses ëga^es d'ailleurs, le baromètre dent être d'autant plus bas, dans un lieu donné, que l'air est plus chargé de vapeurs; d'autant plus haut au coBtraire que Tair est plus sec. Mais plusieurs causes très différentes peuvent occasioner des viinations dans la pression atmosphérique , et c'est ce qui ne permet pas de prédire, avea certitude, de la pluie quand le baromètre baisse , ni du beau ten^s lorsque le baromè«tre moule.

332. Quand la vapeur dont otL veut mesurer la densité Procédé est celle d'un liquide qui ne bout qu à une température de M. Dumai. beaucoi|ip supérieure à loo"" , le procédé ^e M. Gay-L^ssac exige que lemanetion contij^nne une huile fixe. Mais au^elà de 200® ce liquide se colore, et Ton ne peut plus voir ce qui se passe dans l'éprouvette -, il faut alors avoir recours à un autre procédé, imaginé par M. Dumas. X'appareil ^^ p^j , g compose d'un ballon d,e verre , dans lequel ou met une certaine quantité de la substance solide ou liquide qui doit former la vapeur ^ après en avoir effi)é le col à la lampe , on le dispose dans un bain, d'huile , de mercure, ou d'un pliage fusible si l'on a besoin d'une température très élevée, afin qu'elle soit supérieure à celle de l'ébullition de *la matière introduite. Cette matière entre alors en ébullition *, sa vapeur chasse l'air , et quand il n'y a plus de liquide en excès, ou que le jet de vapeur cesse d'êtrtî

47B COURS DB PHYSlQtp.

aperçu , .on fewme roiïvevlure à la lampe , et 00 laisse refroidir le ballon.

La température t du bain est connue. Le baromètre

4onne la pression atmosphérique H *, V ëtant le nombre de

litres qui représente la capacité du ballon à o^ ^ et qu'uB

Il jaugeage préliminaire a fait connaître , cette capacité doit

^ être V ( I + Aï ) à «® -, t étant le coefficient moyen da dîla-

i tation du verre entre o** et t^. Enfin en retranchant du

poids du ballon refroidi , celui du même vase vide de toute matière pondérable déterminé par des pesées antérieures , on obtient le poids P de la vapeur qui occupait le volume y(i-{-Ait)yàla température t et sous la tension H. On a ainsi toutes les données nécessaii:e8 pour évaluer la densité cherchée^ ^u ihoyen de la formule du § 33*. Parmi les nombreux résultats cpie M* Dumas a obtenus au moyen de ce procédé , et qui Tout conduit à des découvertes importantes en chimie , il convient de citer ici la densité de la vapeur de mercure, qui est 6,976, celle de Tair étant prise pour unité.

Volume 333. Il est facile de déduire de la denfité de la vapeur do^né d'un liquide , rapportée à celle de Tair , le volume que ds vapeur, j^j^ occupcr Un poids donné de cette vapeur à une cer- ' taine température. Soit proposé , par exemple , de trouver

le volume d'un gramme de vapeur ..d'eau à 100** , ayant sa

tension maxima. Puisqu'un litre d'air sec , sous la pression

; de o",76, pèse i*%' 3 à o" , et par suite ||y i«^', 3 à ioo%

^ un litre ou mille centimètres cubes de vapeur d'eau à ioo%

et au maximum de tension pèseront les | du dernier poids ^u ô i|i iffr^3. On conclut de là qu'un gramme de cette* vapeur occupe |. Hf. -^p- ou à très peu près 1700 centimètres cubes. Ainsi un gramme d'eau , qui à la tempéra-

vmaTHDiTiiitB leçon. 47d

tare du matiaiium de condensation de ce liquide occupe on centimètre cube, peut saturer , à F^tat de vapeur à 1 00*, un espace 1 700 fois plus grand.

334- Si les formules relatives aux gaz étaient rigoureu- je iTderwité sèment applicables mis. vapeurs à saturation , il sufttait d'à- ^^ vapeurs. voir déterminé la densité de la vapeur d'un liquide , à une température et sous une pression particulière , pour pouvoir conclure de la table de ses tensions , la densité de cette mâme vapeur saturant un espace limité à toute autre température. Mais 3 y a de fortes raisons deoroire que les vapeurs suivent dans ces circonstances des lois particulières et encore inconnues ( § 3^7 ). D'après cela on ne doit voir qiie des résultats plus ou moins approchés , dans les nombres obtenus par les physiciens , p oar représenter constamment les densités des vapeurs de différens liquides, en prenant pour unité celle de l'air à la même température et sous la même pression. Il peut se faire que la densité de la vapeur d'un même liquide , exprimée de cette manière ». soit réellement variable. La découverte de la loi que suit cette variation est une lacune qui reste à remplir dans la théorie physique des vapeurs^ complétée par cette découverte, elle parviendra sans doute à démêler complètement les circonstances qui limitent ou accélèrent la formation de la vapeur, et qui produisent des phénomènes dont on n'a pu encore se rendre compte , tels que les explosions des chaudières. 335. Lorsqu'un corps change d'^état, il y a toujours disparition ou dégagement d'une certaine quantité de chaleur, sans que la température du corps augmente ou diminue. La portion de chaleur absorbée ou cédée dans ces circonstances est appelée chaleur latente ; on conserve le nom de chaleur sensible à celle qui peut agir sur les sens ou faire

Chaleur

latente et

chaleur

sensible.

varier la tempëratnre. Ainsi la chaleur latcttle est exchtsivcment employée à exercer des actions mécaniques sur les particules pondérables , qui les déplacent et modifient leurs conditions d'équilibre. On doit admettre ^ ien partant de ce point de lue général , que la chaleur qui pénètre ou aban* donne un corps , lorsqu^il passe d*une température à une autre ^ se compose de deux portions distinctes, Tune sensible qu*exigerait la variation de température sans changement de volume , et rautre latente qui produit les dilatations ou les conthictions observées.

Les chaleurs spécifiques des solides et des liqpiides , piesurées ou comparéts par les procédés que nous avons indiqués 9 ne sont relatives qu^à la somme de ces deux portions -, on ne possède pas encore de moyen direct de les évaluer séparément. Si cette séparation pouvait être faite par des recherches expérimentales , on parviendrait sans doute à démêler les lois réelles de la dilats^oa par la chaleur des corps solides et liquides. Il est probable que la loi d^égalité des chaleurs spécifiques des atomes, trouvée par MM. Dûlong et Petit, ne s'applique rigoureusemi^it qu^à la portion de chaleur sensible , et <jue celle latente varie avec les masses des dernières particules , et avec les intervalles qui les séparent.

La tiiéorie physique des fluides élastiqdes est plus avancée 9 sous le point de vue dont il s^agit , «pie ceUe des so*. lides et des liquides -, car d,es moyens indirects , que nous exposerons par la suite y ont permis d'évaluer séparément les quantités de chaleur sensible et latente qu'exige le changement de température des gaz. En efiet, le calorique spécifique sous volume constant d'im gaz est uniquement composé de chaleur sensible \ celui sous pression constante

VlNGT-ÙNlfeME LEÇON. 4^ '

comprend à la fois la chaleur sensible et la chaleur latente ; or certaines expériences sur le son donnent le rapport des ^eux caloriques spécifiques d*un même gaz -, le second étant mesuré directement on peut conclure facilement le premier y et par raite leur différence.

336. La chaleur latenfii absorbée ou dégagée lors dtt. i^p^ple^de changement d^état d'un corps , est p^ facÛe à constater fusion, et à mesurer directement que celle qui se trouvé mélangée a?ec la chaleur sensible , lors des variations de densité. Lorsqu'on fait fondre dfi ia glace , de la cire , des métaux ou leurs alliages , en exposant ces corps à un foyer très , actif, si Ton » soin d'agiter les liquidés qui se forment jus-^ qu à ce que toutes les parties solides soient fondues , on ob* serve toujours que la température du bain reste constante pendant toute la durée de cette opération. La chaleur que fournit alors le foypr y et qui est em{>loyée à produire le changement. d'état, est ce qu'on appelle chaleur latente de fusion.

Si Ton expose à la température ordinaire, de to à i5" , deux vases égaux , l'un rempli d'eau à o" , l'autre de glace fondante , et que l'on plonge un thermomètre dans chacun d'eux, on observe que la température du matras rempli d'eau s'élève graduellem^ht jusqu'à ceUe des corps environnans, tandis que le thermomètre du vase qui contient la glace fondante indique toujours o^ Si là température à laquelle deux vases égaux. sont exposés, est de quisiques degrés au-dessous de zéro , et que l'un d'eux contenant de l'eau pm'e à o** , l'autre soit;rempli d'eau 'pareillement à o** mais tenant en dissolution des substances salines qui puissent empêcher. .sa congélation, on observe que le thermomètre placé dans le premier vase reste constamment à zéro

48*4 COVR& DE PHYSIQUE.

et qu'il s'y forme de la glace 9. tandis que la température dii second s^ahaisse progressivement. Ces faits prouvent r évidemment qu'il y a absorption de. chaleur sensible lorsque-le corps, passe de Tétat solide à Tëtat liqnîde , et inversement qu'il y a dégagement de chaleul?^oraqu'wi liquide se solicUfie. . # MflMw^de 33^. Pu peut étaluer la quantité de chakur qsi e$t

latente gl^fa absocbéc ou 4égagee , ea mêlant le corps dans lequd

de la glace. . 1 / « î i

on observe ce phénomène avec une autre substance , dans des circonstances telles et avec un tel rapport des masses qu'il ne* pmsse en résulter pour ce dernier corps aucun ^bangement d'état. Nous prendrons toujours pour unité da cbalçur » celle capable d'âever d'un degré (pentrigrad^ la température de l'unité de poids d'eau pure.. P<|ur obtenir la chaleur latisnte de fusion de l'eau solide, on pourra pl0nger la glace dans une masse d' eau asse« grande , et d'une température assez élevée , pour qu'elle puisse fournir toute la chaleur nécessaire à la fusion de la glace , sans s'abaisser au degré de congélation.

ÇupposonSy par exemple^ qu'en mélangeant % kilogrammes d'eau à So"" avec i kilogramme de glace pilée à o"", on ait obtenu, après la fu^ou de la glace, 3 kilp'grammes d'eau à iq*" seulement^ en sorte que 100 des unités de chaleur contenues dao^ le mélai^e aient été rë« 4i4tes à 3o, lorsque toute la glace aura été liquéfiée, on 0n'CÇXK:lura que les 70 unités de chaleur sensible perdues auront été absorbées par le passage de la glace à .l'état hr' quid^. Quand cette opération est faite avec soin et précision, et corrigée de la chaleur communiqitée au vase et is celle perdue par le rayonnement, on trouve ^5 unités pauc la chaleur latente absorbée pendant la fu^n de l'unité de

ymGT-UNlÈME LEÇON.' * ^83

poids de glace. Oa n a pas encore obtenu de résultats exacts qui fassent conDiaitre la cHaleur employée à l'état latd^t lors de la fusion d'autres si]|bstances.

Génëralement : soit M une masse d'eau » à une tempë-^ ratxixe {urimitive T^ que l'on mélange avec une masse m de

. glace pilée à zéro ; et soit 0 la température finale du me* lange , après la fusion de la glace» On peut faire abstrac« tion du vase qui contient le mélange / en remplaçant dans le cidcul la masse du yase par une masse d'eau correspondante. M (T — Q) sera la quantité de chaleur cédée par l'eau a la ma^Pf» de glace, laquelle est remplacée après la fusion par une masse iti d'eau à 6 degrés, ayant consé-

.^ qaemment gagné md imités de chaleur. S'il n'y ayait .ea aucune absorption , les quantités M(T--^6)etmd seraient égales ; mai$ on trouye toujours que la première surpasse de beadcoup la seconde. Soit slats L le nombre d'unités de chaleur latente absorbées par la fosion de l'upité de glace 5 on aura M(T — 0)=: w0 + mL, équation au moyen de laquelle on détermine L. On peut par le tâtonnement'augmenter la masse d'eau M, prise à une température T supérieure de a degrés à celle des corps environnans , de telle manière ^e la température finale 9 soit inférieure de ^a degrés à T , ce qui annuUera les pertes par le rayonnement.

Lorsque l'eau pure est dans un état paHfait dis repos et de limpidité, sa température peut s'abaisser de quelques degrés au-dessous de *éro, descendre à -^lO*, — îî***, par exemple , sans que )a congélation ait lieu /^ Cela tient sans doute à TiHertie des molécules de Teau, qui ont besoin d'un certain mouyement pour se disposer dans l'ordre.favoraUe à la isristallisation -, ,en effet , à la moindre agitation

.éUérn

]nq>riinée au liquide, une portio9 $e congèle rapidement, et la température remonte à zéro. Soit alors m la masae d*eau qui s'est abaissée de t degrés au-dessous de zéro; cd {«montant à cette dernière températiu^ , elle gagnera mt unités de chaleur , qui proviendront de la chaleur dégagée par la formation «d'une certaine masse m! de glace *, on aura donc mt = mfh , équation qui peut servir à déterminer mf ou L. .

Miesure de

la chaleur ' 338. Par une expérience .'analogue* MM. Clément et de la glace. Desormes ont déterminé la capacité (c) de la glace pour la chaleur. Cette expérience consistait à r^pdir artifîdellement une. masse m de ^ce ju3qu*à — lo"*, —^12**, soit — I degrés, et à la plonger dans une masse d'eau à zéro,. dont elle prenait rapidement la température , en occasionant la formation d'une masse mf de glace y «qui se joignait à elle, et que Ton mesurait en pesant le morceau d^ glace avant et après l'opération. On en concluait facilement Té-

quation suivante , mtc = yS m'y d'où c = — ^.

Causes qui 33p. La limpidité de l'eau est une condition essentielle ou retardent pour réussir à l'abaisser^de quelques degrés au-dessous de ^ TioD. ' ^^^ ^^^^^ qu'elle se congèle-, car «lorsque l'eau est impure^ les corps légers qu'elle tient en suspension ayant à peu près la même densité qu'elle, mais non le même coefficient de dilatation , se contractent plus ou moins qu'elle par le re* froidissement , et le changement du rapport des densités détermiùe les particules en * suspension à se mouvoir daos le liquide , à l'agiter , et la congélation s'ensuit.

M. Despretz, dans une série d'expériences qu'il a entreprises pour constater que le n^aximum de condensation de l'eau a lieu entre les températures de 4 • et 4' ,t> ^ ^^'

VINGT-'UNLÈME LEÇON. 4^

serve des abaissemens de tempërature plus consid<$raUes encore que ceux citës'plus haut, au-dessous de zéto degré y sans que Teau se congelât, quoiquMl ne pril aucune précaa** tioD pour éviter toute agitation dans ses appareils. Ici tottt mouvement intérieur de la masse liquide , nécessaire pour déterminer la congélation , était sans doute gêné par les parois des tubes très étroits qui la contenaient. Il paràtt que Feau ou le liquide qui circule dans les vaisseaux dés végétaux peut s^abaisser à quelques degrés au-dessous de zéro sans se congeler ; il est vraisemblable d'ailleurs , d'après le fait qui vient d'être cité^ que l'eau peut se refroidir d'autant plus sans se solidifier, que le diamètre des tubes qui la contiennent est plus petit. Voilà sans doute Ce qui le plus souvent empêche le froid de désorganiser lès végétaux. 340. La chaleur qui passe- d'un foyer dans un liquide en ébullition , dont la température resté fixe tant que la pression extérieure ne varie pas, est absorbée par le changement d'état du liquide, ou employée à le gazéifier. Pour évaluer la chaleur latente qui disparait dans cette circ(MK* tance , on recherche la qijantité de chaleur qui peut être restituée par la vapeur, lorsqu'elle retourne à l'état liquide. « Rumford employait à cet effet un moyen anali^gue à celui qui sert à mesurer la chaleur spécifique des gaz. Aujnideu d'un calorimètre rempK d'eau, à .une température înfé- . rieipre de a degrés, à celle V* de l'aîr extérieur, on fait circuler la vapeur d'un liqilide ayant une température primitive T, dans un serpentin où elle se liquéfie, cède sa chaleur latente à l'eau environnante , et sort*de Tàppareil à Fétat liquide avec une température variable , mais dont la valeur moyenne est f , car on arrête l'expérience lorsque la température du calorimètre est (?-j-a). Soient alors c le calorique

Chaleur

latente des

vapeurs.

486 COURS Ds PHYsiQinr.

spécifiqua do Ikjoiide fermé par la yapeur ^ M la masse d'eau du calorimètre 9 le, vase étant converti dana le calcul en me masse d'eaa correspondante; 'm la masse de vapeur entrée dana le serpentin à T"", et sortie liquide à la tem* prfratiire moyenne t\ enfin L la chaleur latente qui était contenne dansTunitë de masse dé cette vapeur. La cBffi^ rence ^Ma — mc(T — t)^ entre la quantité de* chaleur aensible gagnée par le calorimètre y et celle perdue par h valeur liquéfiée y différence qui n^est jamais nulle, sera ^e à juL *, cette relation donnera L.

M. Dulong a perfectionné l'appareil .de Rnmford eo {daçant dans Finstrument une caisse destinée à recetoir h FfG« 179. vapeur liquéfiée, qui prend alors la température deTeaja du calorimètre. La caisse a un fond incliné vers un orifice pour faciliter Fécoulement du liquide. Le calorimètre renferme un volant , au moyen duquel on mélange toutes les couches d'eau, afin qu'un thermomi^tre ordiiiaire puisse itidiquer exactement la température du réfirigérant. On peut fidre communiquer Tappareil ainsi modifié avec une macbine pneumatique ou une machine de compression, et mesurer ainsi la chaleur latente de la vapeur à diverses preasiona; ('est ainsi que M. Dulong a déterminé le nombre 54) porur la chaleur latents de la vapeur .d'eau-, c'est la moyenne de plus de quarante expériences. M. Despretz a trouvé pour la vapeur d'alcool ao8 unités dç chaleur lat(yxte; pour celle de l'étber 9 1 ; pour l'esëènce de thérébentme 77 ; ces nombres expriment les unités de chaleiur latente absorbées par l'unité de poids de la vapeur de chaque li^de, Lois formée à la température de son ébuUition. cS cha^i' 34 1 . On a cherché à déterminer les variations du nombre latentes des L^ lorsque la pressicrn de la vapeur varie. Watt avait cm

VfWGt-WmÈME.LEÇa». 4^7

' remarquer qu^en ajoutaut à ]a çbalear latente hy la chaleur sensible ou.tfaermomëtrique de la Tapeur ou du liquide qui la forme , on obtenait dam tolis les cals im résultat cons«tanté Pour reaucettesomme serait constamment 643 « Âmsi^ diaprés Watt, la quantité totale de chaleur latente et sen<- ' sible, contenue dans une même masse de vapeur^ seraîttdii* jours la même à toutes les pressions et à toutes les tempera* tares. MM. Clëment et Desormes ont reproduit ce réstdtat eotmne une conséquence d^etpérietices quUls ont enti^«prises dans le but de le constater-^ il est adopté par les constructeuirs de machines à vapeur.

D'autres phjrsiciens ^ au contraire ^ ont soutenu que le nombre' 543 pour Teau, ou gëiuéralement là Taileur L étail senle la même à toutes les pressions. Les résultats que doi^neint'0M deux hypothèses > sî dissemblables en tliéorie y paraissaient différer trop peu numériquement , pour qu'^n pût décider la question par YeipéxieiÈCe ; cependant M. Dulong s'est assuré que ni l'une lii F autre de ces hjpothiises » est exacte v ses recherches sur ce siqet ne sent pas encocf pnbKées.

34^- C'est ici le lieu de donner Texplication d'im fait Sensations singulier que pjrësente la Vapeur qui s'échappe par 1« êOi^ ^p^d'iT pape de sûreté d'une chaudière. SA Ton place la nïaiii^att J®^ <*« milieu de ce jet y on éprouVe une Siensatioa de cbaleiir très différente , suftani que la chaudière est à basse ou à haute pression ^ dans le premier cas la cha)eiie*est inâuppdrtablei et la n»aia serait in&illîblement bruH^e comme par l'inimel^ sion dans l'eau bouillante, si Ton ne se hâtait de la retirer^ dans le second cas au contraire la chaleur éproilirée est très s«|)|>ortable y et la main pettt séjourner impunément àa milieu du jet.