VINGT-QUATRIEME LEÇON

De l'ëvaporation. -^ Théorie du mélange des fluides. — Lois de rëvaporation, — Maximum du froid dû à l'ëvaporalioi\. Hygromètre de Leslie. -^ Des nuages. •— De la pluie. — De la neige. — De la rosée. Refroidissement des corps avant la rosée. Rayour nement nocturne. — De la gelée blanche. Effets divers du rayonnement nocturne. — Des brouillards.

3ji. On donne particulièrement le nom d^évaporation Théorie dn à la propriété dont jouît unç masse liquide, exposée dans d^flûiJfes, Fatmosphère y de se dissiper en vapeur avec plus ou moins de facilité. On se rend facilement compte de cette pro* priété, et des circonstances <jul favorisent son développement, après avoîrétudiéle mélange des fluides, phénomène plus général dont il parait possible de donner une théorie satisfaisante , en admettant Texistence de certaines actions moléculaires , qu'une multitude de faliS rendent très probable.

Lorsque deux ballons de verre, contenant^ par exemple, Tun de Thydrogène , Tautre de l'acide carbonique , sont mis en communication, il s'^étiJ^lit d'abord un équilibre de pression *, c'est-à-dire que le gaz , dont la force élastique est la plus graïdc, se précipite en partie dans le ballon oc-

53a GOOBS DE PHYS1QIEJS.

cup^'par l'autre gaz , dont le volume diminue. Mais Fexpérience indiquanjt 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 Gonclure de ce fait que Téquilihre ne pourrait avoir de stabilité , malgré Tégalité 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 , Tune de la part du milieu homogène dont elle fait partie , Tautre provenant des molécules d*acide carbonique situées -du côté opposé de la surface de séparation. Si ces deux. actions <^taient égales et contraires, la molécule d'hydrogène resterait en équilibre , et le mélange des gaz n attrait 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 étabh't 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 da^ns- l'autre , trouble l'équilibre et force les gaz à se mélanger *, jusqu'à ce qu enfin les deux pressions exercées des deui 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 Félément 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 tme incommensurabilité du même genre que l'on doit attribuer la dissolution des gaï dans l'eau. Lorsqu'une atmosphère gazeuse est tout-àtou|) mise en contact avec une masse d'eau purgée de tout

TinGT-QTILTBiÈKE LBÇOS. 533 '

gaz, ^e lui cômmiimqae d'abord Ba pression ; dans ce premier état, si l'on considère une molécule de gaz tqïàxte de la surface libre du liquide , elle doit éprouver deux •etioas on pressons résultantes , l'une de la part du milieu âastique, l'autre prorenant des molécules d^eau^ ù «es deux actions de directions contraires étaient égales , la' moltlcule de gax considérée resterait en repos, etleiQmdei élastiques de Tatmosphère ne pénétreraient pas dans le Tolnme occupé par le liquide-, puis donc que cette oénétratiou a lieu , il faut en conclure que les deux actions dont il s'agit sont inégales ou iocommensurables ; d'où etùt la nécessité que le gaz s'intercale entra 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 que l'eau et les gaz dissous exercent sur elle.

Ijorsqu'un espace vide de toute matière pondérable est offertà une masse d'eau, la vaporisation rapide qui Topère alors, prouve que les molécules qui limitent cette masse éprouvent une action répulsive de la part des molécules ii^érieures. La gazéification des coucbes superficielles a lieu , jusqu'à ce qu'une molécule de la surface libre du liquidé soH 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 d§ vapeur voisine de la surface libre éprouve pareOlemetH deux pressions égales et contraires -, c'est, pour cette incdécule , comme si le volume du liquide était occupé par de ta 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 prés de la surface

534 COimS DE PHYSIQUE.

êe fléparationy ou la tennon, augmente d'aiUeon ayee FiS« n^rgie de la chaleur.

Si Tespace limite offert à la masse d^eau supposée contient des gaz , les pressions étant transmises , l'équilibre du sj%Xème ne pourrait subsister qu'autant que les molécules 'd'eau et de gaz , voisines de la surface de séparation , se* raient chacune sollicitées par des actions râmltantes égales, provenant des deux milieux. Mais en vertu des diftfrences 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 surface libre éprouve deux sommes d^actions ^ales , de la part des milieux hétérogènes formés par ce double mé-> lange. H résulte de l'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 différais, 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 Fatmosphère, 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 répanoue dans l'atmosphère, éprouve en outre deux actions égales de la part des gaz superposés au liquide , et de celle des gaz dis^ sous -, et ensuite qu'une molécule gazeuse au même lieu , gbl équilibre sous les seules actions des gaz libres et dissous, est çtt outre sollicitée égalçment par le liquide et par la vapeur.

YINaT-QViTRlèME LEÇON. 535

Ces coDdid^rations thëorii^es supposent , il est vrai ^ que des molécules de substances différentes, non susceptibles dei se combina chimiquement , exercent néanmoins les unes sur les autres des actions mécaniques à distance , lorsqu'elles sont suflkamment rapprochées. Mais les phénomènes capillaires 9 ceux de la cohésion entre corps différens 9 la transmission des pressionil des gaz aux solides et aux liquides qui les entourent y 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 mélanger entre eux ou avec les liquides , celui que la va^ peur met à saturer un espace limité contenant des gaz*, car si les mouvemens 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 puisseo"! retarder ou modifier son mouvement.

3^2. Le phénomène de l'évaporation n'est donc qu'une ^ ^» de conséquence de l'incommensurabilité des actions exercées près du contact , entre les gaz de l'atmosphère et les masses d'eau existant à la surface de la terre , laquelle exige, pour que l'équilibre puisse être atteint^ que Feau 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 deuic 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. Elle restera donc en équilibre si l'atmosphère est saturée, ou si ces deux tensions contraires sont égales^ Elle se mélangera avec les gaz ^ l'atmosphère n'est pas sa-

taxée y c lort^Mlite n la tension^du Ikjcuile , ou de sa vapeur k èattnmtioii , surpasse celle de la Y9péur déjà ibâabgëe.

Dalton a roconntt cpe dans un air tranqpllé , ou aaimé d'une vitesse constante , la quantité de vapeur formée dans le même temps est proportionneUe à la tension maxkna de la vapeur pour la température régnante , si Tair est sec , et à la différence entre cette tension m|aima et celle de la vapeur contenue dans Tair, s'il est hunude. Cette loi générale est une conséquence évidente de la théorie qui vient d*étre exposée. B suit évidemment àe la même théorie que le mrélange de la vapeur avec Tair atmosphérique doit s'or pérer suivant les mêmes lois que celui de deux fluides Mastiqués difftfrens. Ainsi pour se rendre compte des circonstances qui favorisent Tévâporation , il fa^t considérer ia vapeur comme un fluide élastique qui se mêle à Tair.

L'expérience prouve qu'une moindre densité de Tair augmente la rapidité de Févaporation ; c'est par là même raison que rhydrogène, le moins dense ou le plus poreux de tous les gaz, se mélange plus rapidement à Tair que l'acide carbonique. Le mouvement faciUtant le mélange des gaz doit aussi favcmser l'évaporation , et en effet , toutes thoses égales d'ailleurs., une inasse d'eau se dissipe d'autant [ plus vite dans l'àtmcisphère que Fair est plus agité. L'éva-

|>oration est ixès rapide sur les montagnes élevées v ce qui tient au peu d'humidité de l'atmosphère à ces grandes hauteurs, et surtoiit à la moindre densité de l'air. ^ Maximiun 3^3, J^ froid produit par l'évaporation » ou plutôt la

f produit par quantité de chaleur sensible enlevée à la masse liquide,

i ^ doit être évidemment proportionnelle à la quantité de va-

peur formée. L'abaissement de tentpérature qui en résulte atteint son maidmam lorsque le rayonnement, et surtout

k contact 'du mSien , restitiiedt au liquide nne qnaidibS de Chaleor ^ale à celle (fie loi enlive la vapeur qui k forme. D'où il est facile de conclure que lorsque rfiTaporation 4 lien sur toute la surface qui ra^oone le calorique , et qui est en contact avecle milieu , l'aliaisaentent maximuni reste le tnéme, quelles que soient les masses du liquide et des corps qui partîï;]pent à son refroidissement , et aussi quelle que soit la vitesse du courant d'air. Ces circonstances n'ont d'autre effet que d'accdlérer ou de retarder l'instant où a'établit le maximum d'abaissement, dont la valeur ne dë-r .pend consëquemment que de la température, qui teud à augmenter la tension de la vapeur dégagée, et son excès sur celle de la vapeur Aé}k contenue dans l'air. On remart que en effet que plusieurs tbermomètres de dimensions différentes, dont les boules sont entourées de linge 0^ de papier mouillé , indiquent le même abaissement lorsque la température et l'état hygrométrique de l'air extérieur re»r tent les mêmes , que cet air soit plus ou moins agité.

M. Gay-Lussac a déterçiiné plusieurs él^eiis d'une table donnant le maximum d'abaissement correspondant à différentes températures, lors<})ie l'évaporation a lieu dans 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 paisse y rencontrer successivement les boules de deux thermomètres , le premier à boule nue , indiquant la températm^ du courant, et le second dont la boule eat recouverte d'une éponge mouillée, indiquant le maximum d'abaissement correspondant. Lorsque le courant a pour température o" , 10°, ao', 3o', l'abaissement produit est àeS%B5,'S*,Q-j; i2%73; i6".,74.

374- Bn se fondant sur ces résultats, on peut dédmre Bjm>mèin

Fi6. 19T.

avec assez d'exactitude l'état hygrométrique de Tair , d'un hygromètre imaginé par Leslie , qui n'est autre chose qu'un thermomètre différentiel dont les deux houles sont rappro^* chées ; leur éloignement n étant pas nécessaire dans ces nouvelles circonstances. Une des houles est recouverte d'un linge 9 dont on entretient Thumidité au moyen d*un vase plein d*eau j dans lequel plonge un faisc^^de fils qui s'abaisse ensuite sur le linge 9 la seconde houle est aussi recouverte d'un linge sec , afin que son opacité la place dans les mêmes circonstances que la première, par rapport à Ja 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 dans Tair sec, pour le même point de départ, et que donnerait la table dont nous ve-^ nous de parler \f, fjj^', les tensions maxima de la. vapeur 9UX températures f , ^, i' \ enfin x l'élasticité de la vapeur qui se forme pendant l'expérience, ou l'excès de sa tension propre sur celle de k vapeur contenue dans l'air. On aura X ifl iX't — il : t-^tf'y proportion qui fera connaîtrez; et l'état hygrométrique de l'air sera alors donné par la ùac^

tion*' — TT-.

En effet, si jr est la force élastique de la vapeur d'eau existant dans l'air , qui a la température t lors dé l'expérience, y sera moindre que/', puisque l'eau, s'évapore quoique ayant la température t'. On aura 8ias\x=:f — jr^ et d'après la loi de Dalton , la quantité de vapeur qui se formera dans l'unité de temps sera proportionnelle à x; la quantité de chaleur enlevée par cette vapeur dans Tunité de temps sera donc aussi proportionnelle à x^ elle sera d'ailleurs é^ale à çellç restituée dans le même temps par

YmGT-QUàTRlÈMB LEÇON. .539

le rayonnement et par le contact du miUeu^ que- Ton peut regarder comme proportionnelle à ( f — tO > ïowque l'instrument indique la température stationnaire t'. Si Fair ëtait sec Tinstrument descendrait à la température i'\ la quantité de vapeur; formée dans Tunité de temps serait alors proportionnelle à /" -, 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 ( f — ^'). On doit donc poser la proportion X'.f y.t-^ifit — t^', et l'équation '^ = <—^.

La différence {t — t' ) est donnée immédiatement par le thermomètre différentiel , t par un thermomètre ordinaire placé dans le lieu de l'expérience , tf' par la table des abaissemens de M. Gay-Lussac ,/,/'>/"? par celle des forces élastiques de la vapeur d'eau. Au lieu de l'instrument de *"

Leslie on pourrait se contenter d'un thermomètre ordinaire y en enveloppant sa boule d'une étoffe humide , et en le faisant tourner rapidement dans l'air , jusqu'à ce qu'il indiquât un maximum d'abaissement*

SyS. Pour que le froid produit par l'évaporation puisse "^^l'^Jf??* persister , il faut qu'il y ait formation de vapeur -, d'où il à Téraposuit que l'évapora^n dans l'air ne pourra jamais produire un froid inférieur à la température à laquelle. cet air serait saturé de vapeur, et que conséquemment le froid dû à l'évaporation ne saurait déterminer une précipitation ^'humidité.. On emploie dans TOrient, pour se procurer de l'eau à 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 abaisjsement de température, dont le maximum ne di^pend pas de l'agitation do Tair f

54o GOUmS DE PHYSIQUE*

qû ne Sait qvCBceéiérer Teffet sans infloer sur le résuUaf, Dans les Indes orientales on rafraîchit Fair des appartemens , en plaçant dans le trajet qa^3 doit parcourir pour j arriver, des branches qu^on entretient humides par une aspersion convenable.

Des nnages. S^G. Les nuages sont formés par la précipitation de l'eau évaporée à la surface de la terre -, ils forment un état

intermédiaire entre Feau Uquide et Feau à Fétat gazeux , auquel on donne le nom de vapeur vésiculaîre. On peut (^Merver cet état , en plaçant devant une fenêtre un liquide

. fortement coloré en brun et en ébtdlition, tel, par exemple , qu'une dissolution de café-, on voit alors de petits ballons qui se meuvent avec rapidité dans tous les sens, en obéissant aux courans qui s'établissent dans Fair. On peut'conclure que ces vésicules sont creuses, de ce qu'elles ne donnent pas lieu au phénomène de l'arc-en-ciel. La vapeur vésiculaire ne se forme pas dans la vapeur pure, mais toujours dans un espace contenant des gaz per-

. manens.

L'air, comme tous les fluides élastiques, se laisse tra-* verser par la chaleur rayonnante *, Feau la transforme en grande partie en chaleur obscure *, il Suit de là que Fair renfermé dans les vésicules , ou plutôt Fair qui est en contact avec elles et les entoure, peut avoir ule température plus élevée que Fair extérieur aux nuages , qui n'est pas

. dispos^ comme le premier pour absorber la chaleur rayon» nante -, ainsi la densité moyenne d'un nuage peut être iitférieure ou égale à celle de Fair environnant. A cette première cause se joint la résistance. que le frottement de l'air opposerait à la chute des vésicules , ou la difficulté qu'éprouverait ce fluide à se tamiser entre elles , pour donner

VINGT-QUATRIEMB LEÇON. 54l

tme expUcfttldn sotlslaisaiite de la saspenÂon des nuages dans l'atmodphère.

D*après cette explication , lorsque la température Tient à diminuer , les nuages doivent se rapprocher de la »irfac6 de la terre , et c'est en effet ce que confirme Tobserration* Les variations de grandeur que Ton remanpie danis les nuages f et qui les font souvent grosâr et diminuer rapidement^ sont évidemment produites par les changeinenS'qui survi^mient dans la température et l'état hygrométrique, de Fatmo^hère^ lorsque les vents amènent de divers climats des masses d'air chaudes ou froides , sèches ou humide^ » et que Tintensité de la chaleur solaire augnAcnte ou dimi-^ nue , par la marche ascendante ou descendante de Tastre au-dessus de Thomon.

La quantité de vapeur vésiculaire, ou la masse des nuages qui se forment' annuellement dans un lieu donné, dér pend de la quantité moyenne d'eau que l'atmosphère peut , • y contenir ; elle doit donc être plus grande en général daos 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 circ(NQStances locales^ telles que la nature et rélévati<m du sol, lé voisiiiage dés montagnes , des forêts ou de la mer, sont autant de causes accidentelles qui modifient ces résultàfs.

3^7. Lorsque les nuages sont très chargés d'humidité, De la pluie, un nouveau progrès dans le refroidissement de l'air, ou dans Son état thermométrique, détermine la précipitation de la vapeur vésrculairë à l'état de pluie *, le mode de trans» fôrmatioïi des vé»cules ei(g^uttes d'eau, qui a lieu lors de cette précipitati&n , n'est pas %im nojMi^ II existe souvait

54^ C0IJR9 DB PHYSIQUE*

dans Fatmosphère , à des hauteurs différentes, des courans d*air dirigés en sens inverse Tun de Tautre, età des températures différentes i lorsqu'ils yiennentà se mélanger, Us 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 Fétat de pluie.

' En effet , considérons le cas général où deux volumes d'air 1/ et i^ qui se mélangent seraientsaturés de vapeurs, ayantdes tensions maxima J fX y* y 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 tem**» pératures t^t'^T étant toujours comprises entre des limites très rapprochées , on peut né^iger , 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 valeur ten-^

^ T "4*" ^' y^ • dra à conserver dans le mélange, l'expression -r — rj—, — %

et pour la température T la fraction — X""^~*

Imaginons maintenant la courbe dont les -abscisses seraient proportionnelles aux températures , et les ordonnées ausbforces élastiques de la vapeur d'eau. Toutes les tables, qui lient ces deux élémens , s'accordent à indiquer que les tensions maxima dé la vapeur d'eau croissent suivant une progression plus rapide que les températures, ou que leurs différences seccoides sont positives -, la courbe proposée tourne donc sa convexité vers l'axe des abscisses. Soient P alors m et m^ les deux points^^bjcette courbe dont les ahs-

• cisses sont t et ^'^ si l'on psBkage la corde mm , au point

VIHGÏ-Qt7ÂTAlèStE LEÇON. 543

n y en àeax parties nmf et nm , qui soient entre elles dans le rapport inverse de i^ et i^ , de manière qu'on ait la proportion mn : nmf :: v' : i^, il est aisé de voir que les coor-

w-f- %/ if donftées Aç et nq dç ce point n seront Auç = — , ■ et

ng == ■ , ■" •, d'un autre côté l'ordonnée nq coupera •

la courbe en un point M dont l'ordonnée sera évidemment Y; or, d'après la forme de*la courbe , on a évidemment

nq > M^, ou ^^^/ >Y'

Ainsi la tension moyenne, que la vapeur tend à conserver dans le mélange , est plus grande que la tension maxima que ce même mélange peut admettre à la température qu'il doit posséder. On doit conclure de là que toutes les fois que deux masses d'air, saturées de vapeurs à deux temperatures différentes , viendront à se mélanger, il y aura nécessairement précipitation de vapeur, et cela quel que soit le rapport de ces masses. Telle est sans doute la cause ia plus générale de la formation des nuages et de la pluie.

On évalue la quantité de pluie qui tombe chaque année, en la supposant répartie régulièrement sur le sol , et estimant l'épaisseur de la couche qu'elle y formerait si elle n y pénétrait pas. On se sert à cet effet.d'un vase cylindri^p que à fond plat et horizontal ^ appelé udomètre, au-dessus Fig. 193. duquel est un entonnoir do^t l'orifice supérieur a les mêmes dimensions en largeur que la base du cylindre-, un tube de verre sort du fond de ce vase ,'et se recom'be dans l'air , pour mdiquer le niveau intérieur. On a trouvé de cette manière que la quantité d'eau qui tombe chaque année dans un même lieu n'est pas constante, et qu'elle peut

544 COUKS DB PHYSIQUE.

^«rier da siniple au double ; que ce qu'on appelle coounu* nément une année pluvieuse, e'ett-à-diré une année où il a plu fréquemment » n est pas toujours celle où il est tovubë le plus d'eau 9 car il suffit quelquefois d'un seul orage pour donner plus de la moitié de l'eau annuelle. Si l'udomètre est placé i une certaine hauteur au-dessus da la surËice de la terre 9 on obtient im résultat moindre que lorsqu'il est à la surface même -, on peut expliquer ce fait, en remarquant que l'air est en général'pbis froid à mesure que l'on s'élève dans l'atmosphère , et que les goutles de pluie, apportant dans les couches d'air inférieures une température plus basse que la leur , peuvent j déterminer une nouvelle précipitation d'eau.

En général la quantité d'eau annuelle déduite c<mime

moyenne d'un grand nombre d'années , est d'autant plus

grande que le lieu de T observation est plus près de l'éqiia*-

teur. Cependant il 7 a des pays chauds, tels que la basse

Egypte , où il pleut très peu -, ce qui tient {Hrobablement

à la nature sablonneuse du terrain , qui s'échaufie beaucoup

par la chaleur solaire, et s'oppose à la précipitation des

t nuages. A Paris, latitude à peu près moyenne, il tombe

annueHement environ 18 à 20 pouces d^eau.

De la neige. 3^8. La neige parait due à la congélation de l'eau de

l'atmosphère , au moment même de sa préeijMtation par le

refroidissement de l'air. Les formes très yariées des flocons

de neige présentent toutes une cristallisation régulière, -en

aiguilles trèà fines réunies par des facettes secondaires , et

cette agglomération ne saurait avoir lieu par la congâatîoa

des gouttes d'eau, qudque fines qu'elles fussent. En gé-^

néral lorsque la température de l'air est de beiaucoup ia*

férieure "à zéro degré , dans le lieu où la vapeur d'eau se

vt I 9^ • W-" — —

VINGT'QUATRIEIIE LEÇOK. 54^

précipite y elle passe imm^diatemeBt de IMtat |;ueax à T^tat solide^ etce passage sefaisaatlent^eiitietparpçtites masse»} les solides foriaés pnfsexKbent tous {es caract^es deMrâtaiix*

Dans les contres duNord) par im froid d'au moios loà la degr^au-dessousdezéroy ratmosphèredépoonrwdejauageB «si priQSque conatammeiit parsemée de très petites aiguilles de glace ou de neige.yisiblef à Fœil nm > etcpai , riéfr^ctaiit ou rëflëchissaûtla laiaière soUire? plus régcilièreaieotet «aplu* grande quantité dans de certaines directions que dans d'autres, donnent lieu aux phénomènes des halos et des par* hëlies. Pendant l'hiver de ces climats rigaureus;, lesTapewl épajsses ^qui s'élèvent des cheminëes , ou des trous formés dans la glace des ^euvtes , se précipitent iomiédiatement^ non k l'état de pluie , mais en aiguilles glacées*

La grêle de petites dimensiops est sans doute le résultat de la* congélation des gouttes de pluie toutes formées» Quant aut gréions d'un très gros volume ^ leur formation paraît se rattacher à l'électricité, #

379. La découverte de la cause véritable au phénomène ^^ ^^ ^^^ de la rosée, due au docteur Wells , et qui ne date que du eommelicement 4® ce âiède 9 est un des progrès les plus féconds que la physique ait (»côre faits; elle a eu une grtmde influence sur la météorologie, en coupant sous une même explication une multitude '4ie fidts iscJés , et la thétirie physique de la chaleur a trouvé dans cette «xpUcatioii une yérificalion imporf^mle de la plupart denses lois. Il coQviËint de développer avec quelques détails la part que Toluservation et l'expériaice ont eue dans cette décou* verte 9 qui parait avoir tracé la meilleure marche à suivre dans l'étude des phénomènes naiwels , si l'on veut parvenir

à déotiéler leurs causes physiques*

546 tX)UBS DE PHTStQDCé

'" he$ ckcoufitances les plus favoraliks an dëpôt de la rosée sur les corps sit^ à la surface de la terre, sont la pureté du ciel et Tabsenae complète de vent. Ce dépôt n^a jamais lieu sous un ciel couvert, lorsque Pair est très agité. La rosée ne s^ observe que la nuit-, elle est moins aboudaote avant minuit que durant les heures qi^ précèdent le lever du soleil • Ellle ^st plus fréquente au printemps, et surtout en automne qu'en été. Dans un même lieu , les courans qui amènent Tair des contrées où se trouvent de grandes masses d'eau favorisent la formation de la rosée -, à Paris ce sont les vents du sud et de Touest.

La rosée ne se dépose pas sur tous les corps en quantités égales ou proportionnellement à leurs surfaces. L'herbe et les feuilles , le bois , le papier , le verre , se couvrent abondamment de rosée, tandis que les substances métalliques placées dans les mêmes circonstances restent*sècbes ou sont très peu mouillées. Parmi les métaux, le fer, Tacier, le zinc,^4b plomb, sont quelquefois humides -, Tor, Taisent, le cuivre, Tétain, sont toujours secs-, lespieoMers se recouvrent d'autant plus de rosée qu'ils sont moins polis. L'état de division mécanique influe aussi sur le dépôt humide : les copeaux s'humectent plus que le bois; les flocons de filasse, de coton et de laine, augmentent plus de poids que le linge et le drap^ Cette inégalité du dépôt de la rosée sur difiérens corps suffisait pour détruire l'ancienne explication de ce phénomène , qui Tattribuait au refroidissement de l'atmosphère-, car cette explication conduisait nécessairement à conclure que l'eaû , provenant de la vapeur précipitée, devait tomber par quantités ^ales et indifféremment sur toutes les surfaces»..

La rosée est d'autant plus abondante , dans un point si-

Vin&lVQUtTKlÈllE LEÇON. 547

tu^ à la surface de la terre, qu'un peut j apercevoir ane plos grande étendue du ciel , non masquée par les corps eoTiroDHaas. Ce résultat général aëtécoaclupar M-Wells d.*UQ grand nombre d'expériences etd' observations' De deux flocons de laine du même poids, Tim placé sous une planche ou au fond d'un long tube opatpie vertical et ouvert par le baut, l'autre dansun lien voisin non abrité, le premier s'es^ beaucoup plus humecté que le second. Le dépôt humid* est smsîblement moindre et souvent nul sur les platïtes situées sous le» arbres ou près d'un édifice. La rosée est plus abondante sur le sommet des collines que dans les vallées.

38o. n résulte des observations précédentes; que la Du reCroidic nature des corps et l'état de leurs sur&ces, qui favwïsent le corps «««at plus la précipitation de l'humidité, sont en rapport direct avec leur plus grande faculté rayonnante; et que la quantité d'eau accumulée est d'autant plus grande que mOina de corps voisins peuvent restituer par échange une portion de la chaleur nydue par le rayonnement. Ce rapprochement conduisit Te docteur Wells à genser que les corps à la surface de la terre se refroidissaient pendant la nuit, plus ou moins suivant leur nature et leur position \ et que ce refroidissement préalable pouvait être la cause immédiate du dépôt de la rosée sur leur surface , comme de celui qui s'opère sur les vitres des appartemens, ousur laboule noircie de l'hygromètre de Daniel. Des expériences nombreuses ont confirmé cette coniectai;e et cette explication-. . Dans les nuits les plus favorables à la production du pb<^omène , des thermomètres placés sur l'herbe ', et en contact avec les corps où la rosée devait se déposer de préférence, ont toujours indiqué une température plus basse de 4) 5> 6 etmême 8* que celle indiquée par un tlur-^

54^ COOBS DE PHYSIQUE.

mométre expose dans l'air à quelques pieds a1^-de8sus du sol. Dans ees cireonstancesy lorsqu'un nuage Tient k passer auzënidi, les thermomètres inférieurs montentrapidement, et leurs indications se rapprochent beaueoup de la tempe* rature de Fair. Le même effet est produit quand on place un ëeran opaque , soit horizontalement au-desst», soityerticalement à cM d'un des thermomètres qui touchent le sol. Loin de tout abri les métaux se refiroidissent rarement de i ou a*( la température des substances organiques , du papier, du verre, descend ordinairement de 4 i^ 6*. Toutes choses ^ales d'ailleurs 9 à l'entrée d'une nuit sereine, un tiierraomètre à boule nue , placé au-dessus du sol , se refroidit plus qu'un thermomètre dont la bouleestrecouyerted'nne feuille métallique.

Il est donc certain que le phénomène de la rosée est précédé parle refroidissement des corps qu^elle recouvre. Ce refroidissement est par conséquent la cause immédiate de la précipitation de la vapeur contenu^ ins Tair , dont les couches inférieures se refroidissent par leur contact avec des surfaces devenues plus froides. C'est ce qui fait que toutes les circonstances qui tendent à accroître Thu* midité de l'air favorisent la formation de la rosée. Un faible courant d'air venant d'une mer , d'un lac , d^ua fleuve , où l'évaporation a pu être active , est très Êivorable *, en Egypte, la rosée est beaucoup plus abondante par les vents du nord ; en France, c'est par les vents du sud et de l'ouest. Néanmoins un vent trop violent s'oppose au dépôt de l'humidité, parce que les couches d'air, en passant rapidement sur les corps refroidis , les échauffent par contact; sans que*Ieur propre température ait le temps de beau* coup s'abaisser*, d'ailleurs la grande agitation de l'air excî-

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tant l'évapontioa gazéifierait Ik roB^e't'îl s'en (îtaif dd[k>së.

38 1 . Il fallait trooVNi' la CatUe du r^roidiasemâit dt la nameoT' surface de la terre. Les abaissemena de tempâraturb, btiiu- ' tatés plus forts dans les corpa dont le pouvoir rayonnent est plus grand et tlana ceux qui sont expoléft & une plus grande ^odue d'un ciel par, pins tâiMes an contraire lors de la présence des nuages on dans le voisoage d'un abri, cotiduisirent M. Wells à attribuer Le refroidiasemeht préalable dont U s'agît à un échange inégal de chaleur fait par le i^ jonnànent , entre les corps échauffés ainsi ^te l'air par rinsolatton au jour précédent, et les régions supérieures de l'atmosphère ou même l'espace planétaire. Il est en efièt facile dfe se convainore qu'il n'y a aucuiie de» drconstancéSi reconimea favorables on noisMes à Tàbàisr Sentent de température obserré, et par suite k la quantité de rosée, qni ne soit parfaitement expliquée par cçtte cause de refiroidissement. ■ '

Par exemple , si lorsque le ciel est couvnt de nuages On n'observe pas sensiblement de rosée , c'est que les corps de k surface de la terre , qui rayonnent vers les nuages , reçoivent en échange des quantités de chaleur presque égales à celles qu'ils ont émises , ce qui n'a pas lieu lorsque le rayoooemeDtestlibre Vers lesbautesrégiotosde l'atmosphâre, beaucoup (Jus froides que sa partie inférieure ; c^r les corps peuvent alors être considérés comme situés dans une enceinte dont les différentes parties s ont inégalement écfa auffées.

D'ailleurs des expériences directes prouvent qu'il y a perte de chaleur lors du rayonnement qui s'opère durant une nuit SMrei^e. Si l'on fait rayonner un corps plus particulièrement vers telle ou telle partie de l'atmosphère, l'abaissement de sa température est d'autant plus grand que

550 G0VB6 DE PHYSIQUE.

cette ppijdoa est plus yoisine du zénith , parce que Tépais-* seur des eouchea charades de. ratmosphère, qui peuvent échanger. leur chaleur avec le corps, va en diminuant à mesure que la direction du rayonnement s'approche de la verticale. On peut observer ce fait à Vaide d'un thermo* Fie. igf. mètre différentiel formé de deux boules réunies par un tube droit \ Tune des boules est placée dans une enveloppe en cuivre pour la préserver du rayonnement , l'autre est au foyer il'un miroir parabolique ou sphérique y dont on incline suçc^ivement Taxe vers difiérens points du ciel. Si lors de cette expérience un nuage vient à passer dans la dî-^ rection de Taxe du miroir , la boule focale se réchauffe instantanément. Ces faits s'expliquent de la même manière que la réflexion apparente du froid ( §^ 253 ). De ta gelée 33^. Plusieurs phénomènes ont les mêmes causes que

blanche. • * ' ^

celui de la rosée. La gelée blanche est due à la congélation du dépôt humide , lorsque les progrès du refroidissement des corps sur lesquels il s'opère les ont amenés à des températures inférieures à o*". Quand on observe ce phénomène, un thermomètre à surface métallique indique ordinairement dans l'atmosphère 3j /^oaS"* au-dessus de zéro ; preuve nou-*. velle que le dépôt gelé est dû au refroidissement préalable des sur&ces qui en sont recouvertes;, d'ailleurs, à mesure que ce refroidissement augmente, la gelée devient plus abondante. Les jardiniers ontremarqué qu'il ne se déposait pas de gelée sur d^ plantes abritées par un clay onnage assez lâche, situé horizontalement à 5 ou 6 pieds au-dessus du sol -, cet abri agit évidemment en préservapj; les corps de Tinfluencedu rayonnement vers les régions de l'atmosphère voisines du zénith.

Dans les campagnes, on doome le nom de lune rousse à

TIlfGTrQUiTRliSME lEÇON. 55 1

t^elle de la fin d^avril et du comrnéncèment de mai; cette dënomination résulte de ce que, si la lune apparaît à cette ^poqpe , c*est-à-dire si le ciel est pur, il arrive isouvent que les bourgeons et les feuilles rougissent-, tandis'que si la kpie reste toujours invisible ou masquée par des nuages , o#ne remarque aucune désorganisation dans lès végétaux. Mais Tinfluence de la lune est tout-à-fait nulle dans ces circonstances ; son apparition constate uniquement que la sérénité du ciel, et le refroidissement qui en est la suite, peuventocc»- ^oner des gelées destilictives, surtout à une époque de Pannée où la tempiérature moyenne du jour est très basse.

383. On peut encore attribuer aux pertes de chaleur par ^ÎJ^.^^

rayonnement le fait, généralement observé , que la rigueur '

de rhiver se fait principalement sentir pendant ^a nuit, lorsque Tatmosphère est dépourvue de nuages \ et que le firoid est au contraire moins vif par un temps couvert, et dans les lieux abrités par des arbres ou entourés d^édifices. Dans rhiver rigoureux de 17949 les vignes de la Bout** cogne furent presque toutes gelées *, mais celles qui étMent plantées d'arbres fruitiers furent préservées. M. Arago a recueilli plusieurs observations desquelles il résulte que le refroidissement nocturne accélère ^la congélation des rivières : la Seine fiit prise en 1^62 à la suite de six jours de gelée , lés nuits étaient sereines , et la température moyenne étant de -»— 3^,9, le maximum de froid fut dans Faîr de — 9**? 7) cependant en 1748, la Seine ne fut pas gelée après huit jours nuaigeux , quoique' la'tempérâture moyenne f&t de -^4*>5 et le maximum de froid de — 12" -, la hauteur des eaux était la même aux deux époques.

Dans l'Inde on obtient de la glace en exposant pendant la nuit, dans un endroit un peu abrité des courans d'air

Effets Hirers # par le rayonnement noctnrne.

55a . COURS DE PHYSIQUE. ^

horizontaux» des vases largeSy peu profonds et rem^Ik d'eau, Iprwjue, le ciel étant serein, la tempërature defatniosphève n'est que de 7 i 6"* au-dessus de zéro. Cette cqpgâation est évidemment due au reficoidissement de l'eâu des vases., occasioné par le rayonoement noctnrae. Dans les plaines du Nord, la neige qui recouvre le sol atteint une épaisseur de plusieurs pieds, même aux lieux oi il en est peu tombé de Tatmosphère *, jl n^y a que les dépôts formés pendant les nuits , le plus souvent belles dam ces climats , qui puisse expliquer cette accumulation* C'est sans doute de cette manière que se forment la neige et la I f^ace sur les pifcs élevés des chaides de montagnes.

Des 3ft4« h^ bromllards sont dus au refroidissement de Tat-

mosphére , qui déterminc^la formation d'un véritable nnage. Ceux qu'on remarque souvent sur les^andes masses d'eaa sont dus à la condensation immédiate de la vapeur qû s'en ^léve; l'observation a appris en effet qn^, quaod cette espèce de brouillard paraissait , l'eau avait une tempérar ture plus élevée cpie Pair. Lors du dégel 4^itts les climats froids 9 il se forme ausâ des brouillards par le mélange de Tair cbaud de l'atmospbfère avec les couches ifd se sont refroidies par leur .cpntact avec la neige à la ^ur&ce delà t^rre , ou avec la ^ace qm couvre les lacs et les fleuves; Cependant on .ciiserye quelquefois des brouillards presque secs dans les -circonstances les plus opposées à. celles qui président à la formation des brouillards ordinaires \ ce sin- ^ier phénomène est «ncore inexpliquée.

brouillards.

FIN nu PREMISR VOUJME^

ik^

Des brouillards.