CHAPITRE III

19. Propriétés des gaz. — Les gaz ont toutes es propriétés qui nous ont servi à établir la statique des liquides.

i^ Les gaz sont pesants. — Nous l'avons montré (§ 2) par une expérience simple, pour Tacide carbonique et les gaz plus lourds que Tair. Il est bon de le prouver par une autre méthode, qui s'applique à tous les gaz , et permeten même temps de trouver le poids de l'unité de volume de chacun d'eux. On fait le vide dans un ballon muni à cet effet d'une tubulure à robinet, ou même simplement d'un robinet assujetti au moyen d'un bouchon de caoutchouc. On sépare le ballon de la machine pneumatique, et on le dépose, au moyen d'un valet, sur l'un des plateaux d'une balance sensible. On fait équilibre de l'autre côté. On ouvre alors faiblement le robinet, et on abandonne le ballon à lui-même. Un sifflement avertit que l'air rentre, et on voit simultanément la balance s'incliner peu à peu du côté du ballon, témoignant que ce qui y rentre pèse. Quand le sifflement a cessé, on rétablit l'équilibre, et

Fig. 19.

3â COURS DE PHYSIQUE.

les poids ajoutés pour cela de Tautre côté représenlejit à peu près le poids de Tair rentré dans le ballon.

Je dis à peu près, parce que ce ne sont pas là les conditions d'une expérience précise. Lés balances de Roberval sont peu sensibles ; on ne tient pas compte de la température, du degré d'humidité de l'air, etc. Mais on conçoit qu'on puisse, avec une meilleure balance et des précautions, trouver ainsi le poids d'un litre d'air sec mesuré a 0% et à la pression à laquelle nous le respirons d'ordinaire, pression qui, comme nous le verrons bientôt, est mesurée parle poids d'une colonne de mercure de 76 centimètres de hauteur. On trouve ainsi que le poids du litre d'air est de !«',293 : c'est environ 700 fois moins que le poids du litre d'eau.

En remplaçant l'air par d'autres gaz, on trouve de même, pour le poids de l'unité de volume de ces gaz, dans les mêmes conditions de température et de pression que pour l'air, les chiffres suivants :

Hydrogène 0^', 0896 Acide carbonique. . U*, 525

Vapeur d'eau. . . . 0«% 805 Chlore 3«% 18

Azote 18% 256 Vapeur de brome. . 7«% 16

Oxygène 1»% 430 Vapeur d'iode ... H 8^, 48

On voit que ces nombres sont assez différents les uns

des autres. Ainsi ! litre d'hydrogène pèse environ 16 fois

moins que 1 litre d'oxygène et 128 fois moins que 1 litre de

vapeur d'iode; la vapeur d'eau pèse les ^ de ce que pèse l'air

dans les mêmes conditions de température et de pression. On voit aussi que tous ces nombres, même les plus élevés, sont faibles par rapport au poids du litre d'eau : c'est une remarque que nous utiliserons tout à l'heure.

2® Les gaz sont des fluides, c'est-à-dire que leurs particules glissent facilement les unes sur les autres, encore plus facilement que celles des liquides. On promène sa main et son corps, sans résistance sensible, dans un air en repos, tandis qu'on en rencontre dans un liquide.

3^ Les gaz sont compressibles. — Ils le sont encore beaucoup plus que les liquides, comme le prouve notre expérience

STATIQUe DBS GAZ. 83

du I 1. Étant trèà compressibles, ils sont très dilatables. Si, BOUS la cloche de la machine pneumatique, on place une vessie vidée, et bouchée de façon à y maintenir le peu d'air qu'elle peut encore contenir, et si on fait le vide dans la cloche, on voit l'air de la vessie se dilater. La vessie se gonfle et se tend, pour s'affaisser de nouveau si on laisse rentrer l'air extérieur.

Cette différence de compressibilité et de dilatabilité suffirait à distinguer les gaz des liquides, mais elle importe peu pour le but que nous poursuivons, qui est d'étendre immédiatement aux gaz les lois de l'hydrostatique. Dans l'établissement de ces lois pour les liquides, nous avons seulement visé Texistence de cette compressibilité, de cette élasticité intérieure en vertu de laquelle une tranche comprimée transmet sa pression à la tranche voisine. Nous n'avons pas visé sa valeur numérique. Nous pouvons donc admettre quo les gaz, dont les propriétés sont celles des liquides, auront les mêmes lois d'équilibre.

20. Les lois de la statique des gaz sont celles de 'hydrostatique. — Ainsi le principe d'égale transmission des pressions dans tous les sens, principe qui est aussi celui de la proportionnalité des pressions aux surfaces, s'applique également aux gaz, et peut se démontrer comme pour les liquides, avec une vessie qu'on place dans un cristallisoir, et qu'on recouvre d'une planche munie d'un encoche pour le passage du tube à gaz comme dans la figure 20.

Ea soufflant dans ce tube latéral, on peut soulever sans difficulté un poids de plusieurs kilogrammes, pla- 'g- •

ce sur la planche. Si la vessie est pleine d'eau, il suffît de même d'adapter au tube latéral iin entonnoir, et d'y verser un peu d'eau pour voir le poids se soulever.

On peut aussi répéter avec les gaz l'expérience faite sur

les liquides avec le flacon à plusieurs tubulures et à ballons de caoutchouc de la figure 12. Ici le flacon (fig. 21) renferme

de l'air, et les ballons de caoutchouc souples sont en communication avec des tubes en U dans la courbure desquels on a versé un liquide qui se tient partout au même niveau dans les deux branches. En pressant sur la poire de caoutchouc de la tubulure centrale, ou en soufflant par la tubulure, si elle est restée libre, on voit que tous les niveaux s'élèvent en même temps, et d'une même quantité.

Signalons ici une différence avec les liquides. L'augmentation de pression que nous avons déterminée dans notre flacon y a élevé d'une même quantité tous les niveaux, ceux du haut comme ceux du fond. Si le flacon avait été rempli d'eau, au contraire, pour toute augmentation de pression, tous les niveaux seraient venus dans un même plan horizontal. La pression semble donc être la même en tous les points d'une même masse gazeuse limitée, tandis qu'elle varie, dans une massé de liquide, avec le niveau auquel on l'envisage. Cette ditte^ rence apparente tient à ce que le gaz étant très léger, les variations de pression avec la profondeur, tout en étant réelles, sont inappréciables quand on les mesure au moyen des variations 700 fois plus faibles (| 19) d'une colonne d'eau. Cette différence disparaîtrait s'il était possible de se servir d'une colonne manométrique gazeuse. Mais, dans les conditions ordinaires, on peut admettre que tant qu'il ne s'agit pas de masses gazeuses très épaisses, le gaz réalise à peu

ÎS.r^

près les conditions théoriques que nous avons supposées (§ 12) , dans rétablissement du principe de Pascal, celles d'un fluide non pesant, dans lequel la pression et les variations de pression sont partout les mêmes. On peut admettre aussi que tant qu'il ne s'agit pas de différences de niveau considérables, la pression reste la même du haut en bas d'une colonne gazeuse, tandis qu'elle varie très sensiblement quand on s'élève ou on s'abaisse le long d'une colonne liquide de même hauteur.

Enfin, comme dernière démonstration de l'identité des lois de l'équilibre des liquides et des gaz, nous pouvons montrer que le principe d'Archimède, qui résume en quelque sorte l'hydrostatique, s'applique aussi aux gaz. Pour cela, on tare sur une bonne balance une vessie ou un ballon de caoutchouc vide. On le gonfle sans le distendre, et, en le reportant sur la balance, on constate que son poids n'a pas changé. C'est que l'augmentation de la poussée de l'air, par suite de l'augmentation du volume du ballon, est exactement égale au poids de l'air introduit. On voit tout de suite pourquoi Aristote, qui a fait le premier cette expérience pour savoir si une vessie pleine d'air pesait plus qu'une vessie vide, n'a pu en tirer aucune conclusion.

S'il avait su remplir sa vessie d'un gaz plus lourd que l'air, il aurait constaté une augmentation de poids, et une diminution avec un gaz plus léger. Dans ce dernier cas, si le poids du gaz intérieur, plus le poids de Tenveloppe, donnent une somme plus faible que le poids de l'air déplacé, le ballon s'élève. Tels sont les ballons rouges, gonflés d'hydrogène, qui servent de jouets. Tels sont aussi les aérostats.

S 1 • Baromètre. — Nous avons systématiquement évité, dana tout ce qui précède, l'identification des liquides aux gaz en ce ^ui concerne la surface libre. Il y en a une dans les liquides; il u y en a pas, à proprement parler, dans les gaz, qui, en vertu de leur expansibilité, occupent tout l'espace qui leur est offert. La colonne aérienne qui surmonte chaque unité de surface prise au niveau du sol a une hauteur très