IO

Bismuth. .

Plomb. . . .

Antimoine.

Aluminium

33S« 440° SOO'»'

Argent i 000°'

Cuivre i 050°'

Or i 250^-

Platine i 700^*

Les chiffres marqués d'un astérisque sont approximatifs. On voit que l'échelle de fusion est l'échelle tout entière des températures que nous savons produire, et il y a même des corps que nous ne pouvons fondre que très difflcilement, par exemple le quartz.

110. Ébullitlon. — Revenons à notre eau de fusion do la glace. Elle est à 0^. Si on continue à la chauffer par un moyen quelconque, nous la verrons émettre des vapeurs do plus en plus abondantes; puis, à un moment donné, elle entrera en ébuUition. Les bulles de vapeur, au lieu de se former uniquement à sa surface, prendront naissance dans son intérieur, de préférence dans la partie la plus chauffée, et viendront crever à la surface, emportant avec elles la matière du liquide, qui disparaîtra peu à peu. De même que pendant la fusion, nous verrons la température d'un thermomètre plongé dans le liquide rester constante pendant l'ébullition. Il y a donc encore ici de la chaleur rendue latente, c'est-à-dire de la chaleur transformée en travail.

Quelle est la transformation intérieure qui s'opère pendant l'ébullition? On ne le sait pas mieux que pour la fusion. Sans doute, on voit bien un travail accompli, et par conséquent une cause de perle de force. Les molécules du liquide s'écartent beaucoup, car le volume de la vapeur est le plus

46i COURS DE PHYSIQUE.

sdjivent de beaucoup supérieur à celui du liquide. Do plus, il faut suffire au travail extérieur qui consistée vaincre la pression atmosphérique. Mais tout cela est secondaire. En faisant le vide au-dessus du liquide, on peut augmenter beaucoup le volume occupé par la vapeur, la débarrasser de tout tra^^l extérieur, et cependant la chaleur latenteaugmenle au lieu de diminuer. On peu t en effet , d'après les expériences de RegnauU, la représenter par la formule empirique suivante, qui donne en calories la chaleur latente absorbée par la vaporisation, sans changement de température, de i kilogramme d'eau.

ou t représente la température de formation de la vapeur.

Dans le cas où l'ébullition a lieu sous la pression normale de 76 cent., il faut faire, comme on sait, f=100, d'oiiX = 537 cal. Lsi chaleur latente de vaporisation à 100% celle qu'il faut donner à un kilogramme d'eau à 100<* pour la transformer en vapeur saturée à la même température, est de 537 calories. C'est un chiffre bien supérieur à celui de la chaleur latente de fusion. Il correspond à un travail de 228,215 kilogrammètres.

En faisant le vide au-dessus du liquide, la température tombe, comme nous allops le voir, à zéro, ou même audessous, et si dans la formule ci-dessus on fait t = 0, on a X = 606,5, c'est-à-dire un chiffre encore plus élevé qu'à iOO**.

111. Absorption de chaleur pendant Tébullitlon. — On montre bien qu'à toutes les températures, il y a de la chaleur consommée dans l'acte do la vaporisation, à l'aide de la machine Carré (fig, 78j. A l'orifice r ou r, on adapte une carafe plate et large qu'on remplit à moitié d'eau, de façon à préparer une large surface à la production de vapeurs. Quant on fait le vide, on voit bientôt se produire Une véritable ébullition. Le récipient S, S', que nous n'avons pas encore utilisé, est précisément destiné à absorber les Vapeurs formées. Pour cela if est renipU d'acide sulfurique concentré, qu'une palette invisible, mue par la tige /, agite constamment, de façon à renouveler les surfaces d'absorption.

GHANGEMEÎiTS.D'IîrAT:.

L'absorption étant rapide tant que Tacide sulfurique n'est pas trop étendu, la production de vapeurs est rapide aussi, consomme de la chaleur qui ne peut être empruntée qu'au liquide, de sorte que celui-ci se refroidit et finit par se con-

^|WW

Fiff. 78.

geh^y et que l'appareil peut être et est eu effet employé refroidir les eaux de boisson, ou à obtenir de la glace dans une saison quelconque.

112. Rôle calorifique de la vapeur d'eau atmosphérique.—En résumé donc, soit qu'il s'agisse d'ébuUition oud'évaporation, car nous n'avons jusqu'ici fait aucune différence entre les deux phénomènes, l'eau en s'évaporant consomme beaucoup de chaleur. On calcule assez facilement que-, pour fournir à 1 kilogramme d'eau à IS'^ les 3,96 calories qui

t66 COURS DE PHYSIQUE.

lui sont nécessaires pour se transformer en vapeur à i5<>, il faudrait toute la chaleur qu'abandonnent environ 200 mètres cubes d'air en s' abaissant de 10^. On devine tout de suite que révaporation doit être lente, et que la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air ne variera pas beaucoup dans le courant d'une journée.

Produite en un point, cette vapeur n'y reste d'ordinaire pas. Plus légère que l'air, elle monte, elle est emportée par les vents. Tant qu'elle reste à l'état gazeux, elle conserve intacte la chaleur qu'elle a absorbée et peut ainsi la promener sur le globe. £llc la transporte de même, de pièce en pièce, dans les appareils de chauffage à la vapeur. Mais sitôt qu'une circonstance quelconque en provoque la condensation, elle rend intégralement sa chaleur latente. Le travail produit redevient de la chaleur sensible au thermomètre.

1 13. Condensation. — Il importe ici de bien préciser le mécanisme de cette condensation. Voici de la vapeur qui se refroidit pour une cause quelconque. Elle monte spontanément dans l'air parce qu'à chaque niveau elle a une densité inférieure à celle de l'atmosphère ambiante, ou bien elle est emportée par le vent le long d'une pente qu'elle gravit; en montant elle se dilate, et la dilatation abaisse sa température. Dans ce cas on peut dire que la cause de refroidissement est intéfieure. Voici au contraire de la vapeur que les vents mélangent avec de Tair plus froid, et soumettent par conséquent à une cause de refroidissement extérieur. Dans les deux cas, la vapeur se condense, restitue sa chaleur latente : mais il ne faut pas croire, comme on le fait souvent, ni professer, ce qui est plus grave, que cette chaleur restituée amène une élévation de température. Cette élévation de température, si elle se produisait, aboutirait à la formation nouvelle d'une certaine quantité de vapeur, c'est-à-dire, en résumé, diminuerait la quantité de vapeur condensée au commencement du phénomène. Mais en réalité, il n'y a pas d'échauffcmentou il n'y en a que par places. La règle est que la chaleur rendue libre par la condensation est employée à modérer le refroi-.

CHANGEMENTS D'ÉTAT. i^i

dissement qui la produit. Le nuage qui monte le long de la pente se refroidira moins vite, dès que la condensation y aura commencé. La température du mélange d'air et de vapeur tombera moins bas que s'il n'y avait pas condensation. Mais, sauf des circonstances locales, dans une masse de vapeur d'eau soumise à des causes de refroidissement, la température sera aussi invariable que dans une masse de glace soumise à des causes de réchauffement, et cela tant que la vapeur ne se sera pas condensée tout entière.

On voit par là quel puissant régulateur de température la vapeur d'eau forme dans l'air. Elle tempère la chaleur dans les climats et dans les étés chauds, en absorbant, sous forme de travail de vaporisation, une partie notable, nous l'avons vu, de la chaleur de l'air ou du sol. Elle tempère le froid dans les hivers et les régions boréales, en restituant la chaleur absorbée. Rappelons-nous maintenant son rôle d'écran dans Tair, et nous conclurons que la vapeur est peutêtre le plus merveilleux rouage de vie sur le globe que nous habitons.

1 14« Solidification. — Si nous continuons à enlever de la chaleur à l'eau de condensation de la vapeur, elle se refroidit et repasse à l'état de glace. Nous ne pourrions que répéter, à propos de ce changement d'état et de la chaleur qu'il rend libre, ce que nous disions à propos de la condensation. Cette chaleur rendue libre n'est pas disponible. Si elle le devenait, elle s'emploierait à fondre de la glace. En réalité, elle augmente la lenteur de la congélation. 11 faut que la cause de refroidissement, quelle qu'elle soit, emporte de Veau toute la chaleur latente de fusion de la glace pour que toute cette eau se congèle. La chaleur latente joue donc encore ici un rôle retardateur, c*est-à-dire pondérateur. Ici encore elle modère les effets du refroidissement qui la remet en liberté.

Il nous reste, pour terminer ce sujet, à étudier quelques déviations aux lois générales de la fusion et de l'ébullition, telles que nous venons de les indiquer.

116. Influence de la pression extérieure sur là température de fusion et. de vaporisation. — Nous avons (lit que la température de fusion d'un corps était invariable, tant que les circonstances extérieures restaient les mêmes. Cette réserve est motivée par ce fait'que la température de fusion n'est pas tout à fait invariable. Ainsi, quand Teau est fortement comprimée, elle ne se congèle qu'à la condition d'être. refroidie au-dessous de 0^ ce qui revient à dire que si on comprime de la glace maintenue à 0^, elle fond, pour repasser à Tétat de glace si la compression cesse. Nous assistons là à d'incessantes transformations du travail en chaleur et réciproquement. On s'explique, par cette fusion de la glace à 0** aux points les plus pressés, et par cette congélation nouvelle dès que là pression cesse, la descente incessante des glaciers dans une vallée dont ils contournent tous les méandres et remplissent toutes les cavités. Le glacier, pénétré par les eaux de fusion, de condensation et de pluie, est à 0° partout où ces eaux pénètrent librement, et si sa substance jouit de la propriété de se liquéfier contre un obstacle et de se solidifier lorsqu'elle l'a tourné, c'est absolument comme si le glacier était 4 1^ f^is solide et liquide.

L'influence de la pression sur la température de congélation est faible. Sir W. Thomson a trouvé un abaissement de 0*^,13 pour une augmentation de pression de 16 atmosphères. Nous avons vu que la température d'ébuUition varie beaucoup plus avec la pression, puisqu'on peut faire bouillir Teau à une température quelconque, dans l'appareil Carré, en faisant Je vide, et d'un autre côté qu'on peut porter l'eau beaucoup au-dessus de 100**, dans la marmite de Papin, les autoclaves et les machines à. vapeur, sans qu'elle entre en ébuUition, à la condition de comprimer dans un espace clos les vapeurs qui Se forment. Nous retrouverons du reste bientôt ce sujet.

116. Retards à la condensation et & lasolidiflcâ^ tion. — Pour le moment, nous avons à signaler une aûlrf*

CHANUEMENTS D'ÉTAT.

catégorie de pértnrbatioos des lois .générales. Ces lais exigeraient évidemment que la température de condensation d'une vapeur soit celle de sa formation, que celle de solidification d'un corps fondu soit celle de sa fusion lorsqu'il est solide. Or, il n'en est pas toujours ainsi.

Voici qui le démontre pour les vapeurs. Dans un flacon fermé par un bouchon au travers duquel passe un tube de verre portant une poire de caoutchouc (fig. 79), on introduit un peu d'eau, et on ferme. L'air se sature, ou à peu près, de vapeur d'eau. En com- Ê primant la poire, on produit un petit échauffement de Tair intérieur, et cet échauffement se dépense en partie à produire un petit excédent de vapeur d'eau qui devrait se condenser lorsqu'en lâchant la poire, on laisse l'air revenir à sa température initiale. Or, on ne voit aucun brouillard, si léger qu'il soit, à l'intérieur du flacon, dont les parois doivent être très nettes. Dans ce même flacon, introduisons alors des traces imperceptibles de poussière pouvant rester en suspension dans l'air, par exemple un.peu de fumée de cigarette, el recommençons l'expérience. Noiis verrons l'air se troubler à chaque décompression, et redevenir transparent à chaque compression, témoignant ainsi que la vapeur d'eau subit alors Teff'et prévu. Pourquoi ne le subissait-ellé pas tout à l'heure? Évidemment parce que la vapeur, pour se condenser lorsqu'elle n'est pas sollicitée par un fort refroidissement, a besoin d'une amorce. La condensation se fait autour de ces particules invisibles de fumée, probablement en vertu de ces actions capillaires que nous avons étudiées, mais par un mécanisme encore mal connu, et que. nous ne chercherons pas à scruter de plus près. Concluons seulement de cette, expérience qu'un air chargé de poussière ou dé fumée sera, toutes choses égales d'ailleurs,

beaucoup plus apte à la formation du brouillard qii*un air pur et limpide. Nous verrons plus tard que cette notion a son importance.

Pourla solidification, nous avons desphénomënes pareils. La meilleure manière de les manifester est d'opérer sur des solutions sursaturées, en particulier sur celles du sulfate ou de rhyposulfile de soude. En chauffant presque à TébuUition un mélange de 2 d'hyposulfite de soude pour 1 d'eau ou de 3 de sulfate de soude pour 2 d'eau, on réussit à obtenir des solutions qui., filtrées rapidement dans des vases bien lavés, restent liquides jusqu'à la température ordinaire. 11 suffit d'éviter les éclaboussures sur les parois, de retirer le col do Tentonnoir du filtre de façon à ne pas laisser de liquide sur le col du ballon ou du flacon, et de fermer ce col avec un tampon de colon, ou de le maintenir incliné de façon à éviter la chute des poussières atmosphériques. On a alors un liquide qu'on peut facilement agiter, mettre en conlact avec une baguette de verre bien lavée ou une tige quelconque de métal bien nettoyée, sans qu'il se solidifie, mais qui cristallise et reprend en quelques secondes l'état solide si on y introduit un fragment d'hyposulfil»^ de soude d'un côté, de sulfate de soude dans l'autre. En même temps, le solide se réchauffe d'une façon apparente à la main. C'est la chaleur de fusion ou de dissolution qui redevient sensible.

On peut reproduire ces effets au moyen du phosphore, qu'on fond sous l'eau dans un long tube de verre, fermé par un bout. Ce tube (fig. 80) est maintenu au milieu d'un grand ballon rempli d'eau. On chauffe cette eau à une température un peu supérieure à 44®,2, pour faire fondre le phosphore, et on retire le ballon du feu. Son refroidissement est très lent, grâce au grand volume d'eau

Fig. 80.

CHANGEMENTS D'ÉTAT. il\

qu'il contient, et cette lenteur est favorable à la surfusion du phosphore. On peut ainsi descendre jusqu*à la température ordinaire, mais alors la plus faible agitation, ou plus sûrement encore, l'introduction dans Tun des tubes d'un fragment de phosphore blanc amène la solidification du phosphore fondu. Un fragment de phosphore rouge dans l'autre tube reste sans effet. Cette jolie expérience est duc à M. Gernez.

Avec l'eau, il faut encore plus de précautions. Lameilleure manière de l'amener à l'état de surfusion est de répéter l'expérience de M. Dufour, qui consiste à composer, avec de l'huile d'amandes douces et du chloroforme, un mélange tel qu'il ait la densité de l'eau et que l'eau qu'on y introduit y prenne la forme de gouttelettes sphériques plus ou moins grosses, arrondies par les forces capillaires, et en suspension dans un liquide de même densité. On peut, en refroidissant le mélange, les amener à 20° sans qu'elles se congèlent ; mais lorsqu'on les touche avec un corps quelconque ou une aiguille de glace, leur congélation est immédiate. C'est à un phénomène analogue que nous assistons lors de la formation du verglas, que nous étudierons à son heure.