COURS DR PHYSIQUE

delà raugmentation pour une même différence de température devient progressivement croissante. En traduisant sa marche par une courbe où les températures sont les abscisses, et les forces élastiques les ordonnées, on obtient la courbe de la figure 83.

On voit qu'elle s'élève rapidement avant 100®; elle s'élèverait encore plus rapidement après.

121. Relations entre la température d'éballition d'un liquide et la pression qu'il subit.— Pour 100®, elle donne comme force élastique 76 cent. ; c'est ce qui devait être d'^après la définition du point 100. Mais nous pouvons tirer de ce fait une conclusion qui est vérifiée pour tous les autres liquides, c'est qu'un liquide bout lorsque la pression de sa vapeur est égale à celle de l'atmosphère qui le surmonte, et que la vapeur est obligée de déplacer pour se dégager.

L'eau qui bout à 100® sous la pression d'une atmosphère, bouillirait à 121® sous la pression de 2 atmosphères, à 134® sous 3 atmosphères, à 144 pour 4, à 152® pour 5 atmosphères. On voit qu'à mesure que la température s'élève décroît l'intervalle de température pour lequel la force élastique maxima de la vapeur augmente d'une atmosphère.

Cette relation entre la température d'ébuUition d'un liquide et la pression exercée sur lui est trop importante pour que nous négligions de la vérifier. On y arrive simplement en dressant sur la cuve à mercure un baromètre dans lequel on introduit un liquide quelconque, par exemple de l'eau. On passe alors autour du tube un manchon de verre, que Ton ferme à sa partie inférieure par un bouchon muni d'un tube abducteur w, comme le représente la figure 84. Ce bouchon forme fond de cuvette pour une petite quantité de mercure, dans laquelle plonge le baromètre qu'on fixe par sa partie supérieure, après avoir retiré le tout de la cuve à mercure, au moyen d'un bouchon portant un tube recourbé m. Par ce tube on fait arriver un courant de vapeur d'eau bouillante* On voit, à mesure que le liquide du baromètre s'échauffe, le niveau baisser, et quand la vapeur sort librement par le bas,

FOnr.B ÉLASTIQUE DES VAPEURS.

in

le niveau du mercure est le même à l'intérieur du baromètre qu'à Textérieur. 11 en serait de même si on avait mis dans le baromètre de Téther, et si on faisait passer dans la chemise un courant de vapeur d'éther bouillant sous la pression ordinaire. Si on interrompt le courant de vapeur, le mercure remonte dans le baromètre, rapidement d'abord, plus lentement ensuite, ainsi qu'on peutle prévoir en consultant le tableau de la page 174, ou en regardant la courbe des pressions.

122. Principe de la paroi froide. — Ce même appareil nous permet de faire une autre expérience intéressante. Dans celle qui précède, il est sage de n'engager que très peu le tube barométrique dans le bouchon qui le maintient par le haut, de façon à pouvoir enfoncer dans la partie libre de l'ouverture du bouchon la douille courte d'un entonnoir, qu'on remplira d'eau. Recommençons alors l'expérience. Nous verrons que le mercure ne descend dans le tube qu'avec une lenteur extrême. A mesure qu'il s'abaisse, l'eau de l'entonnoir s'échauffe, et, en y regardant de près, on voit par quel mécanisme. On voit, en effet, couler constamment le long des parois du tube barométrique, des gouttelettes liquides qui proviennent de la condensation, sur la partie froide, d'une partie de la vapeur du tube. C'est cette condensation qui chauffe l'eau extérieure. Or si, à un moment quelconque, on mesure la température de cette eau et la pression de la vapeur au même moment, on trouve que la force élas-

Fig. 84.

tique de la vapeur est approximativement celle qui correspond à celte température du sommet du tube, et non pas, comme on pourrait sy attendre, celle de la vapeur d'eau bouillante qui remplit la chemise. C'est là une démonstration du fameux principe de la paroi froide^ énoncé pour la première fois par Watl, et qui est celui-ci : Quand un espace quelconqtjie, occupé par une vapeur, n'a pas la même température en tous ses pointSy la force élastique de la vapeur dans cet espace ne peut pas dépasser celle qui correspond au point le plus froid. Mais on voit que cette situation est instable, et que les forces en jeu tendent d'elles-mêmes à rétablir l'équilibre. Constamment, en effet, ij y a condensation sur cette partie froide, qui seréchauffe,iel le phénomène ne cesse que lorsque l'équilibre est rétabli. Il» est, en revanche, continu si on maintient constante la différence de température, par exemple dans les machines à vapeur, où il y a une circulation constante de vapeur de la chaudière au condenseur, et oir la vapeur apporte dans ce ..condenseur, sauf les pertes, toute la chaleur prise dans la chaudière, excepté celle qu'elle a, dans son parcours, transformée en travail.

En examinant ce phénomène dans son sens le plus général, on voit que la vapeur, différente en cela des gaz, est un milieu qui tend à régulariser les températures en tous les points de l'espace qu'elle occupe. Cette régularisation est même très rapide lorsque la vapeur est seule. Elle est plus lente, comme nous allons le voir, quand la vapeur est mélangée à de l'air; mais elle se fait constamment, et cette conclusion, nous le verrons, est du plus haut intérêt en météorologie.

123. Force élastique des vapeurs mélangées aux gaz. — Quand une vapeur se répand dans un gaz, si la production est lente et se fait à la surface et non dans toute la masse du liquide, on dit que ce liquide s'évapore. Les lois de l'évaporation sont, du reste, les mêmes que celles de l'ébullition pour tout ce qui concerne la chaleur absorbée par la formation de la vapeur etia force élastique qu'elle prend au

FORCE ÉLASTIQUE DES VAPEURS. n9

contact du gaz. Cette force élastique est la même que celle quelle prendrait dans le vide à la même température.

On le démontre facilement de la manière suivante. Un ballon contenant du mercure à sa partie inférieure peut être fermé (Jig. 85) par un bouchon perce de trois trous. Par le trou central, passe un tube t ouvert à ses deux bouts et plongeant dans le mercure. Les deux autres trous portent, le premier, un tube p à robinet fermé par un bouchon et une petite poire de caoutchouc , le second , un tube qu'on peut fermer par un robinet r. Le ballon étant rempli d'air à la pression actuelle, et le niveau étant le même à l'intérieur et à l'extérieur du tube central, on ferme le robinet r, on verse en p un peu d'alcool ou d'éther, on bouche, et on fait arriver quelques gouttes de liquide dans le ballon en ouvi*ant le robinet de |; et en pressant sur la poire. On ferme ensuite vivement le robinet. On voit aus-

Fiff 85

sitôt le niveau monter dans le tube.

Cette ascension est lente, et nous allons revenir bientôt sur ce fait ; elle se continue pendant plusieurs minutes, et c'est là un point qui différencie le phénomène de celui qui se manifeste dans le vide, où la production de vapeurs est instantanée; mais si on attend qu'elle soit terminée, et si on évalue la hauteur du mercure dans le tube, on constate qu'elle est très approximativement égale à la force élastique maxima de la vapeur dans le vide à la même température.

Or, cette hauteur mesure, très approximativement aussi, la pression de la vapeur formée dans le ballon. L'air qui y était contenu n'a, en effet, varié sensiblement ni de température ni de volume. La lenteur du phénomène a permis au mercure et.au verre du ballon de reprendre à l'extérieur la petite quantité de chaleur nécessaire à Tévaporation du liquide introduit;

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lo volume intérieur n'a guère varié que de celui du mercure qui a été chassé dans le tube, et si ce tube n'est pas trop large, cette variation est négligeable par rapport au volume du ballon. Conservant son volume et sa température, l'air a conservé sa pression, et Texcédent de force élastique manifesté par rélévation du mercure dans le tube n'est attribuable qu à la vapeur. Or, nous avons dit qu'il était le même dans le vide. On pourrait donc terminer là cette étude de l'évaporation dans les gaz, en disant qu'elle se fait comme la vaporisation dans le vide, s'il n'y avait pas cette circonstance de temps ou de durée de l'action qui, en physique, n'a pas grande importance, mais qui en a beaucoup en météorologie.

124. Vitesse d'évaporation. —Lorsqu'un liquide est mis en présence d'un volume limité d'air sec, son évaporation est lente et ne se fait pas, du commencement à la fia, avec la même vitesse. Elle doit être maximum à l'origine, nulle lorsque la vapeur a atteint sa force élastique maxima F, et si à un moment quelconque, la force élastique de la vapeur dans le gaz est /", on peut se demander si l'évaporation ne serait pas proportionnelle à chaque instant à F — f. Avec cette hypothèse, on satisfait d'abord aux conditions du début et de la fin de l'évaporation, car cette différence F — /"est, en effet, maximum à Torigine quand /*= o, nulle à la fin quand F = /". Mais il ne suffit pas que notre hypothèse soit vérifiée pour les conditions limites. 11 faut encore qu'elle le soit pour les conditions intermédiaires, et c'est l'expérience seule qui peut nous renseigner à ce sujet. Daltôn a trouvé que cette hypothèse était exacte, de sorte qu'en appelant K la quantité d'eau évaporée dans l'unité de temps, et m une constante, on a

K=riw(F-/-j.

Sî la masse de gaz esl indéfinie, et si / y est maintenu constant par un renouvellement convenable des couches d'air à la surface du liquide, K est aussi constant, et l'évaporation se fait toujours avec la même vitesse.

Çk5ogle

FORCE ÉLASTIQUE DES VAPEURS. m

Mais ce cas est rare. D'ordinaire, lorsqu'il s'agit de vastes surfaces, les couches d'air ne se renouvellent pas facilement ou sont remplacées par d'autres aussi humides qu'elles, de sorte que le phénomène, comme un grand nombre de phénomènes météorologiques, se modère lui-même. La vapeur qui s'est formée gène la formation de vapeurs nouvelles. Il y a même une autre cause qui agit dans le même sens. L'évaporation refroidit le liquide, diminue par là F, et, par conséquent, la différence F — /. Aussi, ne faut-il pas s'étonner si l'air est rarement saturé. Même pendant la pluie, l'air ne contient que par places toute la vapeur d'eau qu'il pourrait contenir.