FORGE ÉLASTIQUE DE LA VAPEUR
Nous avons vu dans la dernière séance qu’un liquide mis dans un espace vide peut y former de la vapeur, et que cette vapeur se forme en quantité d’autant plus considérable, et a une tension d’autant plus grande, que la température est plus élevée.
Ce fait étant bien établi, il s’agit maintenant, pour un liquide déterminé , comme pour l’eau qui nous intéresse sous une foule de rapports , de mesurer exactement la dépression du mercure produite par la vapeur qui s’est formée dans telle ou telle circonstance, c’est-à-dire, à telle ou telle température. C’est ce qu’ont fait Dalton et Betancourt; nous adopterons les résultats de Dalton, postérieurs à ceux de Betancourt, et dont l’exactitude a été confirmée par les expériences d’autres physiciens.
Concevez donc que dans l’appareil dont nous nous sommes servis dans la dernière séance, leçon 24 ? figure 5, on ait fait varier convenablement la température du liquide, qui enveloppe la colonne de mercure au-dessus de laquelle se trouve l’eau , et qu’on ait observé en même temps la dépression du mercure. L’air extérieur presse de la meme manière, et sur le mercure du tube barométrique, et sur le mercure de l’autre tube dans lequel nous avons introduit la vapeur. Puisque nous avons la même pression extérieure, il faut que la colonne de mercure qui reste, plus la force élastique de la vapeur formée, fassent équilibre au poids de l’atmosphère, c’est-à-dire à la colonne barométrique de l’autre tube. Par conséquent, la force élastique de la vapeur est égale à la différence entre la hauteur de la colonne du baromètre et la hauteur de la colonne qui reste dans le tube od est la vapeur. De cette manière, on peut
former très facilement, et avec beaucoup de précision, une table de la force élastique de la vapeur, correspondant à des températures variables , par exemple de ioo° à la température zéro. Quand nous porterons la température à 100% nous remarquerons qu’alors le mercure sera entièrement déprimé, et qu’il sera de niveau dans îe tube qui renferme la*vapeur, et à l’extérieur : par conséquent, à ioo°, qui est le point où l’eau entre en ébullition, la force élastique de la vapeur fait seule équilibre à topt le poids de l’atmosphère ; par conséquent, la force élastique est égale au poids de l’air ou à la colonne barométrique.
Maintenant il importe de connaître la force élastique de la vapeur d’eau au-dessous de zéro et en même temps audessus de ioo°. Une fois que l’eau est à zéro, si le froid continue , elle se gèle ; il s’agit de savoir si la glace produit encore de la vapeur, et de le déterminer à 5, à îo, à i5, à 20 * au-dessous de zéro , ce qui est très facile.
Pour déterminer cette force élastique, on fait usage d’un appareil très simple, figure î , qui se compose d’un tube de baromètre ordinaire, renfermant une colonne de mercure qui nous donne ce qu’on appelle la hauteur du baromètre, et d’un second tube qui se recourbe à angle droit. La branche recourbée entre par une tubulure dans un vase de ferblanc ; on remplit ce vase d’un mélange de glace et de sel, ce qui donne une température de 20° au-dessous de zéro. Avant qu’on ait mis ce mélange réfrigèrent, la vapeur d’eau renfermée dans le tube recourbé étant à la température ordinaire , sa tension est mesurée par la différence des deux colonnes. En refroidissant ensuite cette vapeur, la tension de la vapeur sera toujours déterminée par la température qui sera dans le vase. Pour bien fixer votre attention sur cette circonstance qui se présente souvent dans les machines à feu, je suppose que nous ayons, figure 2, un tube en verre dans lequel nous ayons mis de l’eau, et nous supposerons par hypothèse qu’il n’y ait pas d’air, et que ce tube plonge par chacune de ses extrémités dans deux vases V et v dans lesquels nous ferous varier la température. Nous nous arrangerons , par exemple, de manière à avoir dans l’un de ces vases la température de i5°, et nous mettrons dans l’autre de la glace que nous donnera la température de zéro. La vapeur à i5° a, comme nous l’avons dit, une certaine tension; à zéro, elle a une tension plus faible. La tension sera, par exemple, de 5 millimètres à o°, tandis qu’à i5° elle sera de 12 millimètres.
Quelle sera la tension de la vapeur dans ce tube, exposé à des températures différentes ? Sera-ce la tension qui correspond à i5° ou bien la tension qui correspond à zéro? ce sera toujours la tension correspondante à la plus petite température. Ainsi, quand nous avons un espace vide renfermant un liquide pouvant former de la vapeur, si cet espace est échauffé inégalement, c’est la partie dont la température est la plus basse qui détermine le maximum de tension qu’on peut avoir. Vous concevez, en effet, que, si tout le tube était à i5°, nous aurions une tension uniforme de 12 millimètres. Mais puisque, par hypothèse, nous avons une partie qui est à 5 millimètres de tension , la vapeur ne peut conserver cette tension de 12 millimètres à zéro; et, par conséquent, il se condense une certaine quantité de vapeur, de manière que ce qui reste supporte simplement une pression de 5 millimètres.
Revenons à notre appareil, fig. 1 . Nous avons la partie a b du tube qui est échauffée , par exemple, à 12% qui est la température ambiante, et la partie c d , qui plonge dans le vase de fer-blanc, est à la température de 20 0 au-dessous de zéro. Par conséquent, nous n’aurons dans ce tube, qui est soumis à deux températures différentes, que la tension correspondant à la température la plus basse, à celle qui est exprimée par — 20 °; et on peut en avoir facilement la preuve. Car si, avant d’avoir mis le mélange réfrigèrent, on a remarqué l’endroit où s’arrêtait le mercure, on voit, après qu’on a mis le mélange, que la colonne de mercure a remonté et que, par conséquent, la tension de la vapeur a diminué, et cette tension est précisément celle qui correspond à la température du réfrigèrent. On laisse ensuite le mélange se réchauffer peu à peu et passer par les températures successives de 18, 1 5, 10 degrés, et enfin venir à zéro, et on tient note des tensions correspondantes à toutes ces températures. On remarque dans cette expérience que la vapeur,* formée en a b à la température de 120, passe en c d où elle se condense; de sorte que bientôt il ne reste plus d’eau ; il y a là une véritable distillation. Pour obtenir avec exactitude la mesure de la tension de la vapeur aux diverses températures^ on se sert d’une lunette qu’on pose sur un plan horizontal et que l’on dirige alternativement sur le sommet de la colonne barométrique et puis sur le sommet de l’autre colonne ; de sorte qu’on lit très exactement la différence de ces deux colonnes. C’est par ce procédé qu’on parvient à déterminer la force élastique de la vapeur à des températures très basses et même
plus basses que celles que nous avons ordinairement dans nos climats, même pendant les hivers les plus froids.
Il s’agit maintenant de déterminer la tension de la vapeur au-dessus de ioo°. On y parvient au moyen d’appareils assez simples, lorsqu’on ne s’éloigne pas beaucoup de cette température de ioo° ; mais si l’on veut aller à i6o°, à i8o°, il faut alors avoir recours à des appareils assez compliqués. Cette détermination de la tension des vapeurs à des températures élevées est l’objet des recherches d’une commission dont MM. Arago et Dulong font partie, d’après une invitation de l’Académie, invitée elle-même par le ministre de l’intérieur à faire faire des recherches pour tout ce qui est relatif aux machines à feu.
Voici comment on peut opérer à des températures au-dessus de ioo°. Concevez un réservoir formé par une marmite en métal remplie de mercure jusqu’à une certaine hauteur, et dans laquelle on ait mis de l’eau. Concevez ensuite un tube latéral, également en métal, qui s’élève verticalement jusqu’à îo, 20, 5o, t\o mètres, s’il est possible, et, pouvant au moyen d’une colonne de mercure servir à mesurer directement la force élastique de la vapeur. Un tel appareil présenterait une assez grande difficulté. On a préféré se servir d’un manomètre à air.
Quoi qu'il en soit, nous pourrons figurer l’expérience avec le tube, fig. 5, dont il faut supposer la plus longue branche prolongée indéfiniment. On remplit ce tube de mercure et on introduit ensuite de l’eau dans la courte branche. En plongeant cet appareil dans un bain d’huile, d’acide sulfurique ou de mercure, on peut aller jusqu’à des températures de 200°; lorsqu’on n’a qu’une chaleur de ioo°, les deux colonnes de mercure sont parfaitement égales, ce qui annonce que la pression intérieure est égale à la pression extérieure ; mais si nous allons seulement jusqu’à 122°, l’eau renfermée dans la petite branche produit une vapeur qui a une force élastique double de celle de l’eau à ioo° ; par conséquent elle fait effort contre le mercure beaucoup plus que l’air extérieur; il y a donc dépression du mercure dans la petite branche et élévation dans la longue branche, justement d’une colonne de ^centimètres, de sorte que la vapeur ainsi enfermée fait équilibre à la colonne de mercure soulevée par le poids de l’air qui presse sur cette même colonne. La force élastique de la vapeur audessus de ioo° sera toujours mesurée par la pression atmosphérique, c’est-à-dire par la colonne barométrique , plus la colonne de mercure qui sera soulevée au-dessus du niveau.
Nous allons voir la marche que suit la force élastique de la vapeur quand on l’expose ainsi à des températures diftérentes. Nous prendrons l’eau pour exemple, et nous citerons de loin en loin quelques résultats, en commençant par la température de ao° au-dessous de zéro.
Degrés du
Force élastique en
Degrés du
Force élastique
thermomètre.
millimètres.
thermomètre.
millimètres.
« mm •
88, mm-
Voilà une table de la force élastique de la vapeur depuis — 20° jusqu’à ioo°. Si nous voulons continuer notre échelle, nous pourrons supposer qu’on marche par atmosphères, et vous connaissez bien ce que signifie cette expression, sur laquelle nous nous sommes expliqués. Nous entendons par atmosphère une pression mesurée par la pression moyenne de l’atmosphère , c’est-à-dire par 76 centimètres. Vous voyez, par le tableau que je viens de vous présenter, que, lorsque la vapeur est à ioo° (et alors l’eau est en pleine ébullition) , sa force élastique est égale à 760“% c’est-à-dire à la colonne barométrique; au lieu de cette expression, nous disons une atmosphère.
Degrés du thermomètre.
Nombre
d’atmosphères.
Degrés du thermomètre.
Nombre
d’atmosphères.
Voilà les nombres les plus précis qu’on ait obtenus jusqu’à présent; il y a des nombres intermédiaires, et j’aurais pu marcher par demi-atmosphères. En jetant un coup d’oeil sur cette table , on remarque tout de suite que la force élastique de la vapeur est bien loin d’être proportionnelle à la température ; car, si nous allons depuis zéro jusqu’à io°, nous avons simplement une différence de 4 millim. d’augmentation pour 10 0 de température ; si nous prenons des termes plus éloignés et que nous allions , par exemple, de 90 à ioo°, nous avons une différence de 35\ En effet, les Variations de
force élastique suivent une progression extrêmement rapide, une progression même qu’il n’est pas possible d’exprimer par une loi simple, mais qu’on peut exprimer facilement, comme l’ont fait divers physiciens, par une formule telle que la suivante :
Force élastique ~ o, 76 ( 10) at 4- bt%.
Néanmoins on ne peut étendre cette formule au-delà des limites de l’observation; pour donner un rapport au-delà, elle n’est pas d’un très grand intérêt.
En voyant ainsi la force élastique augmenter dans une aussi grande proportion, puisqu’en effet, après 200 degrés, un demi-degré serait suffisant pour donner une atmosphère, il semble qu’il y aurait un avantage immense à chauffer beaucoup ; ce serait une erreur très grave. Il faut faire attention que le thermomètre ne mesure pas la quantité de calorique qui est absorbée par la vapeur.
Il s’agit de voir si d’autres liquides se comportent d’une manière semblable. Nous allons prendre, par exemple , l’al~ cool, et citer quelques résultats. Pour pouvoir comparer la force élastique de l’alcool à celle de l’eau, il faut prendre l’alcool fournissant la même force élastique que celle de la vapeur fournie par l’eau. Or, nous savons que, quand l’alcool bout, ce qui a lieu à 78°, 4? il a une force élastique qui fait équilibre au poids de l’atmosphère , c’est-à-dire qu’elle est égale à 760 millim. , qui est la mesure de la force élastique de la vapeur d’eau à 100°.
t Formons une table de la force élastique de l’eau et de l’alcool, en descendant par une série arithmétique dont la raison est lo, à partir du point d’ébullition pour chaque liquide, c’est-à-dire de ioo° pour l’eau et de 78° 4 pour l’alcool.
EAU. ALCOOl.
Degrés.
Tension de
Degrés.
Tension de
Différence des
la vapeur.
la vapeur.
tensions.
lOO
Vous voyez que ces deux séries ont un terme commun qui est 760, mais qu’en descendant au-dessous du point d’ébul-
ïition pour chaque liquide, nous avons des quantités différentes. La cinquième colonne fait connaître les différences des tensions.
Il résulte de ce tableau que les forces élastiques des vapeurs de deux liquides ne suivent pas exactement la même loi , en descendant de la même quantité , à partir du point de leur ébullition. On avait d’abord cru que ces différences n’existaient pas, et même Dalton avait partage cette opinion. Mais il est démontré aujourd’hui que la force élastique des vapeurs fournies par les divers liquides, à partir du point de leur ébullition, n’est pas la même pour des abaissemens égaux de température.
Cependant, pour des calculs approximatifs, la différence n’est pas telle qu’on ne puisse se servir de la table que nous venons de vous présenter, et qui est très commode pour se faire tout de suite une idée de la force élastique d’un liquide qu’on n’aurait pas soumis à une expérience rigoureuse. On nous demande, par exemple, la force élastique produite à ao° par un liquide qui bout à 8o°. Nous dirons : La différence entre 20° et 8o° est 6o° ; nous prendrons sur une table de la force élastique de l’eau la force élastique correspondant à 6o° au-dessous de ioo°, c’est-à-dire à l\o°. Cette force élastique est 53; donc le liquide inconnu a une force élastique égale à 53.
Mais ce n’est là qu’une approximation ; car on ne peut dire, à la rigueur, qu’en s’éloignant de quantités égales du point d’ébullition pour les différens liquides, la force élastique de leur vapeur soit constamment la même. On trouve pour l’éther hydro-cyanique que sa force élastique décroît plus rapidement que celle de l’eau. En général , on trouve que la force élastique des liquides les plus volatils décroît plus rapidement que celle des liquides qui sont moins volatils. On a soumis à l’expérience quelques autres liquides, comme le sulfure de carbone, l’éther sulfurique.
Pour donner une idée des variations des forces élastiques des divers liquides, on a construit l’appareil, fig. 4* Cet appareil se compose d’un faisceau de tubes, dont l’un est un tube barométrique ordinaire, et dont les autres renferment au-dessus de la colonne de mercure, de l’eau, de l’acide sulfurique, de l’éther, de l’acide hydro-chiorique , du camphre, etc. En faisant tourner le faisceau , et en présentant chaque tube à une règle qui est adaptée à l’appareil, on peut obtenir la force élastique de chaque liquide; elle est toujours mesurée par la différence entre la colonne barométrique et la
— 5go —
lonne de mercure qui se trouve dans ie tube où on a mis le liquide.
Nous savons maintenant que les liquides et les solides introduits dans un tube vide y produisent de la vapeur. Je dis de la vapeur, parce que ces fluides élastiques qui se forment peuvent, par un abaissement de température ou par la compression , revenir facilement à leur état primitif. Il s’agit maintenant de savoir ce qui arrivera, lorsque les vapeurs, au lieu de se former dans un espace vide, se formeront dans l’air. Voilà la question que nous nous proposons d’examiner, et qu’il nous sera facile de résoudre, d’après ce que nous avons vu jusqu’à présent.
Pour déterminer ce qui se passe dans cette circonstance , il faut prendre un volume d’air constant et invariable , et y introduire ensuite le liquide dont nous voulons étudier la vapeur. On se sert pour cette expérience d’un appareil , fig. 5 , qui consiste en un large tube qui porte des divisions, parce qu’il s’agit de mesurer des volumes et en un second tube étroit communiquant par la partie inférieure avec le premier tube ; l’objet de ce second tube est de connaître les variations d’élasticité qui auront lieu dans l’intérieur.
Pour faire l’expérience, on commence par introduire du mercure dans le large tube ; ce qui se fait en versant le mercure dans le petit tube au moyen d’un entonnoir, ou, mieux encore, en le versant directement dans le large tube par l’ouverture pratiquée à sa partie inférieure , et qui se ferme au moyen d’un robinet. Cette première opération terminée , on s’attache à rendre la pression de l’air intérieur et celle de l’air extérieur parfaitement égales, en mettant du mercure dans la petite branche jusqu’à ce que les deux colonnes arrivent à être de niveau. Nous avons ainsi un certain volume d’air à la pression atmosphérique ; nous le notons au moment de l’expérience. Nous trouvons, par exemple, que l’air occupe un espace exprimé par 62 parties du large tube.
Il faut maintenant introduire dans cet appareil, fermé de toutes parts, de l’éther : cela est très facile. On verse d’abord l’éther dans le petit tube; on ouvre ensuite le robinet du large tube jusqu’à ce que l’éther soit descendu jusqu’en bas du petit tube. Aussitôt qu’il est arrivé à ce point , sa légèreté spécifique le fait s’élever au-dessus du mercure dans le large tube ; mais, au moyen du mercure que nous avons fait tomber en ouvrant le robinet, le volume occupé par l’air a augmenté, il faut le * amener à ce qu’il était d’abord, c’est-à-dire, à 62. Pour cela, je ^ erse de nouveau du mercure dans le petit tube.
II faut avoir une attention dans cette expérience, c’est que le liquide mouille partout; on obtient ce résultat en agitant le tube. Sans cette précaution , l’expérience ne se ferait qu’ imparfaitement.
Lorsqu’on est parvenu à ramener le volume d’air à 62, on a dans l’autre tube une colonne de mercure qui n’existait pas auparavant, et qui s’élève au-dessus du niveau. Le ressort de l’air intérieur étant resté constant, il est évident que la colonne au-dessus du niveau ne peut être soutenue que par la vapeur qui s’est formée, et qui a ajouté son ressort à celui de l’air.
Il est assez curieux maintenant de comparer la force élastique de la vapeur qui est produite, dans cette circonstance, à la force élastique de la vapeur qui s’est produite dans le vide. Si l’on compare la colonne soulevée dans l’appareil , fig. 5 , et qui, comme nous venons de le voir, mesure la force élastique de la vapeur dans l’air; si on la compare , dis-je , à la dépression du mercure dans l’appareil, fig. 5, leçon 24? qui mesure la force élastique de la vapeur dans le vide, on trouve que la colonne soulevéeest sensiblement égale à la colonne déprimée; et la différence, s’il y en a une, peut être attribuée à la température qui peut ne pas être exactement la même de part et d’autre. Lorsqu’on opère avec beaucoup de soin dans un cabinet, la différence est nulle.
Admettant qu’il n’y a pas de différence entre les deux colonnes, voici la conclusion qù’on doit en tirer; c’est que la force élastique de la vapeur qui se produit dans un espace vide est justement égale à la force élastique de la vapeur qui se produit dans l’air. Ce résultat extrêmement simple est dû à Deluc. Car Deluc regardait la transformation des corps en vapeurs comme étant le résultat de la température et non pas d’une action chimique de l’air: ce que Saussure soutenait. Le résultat de Deluc n’a pas été adopté sur-le-champ, et on préféra la théorie de Saussure qui paraissait se lier davantage aux phénomènes chimiques. Dalton a repris ce travail en sousœuvre, et en l’étendant beaucoup, il est parvenu à donner des résultats extrêmement précis qui sont aujourd’hui généralement adoptés.
Nous avons fait l’expérience sur l’éther, parce que l’éther est très volatil, mais nous eussions opéré sur l’eau, l’alcool ou un liquide quelconque, que le résultat eût été le même; et par conséquent on peut généraliser le résultat, en disant que les vapeurs se forment en même quantité dans un espace vide "et dans un espace occupé par de l’air. Or de l’air est un mélange
d’azote et d’oxigène. Par conséquent nous étendrons ce résultat à un gaz quelconque, pourvu que ce soit un gaz qui n’ait pas une action chimique puissante sur les vapeurs qu’on emploie.
Ce fait étant établi, nous allons en tirer quelques conséquences.
Puisque nous venons de voir que la quantité de vapeur ou la force élastique de la vapeur est la même dans le vide ou dans un espace occupé par un gaz, vous devez comprendre que cela a lieu pour un gaz sous une pression quelconque: car puisque nous avons été du vide à la pression atmosphérique, et du vide où il n’y a rien jusqu’au plein où nous avons l’air, la différence est énorme, ce cas embrasse tous les cas particuliers qui peuvent se présenter et montre clairement que la formation de la vapeur est indépendante de la pression de l’air. Ainsi, pour une demi-atmosphère, pour un quart d’atmosphère, comme pour deux, trois, quatre atmosphères, la force élastique de la vapeur est la même.
N’est-il pas clair, d’après cela, que si nous prenons de l’air à une pression deux fois moindre, la tension de la vapeur qui se formerait dans cet air serait toujours la même ? Il faut supposer, pour que cela ait lieu, qu’il y ait dans l’espace où se forme la vapeur un excédant de liquide ; nous verrons plus tard pourquoi: il faut l’admettre pour le moment.
Nous demanderons maintenant comment variera le volume d’un gaz dans lequel de la vapeur se forme , en supposant que le vase qui renferme le mélange soit extensible. Revenant à notre appareil, fig. 5, nous mesurons la longueur de la colonne soutenue par la vapeur, nous trouvons, par exemple, qu’elle est égale à 5? centimètres, ainsi :
La force élastique zz o m. 37.
Maintenant je vais rendre le vase extensible, c’est-à-dire, l’étendre jusqu’à ce que la colonne soulevée soit descendue au même niveau que l’autre. Pour cela j’ouvre le robinet et je laisse tomber du mercure, j’augmente ainsi l’espace occupé par l’air, et c’est évidemment comme si j’avais rendu le vase extensible. Après que le mercure est parfaitement au niveau dans chaque colonne, je regarde quel est le volume actuel du gaz et je trouve, par exemple, qu’il est de 1 18 parties, au lieu qu’auparavant il était de 62.
Si nous eussions eu dans ce mélange au lieu de vapeur un autre gaz, un gaz ne changeant pas d’état, la réduction de volume se fût faite d’après la loi de Mariotte. Mais cette loi n’est pas applicable aux vapeurs, dans là circonstance où
nous nous trouvons, parce que la quantité de vapeur ne reste pas constante, et qu’il s’en forme une noirvelle quantité correspondante à l’étendue de l’espace.
Prenons des exemples. Admettons que le baromètre marque 76 centimètres, et que la force élastique d’une vapeur, de l’éther par exemple, soit justement de 38 centimètres ou de la moitié de l’atmosphère, et qu’en mettant cette vapeur avec de Pair dans un vase extensible, il y ait égalité entre la pression intérieure et la pression extérieure. Comme la vapeur d’éther aura constamment une force élastique exprimée par 38 centimètres, il faudra, que l’air fournisse ce qui manque , c’est-à-dire, qu’il fournisse aussi 38 centimètres. Par conséquent, si nous avions un volume d’air à la pression de 76centim.,il faudra, quand nous aurons mis de la vapeur, que le volume soit doublé. Car la vapeur aura toujours conservé 38 ou une demi -atmosphère, et par conséquent l’air n’aura besoin que de fournir une demi - atmosphère. Mais avant il supportait une atmosphère, il n’en supporte plus qu’une demie ; son volume doit doubler d’après la loi de Mariotte.
Supposons une vapeur dont la force élastique ne formât que les neuf-dixièmes de la force élastique de l’air, quand l’équilibre sera établi dans le vase extensible, l’air ne supportera qu’un dixième de la pression, et par conséquent son volume décuplera. Si vous supposiez une vapeur dont la force élastique fût les 99 centièmes , ou les 999 millièmes de celle de l’air, dans ces cas , l’air n’aura besoin que de fournir un centième ou un millième de la pression , et il prendra, par conséquent, un volume cent ou mille fois plus grand.
Ainsi, connaissant la force élastique de la vapeur, on pourra toujours, d’après la loi dont nous venons de parler, déterminer par le calcul le véritable volume que doit prendre le mélange. C’est ce que nous allons chercher à vérifier sur les nombres que nous avions pris approximativement.
Pour cela il n’y a qu’à prendre une expression. Soit, par exemple, un volume d’air que je représente par a, à une pression p. Soit f la force élastique de la vapeur. Le volume v devient V9 en se dilatant de manière que la pression intérieure soit égale à la pression extérieure. L’air a alors une force élastique qui n’est que le complément de celle de la vapeur. Ainsi puisque la vapeur conserve toujours la même force élastique, l’air ne supporte plus qu’une pression égale à p — f. Vous trouverez pour le volume que prendra le mélange,
V—vX
Traduisant cette formule par les nombres qui nous ont été donnés par l’expérience , nous aurions pour la valeur de V :
Nous avions trouvé 118 par l’expérience. La légère différence qui existe peut provenir des températures. C’est Dalton qui le premier a montré cette loi suivant laquelle se font les variations de volume, lorsqu’on mélange de l’air et de la vapeur dans un vase extensible.
Revenons maintenant sur la formation proprement dite de la vapeur. Vous avez vu qu’en introduisant un liquide dans le vide barométrique , il y a aussitôt une dépression du mercure, qui ne peut être occasionnée que par la vapeur qui s’est formée. Lorsqu’ensuffe on échauffe l’appareil , le volume occupé par la vapeur augmente d’une manière très marquée et en même temps très rapide. On m’a demandé si ces variations de volume étaient dues simplement aux variations delà température, ou s’il se formait une nouvelle quantité de vapeur. Il est évident que c’est une nouvelle quantité de vapeur qui s’est formée. Car, en prenantl’airpour exemple, vousn’auriezpourune augmentation de température de io°, de 20% qu’une augmentation de volume ou de force élastique, ce qui est la même chose, de 3 de -ê§f Cette loi est commune à tous les fluides élastiques. Puisque nous avons une augmentation beaucoup plus considérable, cela démontre clairement qu’il s’est formé une nouvelle quantité de vapeur. Ainsi il y a deux effets : il y a formation d’une nouvelle quantité de vapeur, et puis celle que vous pouvez concevoir déjà existante se trouve échauffée ; elle éprouve une dilatation , et sa force élastique se trouve augmentée d’une certaine quantité; mais cet effet est très petit relativement à l’autre.
Quand on considère la vapeur d’un même liquide à différentes températures, on trouve que la densité de la vapeur qui s’est produite dans cette circonstance , en ramenant toujours à une pression constante , conserve le même rapport avec la densité du fluide élastique auquel on compare cette vapeur.
Nous savons que la vapeur d’eau a une densité qui est moindre que celle de l’air dans le rapport de 10 à 16. En prenant la vapeur d’eau qui s’est formée successivement à diverses températures, je dis que, pour chacune de ces tem-
pératures, la densité de la vapeur comparée à la densité de l’air offre toujours le même rapport de 10 à 16. Il faut bien faire attention que quand on compare la densité des fluides élastiques, il est nécessaire de les supposer soumis à la même pression.
Quand on a fait cette correction, on trouve que la densité des vapeurs est toujours dans le même rapport relativement à celle de l’air.
A la même température et sous la même pression , la vapeur qui se forme dans le vide , et, en général, dans l’air et dans un fluide élastique quelconque, a une tension constante, parfaitement déterminée, et invariable pour une température donnée; de sorte que, si vous voulez comprimer, c’està-dire si vous voulez, en d’autres termes, réduire l’espace dans lequel elle se trouve , dans ce cas elle conserve encore la même force élastique ; mais alors il y a une portion de vapeur qui se précipite, proportionnelle à la réduction de l’espace.
Tel est le principe d’où il faut partir, et qui ne vous égarera jamais; c’est que la vapeur pour une température déterminée a une force élastique déterminée. ilugmentez-vous la température, il se forme de nouvelle vapeur, nouvelle force élastique. Diminuez-vous la température, il se précipite une quantité de vapeur pour satisfaire à ce qui est voulu par la température. Au lieu de faire varier la chaleur, vous faites varier l’espace; vous réduisez, par exemple, l’espace de moitié. Dans ce cas, la vapeur ne suivra pas la loi de la compression de l’air; car, si elle suivait cette loi, à la même température, vous auriez des forces élastiques différentes, tandis que vous devez avoir des forces élastiques constantes. En cherchant à comprimer la vapeur qui se trouve saturant un espace, il s’en précipite une quantité justement proportionnelle à la quantité de l’espace. C’est pour cela qu’on dit que la vapeur ne se laisse pas comprimer, dans les circonstances que nous entendons, c’est-à-dire lorsqu’il existe constamment de la vapeur en contact avec le liquide, ou qu’il y a un excédant de liquide.
Ainsi, pour chaque température, il y aura une force élastique constante. Il y a une autre manière d’exprimer cette condition de la vapeur; c’est que pour chaque température constante vous avez un certain nombre de molécules dans l’espace , nombre qui détermine la force élastique. Dans ce cas, nous pouvons dire que pour une température déterminée, les molécules des vapeurs sont à une distance détermi-
née le» unes des autres. Si maintenant nous cherchons à comprimer ces molécules, nous les forçons à se rapprocher, et alors la' distance diminue; mais en diminuant la distance, les molécules rentrent dans leur sphère d’attraction, elles se constituent en liquide, et il en disparaît une certaine quantité, pour que les molécules qui restent se trouvent toujours à une distance constante, celle qui est voulue par la température.
