SUITE DE LA PRODUCTION DU FROID PAR L’ÉVA- PORATION

Nous avons commencé dans la dernière séance, à nous occuper du froid produit par l’évaporation, et nous avons dit que le froid produit par l’évaporation pouvait avoir lieu ou dans le vide absolu, ou bien dans un gaz. Il y avait à examiner ces deux circonstances. La plus simple est celle où l’évaporation se fait dans le vide. Dans ce cas, le liquide se

trouvant dans un espace supposé indéfini, ia vapeur se produit très rapidement, et le vide est rempli en très peu de temps. Alors la vapeur devant absorber une ceitaine quantité de calorique qu’elle rend latent, et ce calorique ne pouvant être fourni dans le vide que par le liquide lui-même, il doit en résulter nécessairement un abaissement de température. Voilà le fait général.

A mesure que le liquide se refroidit par la production de la vapeur, il produit de la vapeur d’une densité ou d’une force élastique, ce qui est la même chose, de plus en plus faible, de sorte que la production du froid doit aller nécessairement en diminuant; et comme la force élastique des liquides suit une progression décroissante extrêmement rapide, il en résulte que la cause de production du froid devra diminuer suivant une progression décroissant aussi d’une manière très rapide.

S’il n’y avait pas de cause étrangère qui puisse altérer le résultat, il n’y aurait pas de raison pour que le froid ne fût pas , pour ainsi dire, indéfini; il n’aurait pas d’autre limite que la production de la vapeur. Mais le froid ne va pas ainsi indéfiniment, parce qu’à mesure que le liquide se refroidit, il reçoit de plus en plus du calorique des corps environnans.

,\ insi , d’une part, le froid va toujours en diminuant d’intensité, et d’un autre côté la quantité de calorique fournie par les corps environnans va continuellement en augmentant ; elle est proportionnelle, comme nous l’avons établi, à la différence de température des deux corps. Par conséquent, il arrivera nécessairement un point où le calorique absorbé par l’évaporation sera égal au calorique que le corps reçoit des corps environnans ; et toutes les fois que cette circonstance arrivera, on aura le maximum de froid qu’il est possible d’obtenir dans la circonstance où l’on s’est placé. Mais on peut reculer ce maximum de froid en faisant varier la température initiale.

Nous avons, dans la dernière séance, indiqué le moyen employé par M. Leslie pour faire congeler l’eau. On est parvenu au même résultat par d’autres procédés qui reviennent tous à celui de M. Leslie. Ainsi, au lieu d’absorber la vapeur par le moyen de l’acide sulfurique, on peut se servir du froid pour condenserla vapeur. C’est une variation de l’expérience de M. Leslie qui a été faite par le docteur Wollaston. Voici en quoi consiste l’appareil de ce dernier : Imaginez, fig. 1, un tube a b, dont l’extrémité a est arrondie , et dont l’extrémité b se termine en pointe. On expulse une partie de l’air

qui est dans ce tube en l’exposant à la chaleur; on le plonge dans l’eau par son extrémité b qui a une petite ouverture. Au moyen du refroidissement qui a lieu, il se produit un vide dans l’intérieur et une certaine quantité d’eau y pénètre. On fait ensuite chauffer cette eau jusqu’au point d’ébullition , de manière qu’il se forme de la vapeur qui chasse tout Pair du tube. Lorsqu’on est bien certain que tout l’air est chassé, on ferme à la lampe l’extrémité du tube. On a ainsi un tube vide d’air, dans lequel il y a de l’eau qui produira de la vapeur au degré de tension déterminé par la température. Si l’on plonge l’extrémité b du tube dans un vase rempli d’un mélange frigorifique qui soit, par exemple, à la température de ao° audessous de zéro, voilà ce qui arrivera : l’eau qui est dans la partie a du tube qui est à la température de -f- io°, produit de la vapeur qui aurait une force élastique correspondante à io°, si tout l’espace était à la même température, mais en arrivant dans la partie du tube qui plonge dans le mélange frigorifique, elle y éprouve un refroidissement, et doit se condenser : de sorte que le maximum de tension que nous pouvons avoir dans cette circonstance est celui correspondant à — 20°. De cette manière il y aura production continuelle de vapeur et condensation continuelle ; de telle sorte que la température de l’eau qui est dans la partie inférieure du tube finit par se refroidir, et se congeler complètement.

Comme vous le voyez, il n’y a de différence entre le procédé de Leslie et celui de AYollaston, qu’en ce que le premier absorbe la vapeur au moyen de l’acide sulfurique et que le second la condense au moyen du froid.

Enfin il est un “autre moyen pratiqué depuis long-temps pour faire congeler l’eau. Ce moyen consiste à renfermer de l’eau dans de petites boules de verre, et à mettre ces boules dans un vase rempli d’éther sulfurique que l’on place sous le récipient de la machine pneumatique. En faisant le vide, l’éther qui est très volatil se répand avec une extrême rapidité dans l’espace vide, et on le voit se condenser sur les parois de la cloche qui recouvre le vase où est l’éther. On remarque même que l’éther bout avec violence et offre un exemple de ces soubresauts dont j’ai parlé dans la dernière séance. Au moyen de la vapeur qui se forme et qui absorbe une grande quantité de calorique qu’elle rend latent, la température de l’éther s’abaisse considérablement, et l’eau plongée dans un milieu qui se refroidit, finit par se congeler.

La même expérience pourrait se faire avec le sulfure de carbone liquide. Le docteur Marçay est parvenu, en prenant

du sulfure de carbone à la température de ai”, a produire un froid suffisant pour faire congeler le mercure; il dit même avoir obtenu un froid de 65°, mais il est probable qu il y a. erreur, car nous avons répété plusieurs lois 1 expérience du docteur Marçay, et nous ne sommes jamais parvenus au résultat qu’il a donné.

Avec l’acide sulfureux liquide , pris à la température de 20° au-dessous de zéro, et exposé dans le vide ou bien à un courant de gaz , on produit un froid qui va au-delà de 6o °. Cette expérience, qui est très curieuse, ne peut être faite dans cet amphithéâtre , parce que l’acide sulfureux a une odeur extrêmement désagréable : l’expérience ne peut être faite que dans un local convenable. Vous concevrez facilement que cet acide puisse produire un froid aussi considérable, en songeant que cet acide est éminemment volatil , puisqu’à une température ordinaire il est à l’état gazeux.

Après avoir montré combien est grand l’abaissement de température qui est produit par l’évaporation qui a lieu dans le vide, il me reste à vous entretenir du froid qui est produit lorsque l’évaporation se fait dans l’air.

Comme il se forme une quantité égale de vapeur dans un espace , soit que cet espace soit vide , soit que cet espace soit occupé par un gaz, et que cette vapeur a la même force élastique, il est évident qu’elle doit prendre la même quantité de calorique dans l’une et l’autre circonstance. Mais quand l’évaporation a lieu dans l’air, voici ce qui arrive. Si l’air est parfaitement tranquille, l’évaporation serait très lente, et par conséquent l’abaissement de température serait très peu sensible; mais si l’air peut se renouveler, il se formeune plus grande quantité de vapeur.

Pendant que l’air se renou velle ainsi , il vient toucher la surface du liquide qui fournit la vapeur. Or l’air n’est pas absolument passif dans cette circonstance ; il vient ave© une certaine température et communique une certaine chaleur au liquide. Il est donc clair que l’abaissement de température ne pourra être aussi considérable que lorsque l’évaporation a lieu dans le vide.

Ainsi, dans le cas du vide, c’est le corps liquide qui fournit toute la chaleur; mais si nous avons, pendant l’acte de la vaporisation, le contact d’un air ehaud qui arrive toujours, à la même température qui, par conséquent, tend à élever la température de la masse liquide, en même temps que lescorps environnans envoient une certaine quantité de chaleur, il est évident qu’il se produira moins de froid. Ainsi, toutes

choses égales d’ailleurs, le maximum de froid qu’on peut obtenir dans l’air, sera moindre que le maximum de froid qu’on peut obtenir dans le vide.

Lorsque l’expérience se fait avec de l’éther, du sulfure de carbone ou de l’acide sulfureux, on peut faire abstraction de l’humidité de l’air, parce que l’air humide, par rapport à ces diverses substances, est comme de l’air sec, parce qu’il n’y a dans l’air ni éther, ni sulfure de carbone, ni acide sulfureux; mais si nous considérions le phénomène par rapport à l’évaporation de l’eau, celle qui se trouve dans l’air viendrait altérer les résultats. Si on prend de l’air saturé d’humidité, il n’y a plus d’évaporation, parce que l’air renfermant déjà toute la quantité d’eau qu’il peut renfermer, lorsqu’il viendra à passer sur une surface liquide, il ne pourra absorber aucune partie de ce liquide. Mais si l’air est parfaitement sec, alors la vapeur se forme comme dans le vide, et il y a production de froid.

Il y a déjàlong-temps que Franklin et des physiciens italiens avaient observé qu’un thermomètre plongé dans une masse d’eau , placée dans un appartement, n’indiquait pas la même température qu’un autre thermomètre qui était plongé dans l’air du même appartement; mais ils ignoraient la véritable cause de ce phénomène. Cette cause est aujourd’hui bien connue, et on sait que le thermomètre ne baisse que parce que l’eau produit sans cesse de la vapeur, et par conséquent se refroidit à mesure que la vapeur se produit. En général, on peut dire que la température d’une masse liquide , toutes choses égales d’ailleurs , sera toujours plus basse que celle des corps environnans, en raison de l’évaporation qui aura

lieu.

Pour apprécier dans toute son étendue le phénomène du refroidissement produit par l’évaporation dans l’air, il faut prendre de l’air sec et voir l’abaissement de température qu’il produira en passant sur une surface d’eau. Voici quel est le genre d’appareil que nous allons employer.

Soit, fig. 2, un tube un peu large A , rempli de chlorure de calcium, corps très avide d’humidité, et par conséquent très propre à absorber toute celle que l’air pourrait contenir. L’air pénètre dans ce tube par un tube plus étroit é, et à sa sortie du tube A il vient rencontrer deux thermomètres placés dans deux tubulures c , d. Le premier de ces thermomètres est destiné à donner la température de l’air, et le second dont la boule est entourée de papier ou de batiste mouillée, est destiné à faire connaître rabaissement de température

produit par l’évaporation de la couche d’humidité. Le troisième tube t communique avec une machine pneumatique, de manière qu’on obtient un courant plus ou moins rapide, en raison de la vitesse avec laquelle on fait marcher les pistons.

Je vais indiquer quelques résultats d’expérience faits avec l’appareil que je viens de décrire. Seulement au lieu de pomper l’air, ce qui peut donner de l’incertitude relativement à la vitesse du courant, oh détermine un courant constant au moyen des gazomètres dont j’ai parlé précédemment.

Température de l’air sec. Abaissement de température

produit.

En prenant l’abaissement produit par de l’air à 8°, nous le trouverions égal à 8° 26, c’est-à-dire que l’eau serait descendue au-dessous de zéro. Par conséquent avec de l’air audessous de 8°, nous pourrions produire un abaissement de température suffisant pour faire congeler l’eau.

Nous aurons occasion de revenir sur le phénomène de l’évaporation qui a lieu dans l’air, lorsque nous traiterons de l’hygrométrie, c’est-à-dire lorsque nous apprendrons à connaître la quantité d’eau qui se trouve dans l’air.

Il y a une circonstance qui fait varier l’intensité de froid produit. Nous avons supposé jusqu’ici que nous opérions sous la pression de 76 centimètres de mercure. Si l’air fournit de la chaleur, il en fournira d’autant plus qu’il sera plus dense, d’autant moins qu’il sera moins dense. Ainsi la cause de la production du froid restant la même, le refroidissement sera d’autant plus grand que la température sera plus rare, et il se rapprochera d’autant plus du maximum qu’on peut obtenir dans le vide; parce que plus l’air devient rare, plus il se rapproche du vide parfait.

On peut soumettre ces divers phénomènes au calcul, mais on manque de données bien certaines, parce qu’il y a plusieurs causes qui concourent , comme le calorique rayonnant lancé parles corps environnans, qu’il faudrait pouvoir apprécier dans chaque circonstance particulière. Néanmoins les résultat s

ont été calculés et exprimés, par une expression que je ne citerai pas. Seulement je dirai que dans les basses températures la différence est très peu de chose. Le maximum de froid qu’on peut obtenir dans un air sec à une température ordinaire ne pourrait jamais dépasser 16 à 17 degrés. Des expériences faites au Bengale ont fourni des résultats qui s’éloignent infiniment peu de ceux-ci.

Saussure a passé plusieurs semaines dans les Alpes et il a fait sur le col du Géant, situé aune hauteur considérable où le mercure ne se tient qu’à 5i3 millimètres, des expériences extrêmement intéressantes qu’il a décrites dans son Voyage sur les Alpes. Il s’est occupé principalement des phénomènes qui se rapportent à la production du froid produit par l’évaporation. La manière la plus simple de faire ces expériences, quand on veut savoir comment le phénomène a lieu dans l’air, consiste à prendre un thermomètre que l’on attache à une ficelle et que l’on fait tourner comme une fronde , ce qui peut se faire sans aucun danger que le thermomètre casse. En faisant cette expérience sur le col du Géant, dans un air très dilaté, Saussure a obtenu un refroidissement de 90, 4 5 l’air étant à la température de 10% 1. Ce résultat diffère peu de celui obtenu directement par l’expérience faite avec de l’air parfaitement sec. Ce dernier résultat était de 8°, 97.