SUITE DES SOURCES DE LA CHALEUR ET DU FROID

Nous avons vu, dans la dernière séance, que lorsqu’un corps éprouvait une dilatation ou une compression, il absorbait ou dégageait de la chaleur.

Il est bon de remarquer que le phénomène de la variation de température liée à la variation de volume est analogue à ce que nous avons vu dans les changemens d’état des corps. Lorsque, par exemple, de l’eau passe à l’état de fluide élastique, elle prend un volume 1700 fois plus grand. Dans ce cas, elle absorbe une quantité de calorique telle, qu’elle pourrait élever de 53 1% un pareil poids d’eau, pris à la température de ioo°. Réciproquement cette eau en devenant liquide, c’est-à-dire, en diminuant de volume, dégage toute la chaleur qu’elle avait absorbée pourpasser à l’état de fluide élastique. Ce phénomène est tout-à-fait analogue à celui d’un corps qui ne change pas d’état, mais qui diminue de volume par la compression.

Nous allons chercher quelle est l’intensité du froid ou de la chaleur obtenus dans des circonstances déterminées de compression ou de dilatation. Les thermomètres que l’on placerait dans un volume donné d’air n’indiqueraient que des variations extrêmement faibles, et vous en concevez la raison. Si nous opérions sous le récipient de la machine pneumatique avec quelques litres d’air, la variation de température produite dans l’air, en la supposant même assez grande , ne se ferait sentir que faiblement sur un thermomètre à mercure dont la boule pourrait peser 5 à 6 grammes. Pour rendre l’effet sensible, il faut employer des instrumens très délicats. Le thermomètre à spirale de Eréguet dont nous avons parlé, es! très propre à indiquer de faibles variations de chaleur.

Il est un autre procédé auquel nous pouvons avoir recours* Je suppose que l’on refroidisse une masse d’air en retranchant subitement d’un espace déterminé la moitié de l’air qu’il renferme. S’il n’y avait pas de refroidissement, la masse d’air qui reste supporterait une pression égale à celle que supportait l’autre portion. Je suppose que l’on fasse ainsi la raréfaction, et qu’on observe quelle est la tension de l’air au moment où la raréfaction est produite, et ensuite au bout d’un certain temps lorsque la masse d’air s’est réchauffée en prenant du calorique aux corps environnans , on parviendra à connaître le froid auquel l’air a été soumis, par la différence entre la pression qui a lieu lorsque le froid est à son maximum* et la pression produite lorsque l’air s’est réchauffé. C’est ainsi que par des expériences trop compliquées pour être décrites, on a formé des tables dans lesquelles on a d’un côté la dilatation ou la compression, et de l’autre le froid et là chaleur correspondais. Je citerai seulement quelques résultats.

Je suppose qu’on prenne de l’air à la pression de 76 centimètres et à la température de o° du thermomètre à mercure ou 267 de thermomètre à air. Si l’on réduit l’air à la moitié de son volume, c’est-à-dire, à une pression qui ne sera plus que 58, et que l’on consulte la table, on verra que le froid correspondant à 58 centimètres ou plutôt à 56, 8, car la table ne marche pas précisément par demi-atmosphère, on verra, disje, que le froid correspondant à 56, 8 est de 5o° au-dessous de zéro. Si l’on réduit la pression à 19, 8, à peu près le quart de la pression ordinaire, on aura un froid de 85°. Enfin à une pression de 12 millimètres, on aurait un froid de i85°. On a ainsi une série de températures de plus en plus basses, qui n’ont, pour ainsi dire, pas de limites, parce que nous n’admettons pas qu’on puisse parvenir à avoir un espace qui serait absolument privé de calorique.

Vous concevez, d’après ce froid considérable produit par la raréfaction de F air, comment on peut former de la glace en comprimant de l’air dans un récipient, et en lui donnant ensuite une libre issue clans l’atmosphère. La glace qui se dépose sur une plaque de verre que l’on présente à l’air qui sort par l’orifice du récipient, n’est point le résultat de l’expansion de l’air au moment où il s’échappe de l’atmosphère. Cette glace était déjà formée dans l’intérieur du vase. Et si nous avions pu voir dans ce vase, nous y eussions aperçu ces flocons de neige qui ont été entraînés par l’air, et sont venus par leur réunion sur la plaque de verre, former sur cette plaque un mamelon de glace. On peut rendre ce résultat très sensible en

faisant le vide dans un récipient transparent. Ainsi , lorsqu’on prend un récipient plein d’air, qu’on l’applique sur le plateau de la machine pneumatique, et qu’on fait le vide, on voit toujours, au premier coup de piston, se former un petit nuage. Ce nuage est le résultat de la précipitation de l’eau par le froid produit au moyen de la dilatation de l’air. Ce nuage se dissipe aussitôt parce que l’air reprend de la chaleur aux corps environnans. Il y a déjà long-temps que vous avez pu remarquer ce phénomène ; mais je ne vous en ai pas donné l’explication, parce que ce n’était pas encore le lieu d’en parler.

Si la raréfaction était plus forte, ce qu’on obtiendrait en donnant au corps de pompe une capacité beaucoup plus grande, nous verrions se former de la glace au premier coup de piston. Mais comme nous n’enlevons en général qu’un douzième de l’air, et que pendant ce temps le calorique de tous les corps environnans abonde, on ne peut produire un froid aussi considérable.

Le phénomène n’a lieu que lorsqu’on opère sur de l’air ou sur un gaz qui renferme une vapeur. Si l’air était parfaitement sec, il ne s’y formerait pas de nuage et sa transparence ne serait pas troublée.

Il y a une expérience sur la cause du froid produit par la raréfaction, qui laisse beaucoup à desirer. Sans entrer dans des explications qui ne pourraient être complètes, je me bornerai à citer des faits bien positifs.

Je suppose que l’on ait, fig. i, un espace allongé E, portant un tube de verre T, d’un assez gros diamètre, et ayant à son extrémité a un trou très petit, de manière qu’on puisse maintenir le vide en partie dans l’intérieur du vase. Un thermomètre est placé précisément vis-à-vis la petite ouverture a ; d’autres thermomètres peuvent être placés à côté. Ce vase communique par le tube t avec le récipient d’une machine pneumatique. Vous concevez très bien qu’à mesure qu’on fera le vide dans le vase E , l’air extérieur pénétrera par la petite ouverture a , et le vide se fera, ou à moitié ou au quart, suivant que l’ouverture sera plus ou moins petite ; en général le vide que l’on pourra faire dépendra du diamètre de l’ouverture a.

Nous venons de voir que lorsqu’on dilate l’air, il y a production du froid. Lorsqu'on fait le vide dans le vase il entre continuellement par la petite ouverture de l’air sous la pression d’une atmosphère. Aussitôt que cet air a franchi la petite ouverture, il se trouve dans un espace où la pression est moindre, il se dilate nécessairement, et i! devrait y avoir

production de froid, puisqu’il y a dilatation. îl n’en est point ainsi, et le thermomètre placé vis-à-vis l’ouverture a reste tout-à-fait stationnaire. On énonce ce fait d’une manière générale, en disant que l’air qui souffle avec la température propre qu’il a avant de souffler , lorsqu’il pénètre dans un vase où il y a une pression moindre, y porte toujours sa température. C’est une expérience dont le résultat est bien certain, mais dont l’explication n’est pas facile.

Une autre expérience qui se rapporte à celle dont nous venons de parler, consiste à prendre deux ballons, fig. 2. Dans l’un on fait le vide, dans l’autre il y a de l’air atmosphérique. On établit une communication entre ces deux ballons au moyen d’un tuyau t. Il y a dilatation dans le ballon plein d’air, et parconséquent production de froid. L’air se précipite dans l’intérieur du ballon vide, et y produit une augmentation de chaleur précisément égale à celle qui est perdue de l’autre côté. Ces variations de température se rendent sensibles au moyen de deux thermomètres à air qui plongent dans les deux ballons. Si le thermomètre de la boule pleine d’air baisse , par exemple, de 10% lorsque la communication est établie avec le ballon vide, le thermomètre de ce dernier ballon s’élèvera justement de io°.

L’air comprimé dégage une chaleur considérable; vous en avez eu la preuve dans la dernière séance, où nous avons enflammé par la simple compression de l’air, un morceau d’amadou qui exige au moins 5oo° de chaleur pour brûler.

Pour pouvoir ainsi enflammer l’amadou, il faut réduire le volume de l’air d’une certaine quantité. Si par exemple, on ne réduisait le volume que de moitié, l’amadou 11e brûlerait pas. On peut se demander de déterminer le degré de compression nécessaire pour produire le phénomène dont nous parlons. La question se résout en faisant varier le volume de l’air, en mettant un arrêt, au moyen duquel le piston du briquet pneumatique ne s’enfonce qu’autant qu’on le désire. C’est ainsi qu’on a trouvé que l’amadou ne s’enflamme que lorsque l’air est réduit à un douzième de son volume. En consultant la table dont j’ai parlé, on verrait que l’air réduit au douzième de son volume, produit une chaleur de près de 4900. ]î n’est pas étonnant qu’il faille une chaleur aussi considérable pour enflammer l’amadou ; car, comme on opère sur une masse très petite, les corps environnons enlèvent une grande partie de la chaleur.