ÉQUILIBRE DES GAZ. — PRESSION EXERCÉE PAR L'ATMOSPHÈRE

Pression exercée par F atmosphère sur une surface donnée. — Soit par exemple à évaluer la pression sur i*** de la surface MN, la hauteur du mercure soulevé dans le baromètre à zéro étant 760""": cette pression est égale au poids d'une colonne de mercure de i*** de base et 76"" de hauteur, c'est-à-dire de 76" de volume, ou à 76 X i3,59= io33«%3 ou i'«,o333. Sur i^'ide surface, la pression serait de 10 333''*. On peut ainsi aisément, dans tous les cas, calculer la pression en kilogrammes sur une surface donnée. Comme cette pression est proportionnelle à la hauteur de la colonne barométrique, on prend souvent cette hauteur même pour mesure de la pression : c'est dans ce sens que Ton dit, par exemple, que la pression barométrique moyenne est de 760"*".

il est à remarquer que la pression représentée par un certain nombre de millimètres ou par un certain nombre de grammes n'a pas la même valeur aux différents points du globe, une colonne de mercure de même hauteur exerçant en divers lieux des pressions différentes par suite de la variation du poids spécifique absolu du mercure. On éviterait cet inconvénient en exprimant les pressions en unités absolues. A Paris, la pression de 760°*" correspond à io33,3 X 981 = 1,01 36 X 10*, c'est-à-dire à un peu plus de i mégadyne par 1*^. Pour exercer exactement une pression d'une mégadyne, ou comme l'on dit aussi d' « une atmosphère C. 6. S. », il faudrait à Paris une colonne de mercure de 74*", 978.

Mais le plus souvent les pressions sont données en millimètres, d'où la nécessité d'une correction quand» ainsi que cela se présente en météorologie, il s'agit de comparer les pressions en différents lieux.

Réduction du baromètre à la latitude de 45* et au niveau de la mer. On réduit alors par le calcul les hauteurs barométriques relevées aux différentes stations à ce qu'elles auraient été sous la latitude de 43** et au niveau de la mer. Soit H^ ^ la hauteur observée en une station située à la latitude X et à l'altitude A, la hauteur M^^i que l'on aurait observée sous la même pression à la latitude 4^^ 6t à l'altitude o serait

H^ ^ = H^ ^ (i — 0,002 39 cos aX ■— 0,000 000 oo3 14 h), les hauteurs H^^j et H^^ étant en raison inverse des poids spécifi-

ques absolus du mercure, et par coaséquent eu raison inverse des valeurs de g aux deux stations (103).

Baromètre à gravité. — Puisque la longueur de la colonne mercuriellc correspondant à une même pression change ainsi d'un lieu à un autre, il est possible d'évaluer les variations de la pesanteur à la surface du globe par les changements de la colonne faisant équilibre à la pression d'une même masse de gaz à température constante. Essayée jadis par M. Boussingault (^), cette méthode vient d'être reprise par M. Mascart (*), qui s'est attaché particulièrement à donner aux visées la précision nécessaire, tout ea faisant un appareil transportable. Son baromètre à gravité est un baromètre à siphon (275), dont la courte branche est fermée et contient un gaz inerte, introduit sous la pression de i"" de mercure environ. Sur le tube est collée une double lame de verre, dont la pièce extérieure est coupée en deux fragments suivant une section h 45*, l'un des bords de cette section étant couvert d'une couche d'or transparente, d'après le procédé de M. Govi; une échelle est fixée latéralement au tube dans une position telle que l'image virtuelle des divisions sur la face dorée se forme dans l'axe même du tube barométrique; un microscope horizontal permet de viser en même temps cette image et le niveau du mercure {^), de façon à

déterminer celui-ci à — de millimètre. On a soin d'ailleurs de

lOO

plonger l'appareil dans un bain d'eau, dont on détermine exactement la température afin de pouvoir ensuite par le calcul ramener toutes les lectures à zéro (274) : il n'y aura plus dès lors d'autre cause de perturbation que la variation même de g^ variation qu'il sera par conséquent facile de conclure des observations.

274. Baromètre à cuvette. — Le baromètre à cuvette n'est autre chose qu'un tube de Torricelli, construit avec les précautions nécessaires pour éviter complètement dans le tube toute trace d'air ou de vapeur d'eau.

Construction et vérification du baromètre. — A cet effet, on prend

(M Boussingault, C. R., XCV, 30; 1882.

(*) Mascart, Journal de physique (2), H, 341 ; 1883.

(^) Voir p. 781 (note) les précautions à prendre pour Téclairage du ménisque.

un tube de 85 centimètres environ de longueur; on le ferme à un bout; à l'autre extrémité on soude une boule, et on élire la soudure

Fig. 1.6

de façon à pouvoir facilement détacher la boule quand on n'en aura plus besoin. On remplit te tube de mercure pur('), on le place

(<) Le mercure sorlanl de U mine est d'ordinaire très pur, et peut s'emplojer immédiatement après agilalion avec des cendres chaudes et Tiltralion à travers une tige poreuse. On purille le métal impur soil par dislillation, soit par des lavages à l'acide azotique étendu (on chauffe à une température voisine de Go*,

Fig. i^i

on arrête la feu quand on voit apparaître des vapeurs rulilantes, on laisse reri-oidir, on agite de temps en temps, enfin on lave à grande eau), et on te conserve sous l'acide suirurique concentré dans un flacon muni à sa partie inférieure d'un robinet en verre, et surmonté d'un entonnoir à bec très effilé.

sur une grille inclinée AB, et chauffant sur toute la longueur en même temps, on provoque TébuUition vers le bas d'abord, puis un peu plus haut, et ainsi de suite jusqu'à la partie supérieure du tube : la boule reçoit le mercure projeté accidentellement par TébuIIition. On évite ainsi les soubresauts trop forts, ainsi que le mélange d'oxyde qui se produit forcément quand on scinde l'opération en plusieurs temps, remplissant d'abord un tiers du tube de mercure que l'on fait bouillir, puis procédant de même successivement pour les deux autres tiers. En opérant d'une seule fois, on n'a guère d'oxyde que dans la boule ; on laisse refroidir pour que cet oxyde se rassemble aussi complètement que possible à la surface libre du mercure, on enlève la boule avec le mercure qu'elle contient; fer^ mant alors avec le doigt l'extrémité effilée, on porte le tube sur la cuvette, préalablement remplie de mercure pur et sec, on le redresse, et le baromètre est construit.

On constatera l'état de la chambre barométrique (on appelle ainsi l'espace vide qui existe au-dessus du mercure) en inclinant un peu brusquement le tube : si elle est bien purgée d'air, le mercure viendra frapper l'extrémité du tube avec un bruit sec. S'il reste quelque trace d'air ou de vapeur, le choc étant amorti par ce matelas, le bruit ne se fera pas entendre. A ce moyen commode, mais un peu grossier, on substituera avantageusement le procédé suivant, indiqué par Arago : après avoir relevé exactement la hauteur de la colonne soulevée dans le tube, on verse dans la cuvette assez de mercure pour réduire sensiblement la chambre barométrique, et on mesure de nouveau la hauteur : elle doit être exactement la même qu'auparavant.

Avec quelque habileté qu'elle soit conduite, l'ébuUition du mercure est une opération dangereuse, et elle souille le mercure d'une certaine quantité d'oxyde : le verre étant plus ou moins mouillé par ce mercure mêlé d'oxyde, le ménisque qui termine la colonne mercurielle à l'intérieur du tube, supposé parfaitement cylindrique dans la portion utile, présente des formes très différentes suivant que la colonne monte ou descend, ce qui est un inconvénient grave; et si l'on vient à frapper sur le tube pour aider à l'équilibre (précaution toujours utile avant une lecture barométrique), on voit la forme du ménisque se modifier, et en

même temps la hauteur du mercure changer. Aussi aujourd'hui, pour tous les baromètres un peu larges, évite-t-on complètement de faire bouillir le mercure.

Voici, par exemple, comment on procède. Au tube barométrique AB on soude un petit ballon G portant deux petits tubes, Tun T terminé par une pointe effilée et fermée à la lampe, l'autre muni d'un robinet r et relié à l'une de ces machines pneumatiques à mercure qui permettent d'obtenir un vide en quelque sorte parfait (302). On fait le vide dans l'appareil, on y laisse rentrer de l'hydro-

gène sec, on y fait le vide de nouveau, et ainsi de suite une quinzaine de fois, en ayant soin aux dernières fois de chauffer fortement le tube avec des lampes à alcool. On obtient ainsi finalement un tube presque absolument vide; on ferme alors le robinet r, on place sous la pointe du tube T un vase M plein de mercure sec et chaud (à lao** environ), on brise cette pointe, et le mercure monte dans l'appareil. La pointe du tube T doit être assez fine pour que l'introduction du mercure demande plusieurs heures ; elle tube AB, suffisamment large, doit enputre être assez faiblement incliné pour que le mercure qui descend dans le tube ne puisse y entraîner quelque bulle gazeuse. Le mercure remplit lentement le tube de A en B, chassant devant lui les dernières traces de gaz. Quand le remplissage est terminé, on sépare le ballon C, et il n'y a plus qu't\ porter le tube sur sa cuvette.

Ce mode d'opérer donne des résultats excellents; la forme du ménisque est absolument fixe, et par conséquent la correction ca-

im PRINCIPALES PROPRIÉTÉS DES GAZ.

pillai rc est toujours la même, soïtqiie le mercure monte, soit qu'il descende.

Malgré tout, il en est de celle correction capillaire comme des autres ; mieux vaut la supprimer, si c'est possible. Tel a été le but que s'est proposé Regnault dans son baromètre normal.

Baromètre normal dfi Regnault. — C'est un baromètre à cuTelte, dont le tube est assez large (3 centimètres de diamètre) pour éviter toute dépression capillaire ; ce tube AB, terminé inférieurement par une pointe recourbée de façon à empêcher une rentrée accidentelle d'air, repose sur un bain de mercure, contenu dans tme cuvette en fonte MN. Sur le bord de la cuvette est fixé un écrou, dans lequel peut monter ou descendre une vis verticale en acier, terminée en pointe à ses deux extrémités ab. Enfin un fhermqmètre T est installe à côté du baromètre, de manière à indiquer aussi exactement que possible la température de la colonne merctirielie : à cet effet, on .1 donné pour réservoir au thermomètre une portion du même tube de verre dans lequel on a pris le tube barométrique, ou bien on a fait avec cette portion de tube une sorte d'éprouvette, que l'on a remplie de mercure où l'on a plongé un thermomètre ordinaire.

L'observation de la hauteur barométrique se fait au moyen du cathéloniètre. On commence par amener la pointe inférieure de lavis au niveau du mercure dans la cuvette; et pour cela on se guide sur ce que, la surface du mercure coupant en son milieu la distance entre la pointe et son image, i,.. , ^ on voit aisément si la pointe ne louche pas ; tandis

que si l'on dépasse l'affleurement, comme la pointe est un peu mousse et ne mouille pas, elle déprime le mercure autour d'elle, et se trouve environnée d'une auréole lumineuse provenant de la réflexion de la lumière sur la surface de In dépression. Le contact de la pointe inférieure de la vis avec la surface libre du mercure dans la cuvette étant rigoureusement établi, on relève au cathétomètre la distance de la pointe supérieure au

sommet du ménisque dans le tube (^); à la quantité ainsi obtenue on ajoute la hauteur de la vis, que Ton mesure également au cathétomètre après l'avoir suffisamment soulevée (cette dernière mesure n'a évidemment pas besoin d'être répétée à chaque observation : un certain nombre de mesures à différentes températures suffisent pour déterminer une fois pour toutes la longueur de la vis à quelque température que ce soit); la somme de ces deux quantités donne la hauteur verticale du mercure dans le tube, sans que pour cela il soit nécessaire que le tube lui-même soit exactement vertical. En même temps on lit le thermomètre.

Réduction à zéro. — Il est en effet nécessaire, si l'on veut évaluer exactement la pression, de ramener par le calcul la hauteur observée à ce qu'elle aurait dû être si le mercure avait eu une température déterminée, toujours la même, zéro par exemple ; sans quoi, la densité variant avec la température, les mesures ne se rapporteraient plus réellement à un même liquide. Il faut aussi corriger la lecture que l'on vient de faire de l'erreur que le changement de température a introduite dans les divisions de la règle du cathétomètre, lesquelles correspondent à la température de zéro.

Il y a donc une double correction à effectuer pour réduire la hauteur barométrique à zéro.

I* Cherchons d'abord la correction provenant de ce que la lecture a été faite sur une règle à la température f , celte règle étant exactement graduée pour la température zéro, i millimètre de la règle vaut exactement i millimètre à zéro; à t degré il vaut i -hkt, k étant le coefficient de dilatation linéaire de la règle; si donc nous avons lu / millimètres, la longueur vraie h était

h = l{i'^kt). (i)

(^) Celle opératioQ est loin d*ôtre aussi simple qu'elle le parait, la visée du sommet d'un ménisque mercuriel étant en réalité une opération très difficile quand on n'a pas pour se guider un corps (pointe, ou grain de poussière) formant son image dans le mercure. Si Ton ne veut pas s'exposer à prendre pour le profil du ménisque l'une des lignes de séparation de lumière et d'ombre qui se forment à sa surface, il faut avoir soin de l'éclairer par de la lumière bien horizontale et de placer derrière lui un écran formé de deux parties, l'une blanche et l'autre noire, dont on amènera la ligne de séparation très peu audessus du ménisque. La visée peut alors se faire exactement.

a* Cette hauteur exacte h se rapporte à la température de t degrés. Si le mercure se fût trouvé à zéro, sa densité aurait été d^, tandis qu'elle était d. Or les hauteurs h^ et h de deux colonnes liquides de densité d^ et d faisant équilibre à une même pression sont en raison inverse des densités (202)

h~^do

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a étant le coefficient de dilatation absolue du mercure ^^^

=0,000180; donc