C. S. DES GAZ

59.6. Sous pression constante. On peut considérer la capacité calorifique des gaz de deux manières différentes : 1° quand la pression est constante et que le gaz peut se dilater à mesure qu'il s'échauffe; 2° quand le volume reste constant, sans dilatation , et que la force élastique augmente à mesure que le gaz s'échaufiie.

Nous allons nous occuper d'abord de la capacité calorifique des gaz pris sous une pression constante et avec dilatation , capacités qui ont été déterminées par MM. de Laroche et Bérard. Pour observer ces résultats, il faut avoir recours à des courants constants de gaz chauds , passant à travers de l'eau froide à laquelle ils abandonnent leur chaleur.

597. Pour cela on a employé (f. 297) un vase de Mariotte placé au-dessus d'un réservoir dont l'air s'échappe à mesure que l'eau y pénètre avec une vitesse constante. L'air sorti du réservoir r arrive dans un ballon b , tend à y comprimer une vessie v remplie du gaz étudié, et celui-ci s'échappe aussi avec une vitesse constante par le tube i.

Le tube /, suffisamment prolongé, est enveloppé, sur une longueur d'un mètre, d'un tube plus large, rempli sans cesse de vapeurs d'eau bouillante. Au sortir de ce tube, le gaz possède

( 285 ) donc à peu près 100°: il passe alors dans le calorimètre à gaz, c'est-à-dire dans un conduit sinueux ou serpentin qui est placé dans une petite cuve à minces parois métalliques , et dans ce trajet il abandonne à Teau du calorimètre sou excès de chaleur. A la sortie du calorimètre, le gaz passe dans un second appareil semblable à celui d'où il est sorti, et y remplit une vessie vide: oa fait alors fonctionner ce second gazomètre , et par une disposition convenable de tubes et de robinets, on fait repasser le gaz par le tube à 100° , par le calorimètre , et de là dans la vessie du premier gazomètre.

On obtient donc ainsi un courant constant de gaz dont le volume et le poids sont connus. On observe la température que ce gaz possède à son entrée dans le calorimètre et à sa sortie de celui-ci, et aussi la température de l'eau au commencement et à la fin de l'expérience. Comme la température de Teau du calorimètre se trouve, à la fin de l'expérience, plus élevée que celle de l'air, il faut avoir la précaution de l'abaisser préalablement d'autant de degrés au-dessous de cette température de l'air qu'elle se trouvera plus élevée à la fin de l'expérience. De cette manière, l'eau du calorimètre recevra de l'air autant de calorique, pendant la première moitié de la durée de l'expérience, qu'elle lui en donnera pendant la seconde.

398. On a trouvé ainsi que de l'eau à 0° a été élevée par des volumes égaux de gaz également échauffé , savoir :

D'air à 10°

D'acide carbonique à 12, 1580

D'hydrogène à 9, 053

D'oxigène à 9, 670

D'azote à 10, 000

De vapeur d'eau à 19, 800

D'où l'on a tiré pour valeur des chaleurs spécifiques de ces différents corps , en prenant pour unité celle de l'air :

Air 1, 000

Acide carbonique 1 , 258

Hydrogène 0, 903

Oxigène 0, 967

Azote 1, 000

Vapeur d'eau 1 , 980

599. Il est facile de délerminer aussi les capacités pour le calorique des gaz en prenant l'eau pour unité. Pour cela Ton évalue le poids du gaz employé , ou observe au moyen du thermomètre placé à la sortie du serpentin combien de degrés il a perdus, et l'oa observe aussi de combien de degrés la température de l'eau s'est élevée. Supposons, par exemple, que 100 grammes de gaz aient élevé de 0^ à 4°, 150 grammes d'eau , et que, pour produire cet eflfet, ils aient perdu 60°. Il s'agit de déterminer quel poids d'eau aurait été élevé à 60° ; pour cela il suffit de poser la proportion 60° I 4° I I 150 ', X j les poids étant nécessairement en raison

T , 150 X 4 ,^ inverse des températures. Le volume x = =zlOg.

Ainsi la quantité de calorique qui élevait de 60° , 100 grammes de gaz, ne peut élever à la même température que 10 grammes d'eau ; donc le calorique spécifique du gaz est à celui de l'eau * [ 1 I 10. Le tableau suivant renferme les nombres qui expriment les capacités pour le calorique de plusieurs gaz, celle de l'eau étant prise pour unité.

Eau 1, 0000

Acide carbonique 0, 2210

Oxigène 0, 2561

Oxide d'azote . 0, 2569

Air 0, 2669

Azote 0, 2754

Oxide de carbone 0, 2884

Gaz défiant 0, 4207

Vapeur aqueuse 0, 8470

Hydrogène 5, 2956

Le calorique spécifique des gaz augmente avec la température. Il augmente aussi par une augmentation de yolume , c'est-à-dire, par une diminution de pression.

400. Sous volume constant. Si, au lieu de pouvoir se dilater, les gaz sont réduits à occuper un volume constant, leur capacité calorifique diminue. Le rapport de la capacité calorifique des gaz à pression constante à celle sous volume constant est représenté , par le nombre 1,42. Cela revient à dire que, si Ton représente par 1 la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1° une masse d'air à volume invariable , celle qu'il faudrait à cette masse

d'air, si elle pouvait se dilater, serait de 1,42. Cet excès de 0,42 est donc nécessaire pour augmenter le volume du gaz

de V,e7.

Chaque fois donc qu'un gaz se dilatera par l'effet d'une diminution de pression, il aura besoin d'absorber de la chaleur, et il produira par conséquent du froid. C'est ce qui arrive sous le récipient d'une machine pneumatique que l'on vide rapidement. Chaque fois, au contraire, qu'un gaz sera comprimé, il dégagera de la chaleur, et par conséquent il produira une élévation, de température. C'est ce qui arrive dans le briquet à gaz, où de l'air, comprimé vivement par un piston, produit une chaleur suffisante pour enflammer de l'amadou.

La force élastique d'un gaz se trouve par suite augmentée, quand il se contracte, et diminuée, quand il se dilate. La capacité calorifique de la vapeur d'eau varie de '/a à * j^ , selon qu'elle est sous pression constante ou sous volume constant.

401. En brûlant sous un entonnoir renversé en forme de chapiteau de cheminée et qui s'ouvre à l'extrémité du canal d'un serpentin , des matières combustibles, on connaîtra le rapport existant entre les quantités de chaleur qu'elles dégagent pendant leur combustion , en évaluant la quantité qu'il a fallu employer de chacune d'elles pour élever à une même température l'eau du serpentin. On peut encore évaluer la quantité de chaleur dégagée pendant la combustion des corps en les faisant brûler dans le calorimètre de Lavoisier. On a trouvé ainsi que la combustion de 1 gramme de diverses substances a produit sur 1 gramme d'eau des élévations de température qui sont entre elles dans le rapport des nombres indiqués dans le tableau ci-après , savoir :

Par l'hydrogène 23°, 400

Huile d'olive 11°, 166

Cire blanche 10°, 500

Huilelde colza 9°, 307

Suif 8°, 569

Phosphore . 7°, 500

Charbon 7°, 226

Naphle 7°, 538

Alcool 6°, 100

Bois de chêne 3°, 145