V2 CHAI, Kllll

tension (le. In vapeur qui n pris naissance est In même que ilnns le ville. « la même température .

5fi">. Appareil de «ay-i.u«tw»e. — Gay-Lussac a démontré par l'expérience cette loi queDalton avait le* premier formulée. Son appareil, analogue à celui qui a servi à la démonstration de la loi de Mariotte, se «•onipose d’un récipient à capacité constante, où l’on fait pénétrer successivement le gazet la vapeur, afin de mesurer leurs tensions par l'emploi d'une colonne de mercure. Le gaz sec auquel la vapeur doit être mélangée, est introduit, à la façon ordinaire, dans un ballon II {fiq. 171 ) muni d’un robinet « 1 i de fer H. Ce ballon est vissé à la garniture

supérieure d'un tube de verre A assez large, portant à ses deux extrémités des robinets de fer II', R” et communiquant latéralement, par le bas. avec un tube de verre plus étroit G. Les tubes A et C, étant d'abi rd remplis de mercure, on ouvre les trois robinets U, R', R"; le liquide s'écoule par R" el le gaz passe en partie du ballon dans le tube A ; seulement, il s’y trouve à une pression moindre que la pression atmosphérique extérieure. Mais il suffit de fermer R', H" et de verser du mercure par la branche ouverte C, l’égalité des niveaux du mercure dans les deux tubes se rétablit bientôt el, par suite, l'égalité de pression du gaz confiné et de l'air ambiant. A ce point de l’expérience, on note le volume occupé par le gaz et on visse, à la place du ballon, un robinet H’" dont le noyau est creusé d’uue cavité conique O. Le liquide versé dans cette cavité pénètre au sein de la masse gazeuse, lorsqu'on fait tourner le robinet de 180“; et cette introduction s'effectue sans qu’il y ait eu communication possible du gaz intérieur avec l'air extérieur. Peu à peu, le liquide se volatilise et la vapeur formée fait baisser le niveau du mercure en A pour le faire monter en C. Quand les colonnes sont stationnaires en m et en n, la distance mn des niveaux ne saurait représenter la force élastique de la vapeur, car le gaz occupe un volume plus grand qu'à l’origine. Il faut

JIKI.A.ViE DES GA/. ET DES VM'EI KS.

donc rendre le volume actuel (lu mélange égal au volume |>i imitil qu orcupait If pu seul; dans tv luit, ou verse du mercure par la branche C, fl il uc reste plus alors qu'à uoler la différence des liautfiirs du mercure dans les deux tubes. On trouve que, dans tous les cas, celte différence est épile à la tension uiaxiina que posséderait la même vapeur dans le vide à la même température . — Donc la tension du mélange est égale à la somme des tensions qu'auraient le gaz et la vapeur, si chacun d’eux occupait seul le volume du mélange,

Ô6t. Appareil d«H. Régnault. — M. lteguaull a pu vérifier la même loi, à des températures très-diverses, en se servant de l'appareil déjà décrit (fi y. 172), avec la seule précaution de substituer, aux deux baromètres, le manomètre ordinaire à deux brandies ( 1 05) . Le ballon contenant l’ampoule communique avec la branche T' de ce manomètre. Au lieu de faire un vide à peu près complet, on laisse rentrer de l’air sec qui oceujie, sous une pression connue, le volume du ballon et celui du tube jusqu'à un repère fixe. L’ampoule étant brisée, le mélange d’air et de vapeur est porté à la température voulue; il n’y a plus alors qu’à ramener le niveau du mercure au même repère que précédemment, et la différence des hauteurs du mercure dans les .deux branches du manomètre donne la pression totale du mélange.

Un la trouve toujours égale à la somme des forces élastiques que prendraient le gaz et la vapeur si chacun d'eux était seul dans l'espace occupé par le mélange.

ÔGù. t'onpwquenm de la loi de Ration. — La loi de ballon montre qui* le mélange d’une vapeur avec un gaz est un phénomène identique à celui delà dilTusion des gaz les uns dans les autres. Chaque fluide élastique peut être alors considéré comme agissant exclusivement sur ses propies molécules, et dès lors il se répand dans tout l’espace qui lui est offert, comme il le ferait si cet espace était vide de toute matière pondérable. Il suit de là que lorsqu’on aura à calculer les changements de

tijl. 17i

‘254 ClIALEUIt.

volume subis par des mélanges de gaz et de vapeurs, à la suite des variations de la température et de la pression, on n’aura à s’occuper que du gaz, connue s’il était seul, pourvu qu’on lui attribue dans les calculs, sa véritable pression, qui sera toujours la différence entre la force élastique du mélange et la tension de la vapeur. Voici quelques applications de la loi de Dalfon.

566. Application*. — Piioblème I. — V, étant le volume d’un mélange d’air et de vapeur d’eau à la température l et sous la pression II, quelle sera le volume V,' du même mélange à la température t' et sous la pression II' : on suppose, dans les deux cas, l’air saturé de vapeur.

On cherchera dans les tables les tensions maxima F,, Fc de la vapeur d’eau aux températures l et i , et dés lors le problème pourra être ramené à la forme suivante : sachant que V, est le volume d’une certaine masse d’air sec à la température t et sous la pression 11 — F,, chercher quel sera le volume Vr de cet air à la température t' et sous la pression H'— Ff. On aura, eu appliquant une formule connue (244) :

.. il - b t + «r

Vi — \i pp | + Kl ■

Phoblème II. — l)e môme, pour calculer le poids d’un certain mélange de gaz et de vapeur, on évaluera séparément le poids du gaz et le poids de la vapeur, comme si chacun des fluides occupait le volume total du mélange avec la force élastique qui lui est propre. Exemple : Trouver le poids d’un litre d’air saturé de vapeur d’eau à la température t et sous la pression II.

On estimera d’abord le poids x du litre d’air sec à lu température l et sous la pression 11 — F,.

7(i0 1 -H ai’

Ensuite, le poids x du litre de vapeur d’eau sera calculé, en considérant celte vapeur comme de l’air sec, à la température t et â la pression F» et on multipliera lé nombre ainsi obtenu par In densité U de la vapeur d’eau par rapport à l’air.

« Fr

Le poids cherché P sera la somme de ces deux poids x ■

et comme D égale sensiblement g. on peut écrire :

ÉVALUATION, ÉBULLITION. 25î>

5c7. ikmiir-i vapeur». — A la suite de l'étude que nous venons défaire des forces élastiques des vapeurs dans le vide et dans l’air, se placerait naturellement la mesure de leurs densités. Les limites de ce coins nous empêchent de traiter cette question qui comporterait d’assez longs développements; nous nous contenterons de dire ici que les densités des vapeurs sont rapportées à celles de l’air, comme dans le cas des gaz ordinaires, et que leur détermination se fait maintenant par un procédé très-simple qui est dû à M. Dumas. Au reste, nous avons exposé, avec détail, à propos des pyromètres à gaz (.>05;, et le principe de la méthode et les calculs quelle entraîne. 11 nous suffira de réunir, en un tableau, les résultats numériques qui concernent les vapeurs le plus fréquemment employées :

Vapeur d'eau 0,022

— d’alcool 1,01

— d'étlier sulfurique 2,î>8

— de soufre au-dessus de 1000" 2,2

— de phosphore 4,4

— d’iode 8,7

— de mercure 6.97

K V A l'OSAT I OS — SBCLLITIOK

Jusqu'ici, nous avons examiné les vapeurs, au point de vue de leurs tensions, sans nous préoccuper de leur origine. L’évaporation et l'ébullition, qui représentent les deux modes ordinaires de production de la vapeur, sont cependant des phénomènes importants à étudier de près, car ils nous fournissent des lois générales.

Û68. Évaporation. — Expliquons d’abord ce qu’on entend au juste par ce mot évaporation. Quand un liquide est abandonné au contact de l’air ou qu’il est mis en présence d’un espace vide, il se dégage constamment de sa surface supérieure de la vapeur qui, dans le premier cas, s’insinue lentement entra les molécules d’air placées dans le voisinage et qui, dans le second cas, se répand rapidement dans le vide placé au-dessus de cette surface. L’équilibre ne s’établit et la production de la vapeur ne cesse que lorsque l’atmosphère ambiante est saturée de vapeur ou que l’espace vide renferme cette vapeur avec le maximum de force élastique quelle peut acquérir à la température de l’expérience. Si l’atmosphère et l’espace vide sont limités, la saturation est possible et la formation de la

vapeur a un lennc; s'ils sont illimités un que le gaz se renouvelle sans cesse, la production de la vapeur est incessante jusqu'à la disparition complète de la masse liquide. I.u conversion du liquide en vapeur, dans les circonstances qui viennent d'être délinies, porte le nom d 'évaporation.

:>()!!. Ébullition. — Or un liquide peut être limité non-seulement par cette surface horizontale dont il vient d’être question qui le sépare du milieu ambiant; mais il peut encore exister dans sa masse, et notamment au contact des parois du vase qui le contient, des bulles gazeuses adhérentes à ces parois, qui constitueront autant de petites surfaces libres par lesquelles l’évaporation aura lieu dans les conditions habituelles. Alors deux cas peuvent se présenter. Ou bien, la bulle gazeuse interne, saturée de vapeur, constituera un mélange dont la force élastique sera inférieure ou égale à celle de l’atmosphère ambiante augmentée du poids de la colonne liquide placée au-dessus d’elle, et dès lors elle restera immobile au sein de la masse liquide et l’évaporation aura exclusivement lieu par la surface libre extérieure. Ou bien, par un accroissement convenable de température, la force élastique de la vapeur qui sature sans cesse la bulle gazeuse, lui communiquera une force élastique supérieure à celle qui vient d’être indiquée, et alors la bulle s’élèvera comme un véritable ballon à travers la masse liquide pour venir crever à la surface. Celte formation tumultueuse de huiles de vapeur, prenant naissance au sein du liquide pour se dégager ensuite dans l’atmosphère, constitue le phénomène de V ébullition . Nous démontrerons plus loin (§ 574 et suivants), par de nombreuses expériences, que lorsqu’il y a ébullition les choses se |ia>sent toujours comine il vient d’être dit : l’ébullition n’est en réalité qu’un cas particulier du phénomène tout à fait général de l’évaporation, tëlle consiste en une évaporation rendue multiple par suite des nombreuses surfaces libres internes qui existent normalement ou accidentellement en divers points d’une liqueur soumise à l'action d une source calorique.

570. Fixité «lu point «ivbuiilti»n. — Montrons avant tout (pie celle manière de concevoir le phénomène de l'ébullition nous fournit une explication immédiate et très-simple des lois générales que l’observation a depuis longtemps établies. Ainsi, en premier lieu : Pour une substance liquide de composition invariable; il y a lixité dans le point d'ébullition, quand on opère toujours sous la même pression et dans un rase de même nature et de peu de profondeur. — (Jette loi signifie qu'un thermomètre plongé dans la vapeur qui s'échappe du liquide, marque une lenipera-

ÊYAHOHATION, ÉBLLLITIO.N. ï.rt

(lire lixe. (l'est qu'en effet d’une part l'ébullition, d’après ce qui vient d'ùtre dit, ne peut commencer et se continuer qu'aulant «pie la vapeur du liquide employé a pris, par suite de sa température actuelle, une force élastique maximum égale à celle de l’atmosphère qui est superposée au liquide. D’autre paît, il a été établi que c’est toujours au même degré du thermomètre que la vapeur d’un même liquide acquiert une force élastique maximum déterminée. La constance de la pression ambiante règle donc, d’une manière nécessaire, la température à laquelle mi liquide doit bouillir. Nous avons déjà profilé de la (ixitè de la température d'ébullitiou de l’eau pour obtenir avec rigueur le point RIO du thermomètre à mercure ; le mode d’expérience a été décrit, il n’y a pas à y revenir.

La variabilité du point d’ébullition est un signe qu’on a affaire à un mélange de plusieurs substances inégalement volatiles ou bien à un li quide qui se décompose progressivement sous l’influence de la chaleur.

Ô7 1 . Invariabilité de la fempératorr pendant tonte la durée de l'ébullition. — En second lieu : Quelle que soit l'ardeur du foyer qui sert à échauffer un liquide, la température de ce dernier demeure invariable, pendant toute la durée de l'ébullition. — Ici, comme dans le cas de la fusion, la chaleur donnée par la source est uniquement employée à convertir le liquide en gaz; elle devient chaleur lutente de vaporisation. Nous la mesurerons dans le chapitre de la calorimélrie.

û?J. Variation de la température d'ébullition avee la pression extérieure. La température d'ébullition croit et décroît en même temps que la pression extérieure. — Une expérience très-simple due à Franklin permet de le démontrer : on fait bouillir de l'eau dans un ballon M ijiij. 17.”), assez longtemps pour que la vapeur ail expulsé l’air placé au-dessus du liquide; puis, on bouche le hallon et on le renverse dans la position qu'indique la ligure. Dès que l'on refroidit avec un linge mouillé la chambre à vapeur A. une ébullition des plus vives se manifeste, quoique i. n

la température de l’eau soit de beaucoup inférieure à I OU". Le froid produit a eu pour effet de liquéfier la vapeur d’eau contenue dans l’espace A, et par suite de diminuer la pression qui s’exerce sur le liquide. Ite même, on peut faire bouillir de l’eau à une température bien inférieure à 1 00”. sous le récipient de la machine, en raréfiant l’air à un degré convenable.

(le résultat s’explique très-bien, en remarquant : qu’une bulle de vapeur au sein d’une masse liquide, représente un petit ballon dont les parois sont constituées par une pellicule liquide qui persiste encore quelques instants, quand la bulle est parvenue à la surface libre. Pour que ce petit ballon puisse se former, il faut que la pression du gaz intérieur qu’il renferme soit égale à la pression extérieure qu’il supporte. Or, cette pression extérieure provient et du poids du liquide et de la pression du gaz placé au-dessus de lui. 11 suffira donc, pour que la bulle prenne naissance et se dégage, que la température de la vapeur amène une force élastique égale à la somme de ces deux forces.

575. Variation de la IrnipCrnliirr d'éhallttion mer la pureté du liquide. — Loi-sque l’eau renferme en dissolution des matières salines, sa température d'ébullition dépasse d’autant plus 100°, que la proportion de ces matières est plus considérable; ainsi, un thermomètre plongé dans une dissolution saturée et bouillante de sel marin marque 1U8'',Ô. fcn ajoutant, à l’eau, une suffisante quantité de chlorure de calcium, ou peut atteindre la température de I8Ü". Au contraire, en mélangeant avec l’eau des liquides plus volatils, on en abaisse notablement le point d’ébullition. Iiaus ce dernier cas, rentrent toutes les liqueurs alcooliques : le vin, lu bière, etc.

.174. Identité de 1 ébullition et de l évaporatlon. — Nous UVOUs dit plus haut (369), et cela a été notre point de départ pour rendre compte des lois de l’ébullition : L’ébullition n’est qu’une évaporation qui se produit à la fois par les surlaces libres intérieures et extérieures que présente un liquide. Il nous reste à donner de ce principe des preuves expérimentales. A cet effet, nous allons examiner ce qui arrive lorsqu'on élève progressivement la température d’un liquide eii le plaçant successivement dans les conditions suivantes : I" liquide ne présentant aucune surface libre; '1" liquide librement suspendu dans l'air, et n'avanl d’autre surface que celle qui le sépare de l’atmosphère environnante; S" liquide contenu dans un vase et dépourvu de surfaces libres intérieures; 4“ liquide eoutenu dans un vase et présentant à la fois les deux genres de surface.

I" félinuffrnienl <1 un liquide* ne* présent», »l mienne suriner