LA MACHINE PNEUMATIQUE

Dans beaucoup d’expériences il est nécessaire de se procurer un espace vide ; on se sert à cet effet de la machine pneumatique, dont la description sera le meilleur moyen de nous rendre compte de cette opération. La machine pneumatique la plus simple est composée d’un cylindre creux {Jig- 63), muni de deux robinets t et s. et bien arrondi dans l’intérieur, afin que le petit cylindre ou piston c, qu’on y fait monter et descendre au

îinioyen d’une tige, s’y ajuste exactement. Pour faire le P vide dans un ballon on y adapte une allonge à laquelle on visse le robinet s. Si on ferme le robinet t et qu’on .'ouvre le robinet s pendant qu’on fait monter le piston c, uune portion de l’air contenu dans le ballon se rendra Jdans le cylindre creux ; si on ouvre alors le robine t t et qqu’on ferme le robinet s pendant qu’on fait descendre ^ Ide piston, l’air qui s’était rendu du ballon dans le cylin-

* (Idre creux, sera chassé par le robinet t. Lorsque, le piston

* fêtant parvenu au plus bas de sa course, on ferme de nou- \-veau le robinet f, après avoir ouvert le robinet s, et

* (jqu’on fait remonter le piston, une nouvelle portion d’air ® <se rendra du ballon e dans le cylindre creux. Si l’on

* aattache une vessie au robinet f, on verra l’air se rendre ^ cldu ballon e dans la vessie. On fait mieux encore cette ^ oobservation , en adaptant au robinet t, à l’aide d’un tube

dde caoutchouc, un tube de verre dont l’extrémité s’en- , sous l’eau; alors, chaque fois que le piston des-

“ ccend , le robinet t étant ouvert, on voit l’air sortir par Me tube et on peut le recueillir dans un cylindre. La qquantité d’air expulsé de cette manière diminue au tfur et à mesure que l’opération se prolonge, d’où il réssulte que l’air se raréfie de plus en plus.

Cette machine pneumatique peut servir également se fpour comprimer l’air ou d’autres gaz. Veut-on, par a- eexemple, enchâsser dans un vase plus étroit un gaz conir ttenu dans une cloche dont la tubulure soit munie d’une J aallonge, on visse au robinet ï cette allonge et au robirnet s le vase, qui peut être un petit ballon ou un t tube de verre armé d’une allonge, et dans lequel on a SS f fait préalablement le vide. On ouvre d’abord le robinet t a“ eet on fait monter le piston , ce qui fait passer le gaz de

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la cloche dans le grand cylindre j on referme alors le robinit ^en ouvrant le robinet s, et on redescend le piston. Le gaz qui s’était rendu dans le grand cylindre sera poussé dans le petit vase; on referme le robinet s en ouvrant le robinet et on relève le piston; alors on referme le robinet t, et on fait descendre le piston après avoir ouvert le robinet s. En répétant cette opération, on peut condenser dans un vase le double, le triple, le quadruple du volume de gaz qu’il peut contenir ordinairement, et souvent encore davantage, lorsque le vase est assez solide. De cette manière on peut comprimer dans le petit vase du cyanogène et d’autres gaz, qui se liquéfient sous une forte pression , et les obtenir liquides.

Il serait trop pénible de fermer et d’ouvrir continuellement deux robinets; c’est ce qui a fait remplacer l’un de ces robinets dans les petites machines, ou tous les deux dans les grandes machines pneumatiques, par des soupapes. Dans les petites machines, dont on se sert souvent pour les expériences avec les gaz, on adapte la soupape 7’ au piston 64), dont la partie inférieure est composée d’un disque de laiton , muni d’une vis trouée dans sa longueur; une bande de taffetas r {fig. ^5), se trouve attachée à la partie supérieure de la vis , pour couvrir l’ouverture a du canal o. On fait entrer la vis dans une pièce de laiton c c {Jig- 66), percée d’un petit trou surmontée d’une tige h, et enfoncée dans un bouchon de liège e, qui presse un cuir tendre i, dont il est enveloppé de toute part, contre les parois du cylindre creux dans lequel le piston doit se mouvoir avec frottement. Lorsqu’on fait monter la tige , le taffetas fermant le canal o, l’air se rend du vase dans lequel on veut faire le vide, dans le grand cylindre; le robinet n étant

lieriiié, si on fait redescendre la tige, l’air est comprimé l'.dans le cylindre, la bande de taffetas se lève et l’air s’éibhappe par le trou h.

On emploie ces petites machines pneumatiques pour lU’emplir de mercure des cloches 67), dont la tubuililure est garnie d’une virole en fer et d’un robinet de innême métal ^/, qu'on fait communiquer avec la machine iiponeumatique. Lorsqu’on fait le vide dans la cloche, le • nmercure s’élève.

\ On peut aussi se passer du fobinet n et le remplacer ■paar une soupape à la base du cylindre; pendant l’ascenpyion du piston la seconde soupape s’ouvre et la soupape jjftupérieure se ferme; pendant la descente du piston, la jjicoupape inférieure se ferme et la soupape supérieure se ^ièève.

Les grandes machines pneumatiques à deux soupapes, )présentent à peu près le même mécanisme; cependant, elles ne s’appliquent pas aussi bien aux expériences très exactes que les machines pneumatiques à robiwets ; car souvent lorsque l’opération the à sa fin , les ûoupapes ne se lèvent plus, soit qu’elles se collent au illan sur lequel elles sont attachées, soit par d’autres iniidens bien fréquens. — Une grande machine pneumati- |iue à robinets est composée de deux cylindres creux â,g ifig. 68, 69), dans lesquels vont s’élever et descendre l'ss pistons d et b\ au moyen des crémaillères ael h ^ et Ite la roue dentée r, qu’on tourne à l’aide d’une nianieelle, de manière que lorsque l’un des pistons descend faautre monte. Un canal très étroit / passe de chaque l 'Orps de pompe dans le canal commun t, auquel aboutit f î tuyau p, qui communique avec le robinet x, auquel « St luté le tuyau f, et avec l’ouverture d ^ sur la platine

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de la machine pneumatique. Un robinet travaillé avec beaucoup de soin entre exactement dans le canal t. Ce robinet est percé de manière, que lorsque l’aile 5 {fig. 70), est placée à gauche, le cylindre h puisse communiquer avec l’ouverture de la platine, au moyen du tuyau p et par i n, et le cylindre g par e t avec l’air extérieur. Si on tourne l’aile s à droite (^g. 71), le cylindre g communique par i m avec l’ouverture et le cylindre h avec l’air atmosphérique par e f ; pour empêcher la rentrée de l’air atmosphérique, on ferme l’ouverture ^ par une soupape. Lorsque l’aile se trouve placée verticalement, les deux cylindres communiquent ensemble par o c, mais l’air ne peut arriver ni dans l’un ni dans l’autre. On fait le vide dans une cloche p, en plaçant l’aile à droite et en tournait la manivelle de manière que le piston a s’élève; une poxtion de l’air contenu dans la cloche et les tuyaux se rend dans le cylindre, et l’air qui se trouve dans le cylindre h est chassé par le piston F qui descend, pendant que la soupape t s’élève. Si on tourne l’aile du robinet de manière qu’elle se trouve placée verticalement, l’air qui est resté dans le petit canal entre le cylindre et le robinet, pouvant se rendre dans le cylindre^, se raréfie autant que l’air qui s’y trouve déjà. Lorsqu’après avoir placé l’aile à gauche, on tourne la manivelle en sens contraire, le piston F se lève et l’air entre dans le cylindre h qui se trouve maintenant en communication avec la cloche p ; l’air, au contraire, qui se trouvait dans le cylindre g, est chassé par l’abaissement du piston a. En continuant quelque temps cette opération , on peut raréfier l’air de la cloche au point qu’il n'y reste plus que-^de volume de gaz, dont une petite portion est de l’air atmosphérique, la majeure

ATRIOSPHÉRIQU E. 181

I partie étant de la vapeur d’eau, qui s’est volatilisée des . canaux humides. Si on place sous la cloche quelque suhÿistance capable de se combiner avec l’eau, par exemple, ildu chlorure de calcium ou de l’acide sulfurique, il ne rrestera que de volume de gaz. Pour apprécier cette (jquantité de gaz, on se sert d’un appareil, dont le jeu rne saurait être compris sans la connaissance delà théorie cdu baromètre, que je développerai tout-à-l’heure. Cet î appareil est composé d’un tube de verre y, long au imoins de 29 pouces (^787 millimètres), et dont l’extrémité 1 inférieure est placée dans un vase rempli de mercure, et 1 l’extrémité supérieure lu tée à un robinet. En ouvrant ce I robinet, par lequel le tube f communique avec la clo- (che /?, on peut évaluer le résidu d’air dans la cloche, ] par la hauteur du mercure dans le tube et l’état du baro- 1 mètre. Lorsque le baromètre montre 28 pouces (760 mil - 1 limètres), et que le mercure du tube s’est élevé à 1 4 pouces (38o millimètres), le vide est fait à moitié; s’il s’est élevé à : 27 pouces , il ne reste dans la cloche que ^ d’air. 11 est ] plus commode de se servir d’un tube recourbé à deux branches 69), dont l’une h, se trouve lutée au robinet et l’autre a, est fermée à la lampe et remplie de mercure. Si le vide est parfait dans la cloche , le niveau du mercure sera le même dans les deux branches ; si le mercure est plus élevé dans la branche a que dans la branche h , on consultera le baromètre; lorsqu’il montre 28 pouces et que le mercure est plus élevé d’un pouce dans une branche que dans l’autre, on en conclut que la cloche contient encore ^ de volume de gaz.

Il est facile de voir, que lorsque le piston h est monté au sommet de sa course, et qu’après avoir placé à droite l’aile s du robinet on fait descendre le piston, l’air du

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cylindre h sera comprimé et ne pourra s’échapper que par rouverluie dj On pourrait donc comprimer fortement l’air dans un vase vissé sur en opérant de la même manière que lorsqu’cyn veut faire le vide, h la •différence près, que dans le premier cas f aile du robinet doit être placée du côté opposé.

Détermination de la pesanteur spécifique des gaz et du

poids de V air.

On dit ordinairement;, qu’un corps est plus pesant qu’un autre-, lorsque le poids des deux corps, pris sous le même volume est différent. 11 est possible d’exprimer exactement par des nombres, le rapport qui existe sous ce point de vue entre les divers corps. On a choisi avec raison , l’air atmosphérique , comme point de comparaison pour les ga2,,*et l’eau pour les corps solides et liquides, c’est-à-dire-, on a pris l’air et l’eau pour unités. Ainsi, le nombre qui indique la pesanteur spécifique d’un gaz, exprime le rapport du poids de ce gaz à celui de l’air atmosphérique , et la pesanteur spécifique d’un corps solide ou liquide, est le rapport du poids de ces substances à celui de l’eau, lorsque ces corps ont le même volume quel’air ou l’eau.

On se sert pour les gaz d’un ballon muni d’un robinet {^fig^ y 2), -qu’on visse sur l’ouverture delà platine de la machine pneumatique; on fait lev'idfe dansle ballon et on démonte le robinet après l’avoir fermé. On y adapte au 'moyen 'd’un tube de caoutchouc, un tube rempli de chlorure de calcium , et on l’oime de rechel ; le ballon se remplit alors d’air atmosphérique, qui s’est desséche

atmosphékique. 183

^ \parfa item eut en passant par le chlorure de calcium. On

Ïoèse le ballon plein d’air sec, et après y avoir fait le vide on le pèse de nouveau; ce qu’il pèse en moins, est ee poids de l’air qu’on en a fait sortir. Alors on introduit Uans le ballon le gaz dont on veut déterminer la pesanitteur spécifique; il occupera le même espace que l’air »atmosphérique qu’on en a fait sortir. La différence entre Ides poids du ballon rempli de ce gaz et du ballon vide , ddonne le poids du gaz, qui a pris la place de l’air atmo- !.fsphérique chassé. Ainsi en comparant le poids de l’air .latmosphérique qu’on a fait sortir du ballon avec celui ddu gaz, et prenant le poids de l’air pour unité , on obtüent la pesanteur spécifique du gaz.

EPoids d’un ballon rempli d’air sec = 192,000 gr. fpoids du ballon vide = 181,000 «

fpoids de l’air sorti du ballon = 11,000 «

fpoids du bail, rempli degaz acide carb. = 197,7695 « fpoids du ballon vide = 181,000 «

fpoids du gaz acide carbonique = 16,7695 gr.

ILa pesanteur spécifique du gaz acide carbonique, est fpar conséquent de i,5245 ( p. 86).

Pour remplir le ballon de différens gaz, on se sert (d’une cloche, dont la tubulure est munie d’une virole à I laquelle on peut visser le robinet d {Jig 78). On place 1 la cloche dans une cuve à mercure , et on y fait lie vide au moyen de la petite machine pneumatique, ’ vissée sur le robinet; alors la cloche se remplit de mer- (cure. On fait arriver le gaz sous la cloche à travers un ttube rempli de chlorure de calcium; on met également ^sous la cloche quelcpies fragmens de chlorure de calcium qui surnagent le mercure. Lorsque la cloche est

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remplie de gaz, oa ouvre de temps en temps les robinets e et d , qu’on ne referme plus du tout à la fin. On continue le développement du gaz jusqu’à ce que le ballon et la cloche en soient remplis et que le mercure occupe le même niveau à l’intérieur de la cloche et à l’extérieur 5 alors on dévisse le ballon pour le peser. Il est nécessaire d’observer le thermomètre ainsi que le baromètre en déterminant la pesanteur spécifique; s’il n’ont varié ni l’un ni l’autre pendant l’opération , il n’y a pas lieu à faire de correction dans le calcul ; mais lorsqu’il y a eu quelque variation, il est facile de calculer la différence qui en résulte dans les poids du gaz et de l’air; je rapporterai tantôt ce calcul en parlant du baromètre et de la dilatation des gaz par la chaleur.

On détermine de la même manière le poids de l’air atmosphérique, par exemple, celui d’un pouce cube, en employant un ballon dans lequel on fait le vide, qu’on pèse et qu’on remplit d’air sec , pour le peser de nouveau. Mais il est nécessaire de connaître en outre la capacité du ballon; on la trouve en déterminant le poids de l’eau ou du mercure, qu’on peut y faire entrer. Le poids de Prusse est déterminé d’après le poids d’un pouce cube d’eau, qui à i8 3/4° ( i5? R), est fixé à i 2/9 demionce (loth); ce qui fait 1,22393 demi-once à la température 0°.

Le ballon pèse, par exemple 1 2,400 demi-onces,

le ballon rempli d’eau, pèse 591,902 »

ainsi l’eau qui entre dans le ballon, 679, 5o2 dsmi-onces, donc 1,22393 : 579,502=1 : 473,5.

Par conséquent la capacité du ballon est de 473>5 pouces cube. 11 entre dans ce ballon 0,7526 demi-onces d’air, ainsi 473,5 : 0,7626 = i ; 0,00169.

Un pouce cube d’air pèse donc OjOOiSg demi -onces, ou o,38i6 grains, un pied cube 2,747 demi-onces, et puisque

il s’ensuit que l’eau est 770 fois plus pesante que l’air. Pour déterminer la pesanteur spécifique des gaz, il n’est pas nécessaire de connaître la quantité d’air restée dans le ballon après qu’on a fait le vide, parce que le gaz qui I le remplace occupe exactement le volume de l’air qui a été chassé. Mais il n’en est pas de même lorsqu’on ; veut déterminer le poids de l’air ; dans ce cas il est né- , cessaire d’ajouter au poids de l’air qui est sorti du ballon, ; j celui qui y est resté, si ce dernier est, par exemple j on doit ajouter ^ au poids de l’air qu’on a retiré de la il cloche. Du reste, le poids de l’air atmosphérique n’est '1 exact que pour un état déterminé du baromètre et du . , thermomètre ; nous parlerons tout-à-l’heure de l’influence de la chaleur et de la pression sur l’air.

Lorsqu’on connaît le poids de l’air, il est facile de calculer celui d’autres gaz, dont la pesanteur spécifique y est connue J on n’a qu’à multiplier cette dernière parle poids de l’air. Le poids d’un pouce cuhe d’air étant 4 de 0,38 16 grains, le pouce cube de gaz acide carboni- I que pèsera o,38i6x i, 5245 = 0,6817 grains. Ces faits > sont d’une grande importance, pour déterminer la quantité pondéi’ale de différons gaz, après avoir trouvé leur < volume.

LE BAROMETRE.

Lair atmosphérique qui enveloppe la terre et dont on I>eut déterminer le poid.s d’après la méthode que nous.

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venons de développer, exerce nécessairement sur tous les objets qu’il touche, une eeriaine pression qu’un instrument appelé baromètre permet d’évaluer exactement.

Lorsqu’on verse du mercure au fond d’un vase 4), qu’on y place deux tubes de verre ouverts par les deux bouts, et qu’on verse de l’eau sur le mercure , celui-ci s élèvera dans les tubes. En déterminant la hauteur du mercure, on trouvera qu’elle est à la hauteur de l’eau dans le rapport de i : i3 1/2; or, l’eau est i3 ip. fois plus légère que le mercure, donc la hauteur des deux fluides est déterminée par leur poids. Le développement ultérieur de ce phénomène appartient à l’hydrostatique, qui fait partie de la physique mécanique, et nous n’en faisons mention ici que pour remarquer, que, quand bien même on ne pourrait pas voir la hauteur de la surface de l’eau, il serait possible de déterminer, au moyen de la hauteur du mercure, de quel poids l’eau pèse sur le mercure. Qu’on s’imagine un tube de verre dont un bout ouvert plonge dans le mercure, et dont l’autre extrémité passe au-delà de la limite de l’atmosphère, l’air atmosphérique pèsera sur le mercure, comme l’eau dans l’expérience précitée, et le fera monter assez haut dans le tube de verre, pour que le poids de la colonne de mercure soit égal à celui d’une colonne d’air semblable. On suppose le tube prolongé au-delà de 1’atmo.sphère pour que l’air ne puisse pas s’y introduire par en haut; on atteint le même but en employant un tube deverre fermé à la lampe à l’une de ses extrémités, et d’une longueur d’environ 3o pouces. Qu'on le remplisse de mercure, <|u’on le ferme avec le doigt, et après l’avoir renversé dans un vase contenant du mercure, qu’on relire le doigt, l’air atmosphérique ne pourra pas s'y introduire

et la même condition se trouvera l'emplie qu’avec le tube de verre, qui dépasse la limite de l’atmosphère ijig. y5). On trouvera alors que le mercure s’abaisse un peu dans le tube de verre, et y reste stationnaire à une certaine hauteur. C’est donc la pression de l’air atmosphérique qui fait monter la colonne de mercure jusqu’à la hauteur où elle reste stationnaire. Le poids de la colonne permet de supputer celui en vertu duquel l’air atmosphérique exerce sa pression. On adonné à cet instrument le nom de baromètre (de pesanteur, et ^erpo», mesure). Dans le baromètre il faut considérer la hauteur verticale de la colonne de mercure, à partir du niveau de ce métal dans le bain où se trouve le tube, jusqu’à la surface, que ce même métal atteint dans le tube. Lorsque le vase dans lequel plonge le tube est une simple cuvette, l’instrument porte le nom de baromètre à cuvette; mais lorsque l’extrémité ouverte è (Jig. 76 ), est recourbée de manière à former une courte branche, on l’appelle baromètre à siphon. Dans cet instrument il faut déteiminer de combien le mercure est plus élevé dans une branche que dans l’autre; mesurer par conséquent la hauteur perpendiculaire de c ou d jusqu’en e. La hauteur ordinaire de la colonne de mercure est de 28 pouces,et, comme on est en état d’observer j/ioo de ligne, on peut déterminer avec une grande exactitude le changement que subit le poids de l’air atmosphérique, et qui influe sur beaucoup d’expériences chimiques délicates. Un pouce cube d’eau pèse i 1/2 demi-once; mais le mercure pesant i3 1/2 fois plus que l’eau, un pouce cube de mercure pesera 16 1^2 demi-onces; ainsi lorsque le baromètre est à 28 pouces, une surface d’un pouce carré sera comprimée par 28 x i6 1/2 =4^2 demi-

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onces ou i4 7/16 livres, et un pied carré par 2079 livres. On peut rendre bien évidente cette forte pression de l’air, en collant hermétiquement avec du suif une plaque mince de verre [fig. ’j’j) sur un anneau, et plaçant celui-ci sur la platine de la machine pneumatique ; si on fait intérieurement le vide jusqu’à un certain point, la pression de l’air extérieur écrasera la plaque de verre. Autre exemple. Deux hémisphères creux {fig. 78), capables de former par leur jonction une sphère hermétiquement fermée et munis d’un robinet, étant appliqués l’un sur l’autre, si on y fait le vide, il sera impossible de les séparer à moins d’employer un effort considérable. La pression de l’air nous explique pourquoi l’eau reste dans un vase renversé sur l’eau ou sur le mercure (p. 3); pourquoi en ouvrant la vis i (p. 8) du gazomètre, on ne fait pas sortir l’eau de cet appareil j comment on peut utiliser dans la machine pneumatique le tube de verre ou l’appareil à deux branches, pour déterminer jusqu’à quel point l’air est raréfié. Enfin, la pression de l’air donne en outre lieu à plusieurs autres phénomènes qui n’ont pas besoin d’explication ultérieure.