PRESSION DES VAPEURS

Lorsque la vapeur d’eau ou celle de toute autre substance échauffée peut se dégager librement , toute la chaleur qu’on ajoute au liquide sert à la formation d’une nouvelle quantité de vapeur, mais lorsque celle-ci ne peut pas s’échapper , lorsque l’on chauffe, par exemple, de l’eau ou tout autre liquide en vase clos , la température du liquide s’élève sans interruption, tandis qu’une partie de sa masse prend l’état gazeux et entre dans l’espace déjà rempli de vapeur. Cet espace , à mesure que la température augmente , se remplit donc de quantités de plus en plus grandes de vapeur comprimée. La force avec laquelle les vapeurs sont resserrées se détermine de la même manière que pour l’air atmosphérique

ou pour d’autres gaz; c'est-à-dire, par la hauteur d’une colonne de mercure ou par le nombre d’atmosphères dont la pression leur fait équilibre. On pourrait faire l’expérience d’une manière fort simple avec l’eau en plaçant sur le fond d’une chaudière très forte un vase rempli de mercure dans lequel viendrait plonger un tube ouvert passant par le couvercle. On verse de l’eau dans la chaudière et on la ferme soigneusement; par le couvercle de la chaudière passent plusieurs thermomètres à l’aide desquels on détermine la température du liquide et de la vapeur. La chaudière étant ensuite échauffée , les vapeurs d’eau formées exerceront une pression sur l’eau qui pousse alors le mercure dans le tube ouvert jusqu’à une hauteur correspondante à la pression intérieure. C’est en effet de cette manière très pénible que les expériences les plus exactes ont été faites, non pas toutefois sans des précautions particulières, afin d’atteindre au dernier degré de précision et d’éviter les divers accidens auxquels l’observateur se trouve exposé. Au Heu du tube ouvert on peut introduire dans le vase à mercure un tube plein d’air et scellé par l’extrémité qui sort de la chaudière. Si le tube est divisé en parties égales , on peut déterminer la pression par l’espace qu’y occupe l’air comprimé, absolument comme le rétrécissement de l’air dans le tube b [fig. i38'l , nous a indiqué la compression de l’eau. Le mieux cependant c’est de se servir dans cette expérience d’un tube de verre a {Jig. i6o) de 4 pouces de longueur, i/4 de pouce de diamètre extérieur, et i/8 de pouce de diamètre intérieur, et par conséquent de i/i6 de pouce d’épaisseur; à ce tube est soudé un tube large de thermomètre b d’environ un pied et demi de longueur, et à ce dernier un

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tube tliermométrique étroite d’un pied de longueur. On de'termine le rapport des capacités des deux tubes thermométriques en les calibrant (p. 194)5 et l’on y fixe une bande métallique graduée. Dans la partie inférieure e le large tube thermométrique est recourbé. On remplit le tube a d’autant de mercure qu’il en entre dans les deux tubes thermométriques depuis la pointe «jusqu’en e. On scelle supérieurement le tube étroit c. On tire en pointe fine le tube rtj et tandis qu’on l’échauffe et qu’on en tient la pointe engagée dans le liquide à examiner, il se remplit; après quoi l’on scelle la pointe. On introduit alors le tube dans un matras dans lequel on verse de l’huile et dont on élève graduellement la température au bain de sable; un thermomètre placé en même temps dans le vase à huile indique la température de celle-ci. Veut-on dépasser 3oo , on substitue à l’huile du sulfate acide de potasse. Il faut faire de telles expériences derrière une porte à jours garnis de vitres épaisses et de coulisses. L’appareil lui -même doit résister à une pression de plus de 100 atmosphères; l’on ne doit pousser le feu que lentement et éviter toute secousse. On est en possession des expériences les plus précises sur la pression des vapeurs d’eau aux diverses températures, pression dont la détermination rigoureuse est de la plus haute Importance pour la machine à vapeur. J’en tracerai une table exacte à la fin de l’ouvrage. Les nombres suivans peuvent donner une idée nette de son accroissement rapide. En effet les vapeurs renfermées en vase clos exercent

à 100° une pression de i atmosphère

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On a cherche en vain une loi pour l’augmentation de la pression avec la température. Également éloignées de leur point d’ébullition, les vapeurs exercent à peu près la même pression; néanmoins ceci n’est pas toujours rigoureusement vrai. Si les vapeurs des différens liquides suivaient la loi de Mariotte à partir de leur point d’ébullition, la connaissance de la pression et de la température suffirait pour supputer la quantité de vapeur renfermée dans un espace déterminé. J’ai déjà rapporté cidessus (p. 193), que les vapeurs peu éloignées de la température à laquelle elles se liquéfient’, sont plus denses qu’elles ne devraient l’être d’après la loi de Mariotte; cette anomalie s’observe surtout encore à de hautes pressions. Lorsqu’on scelle le tube a, après y avoir introduit de l’éther jusqu’au tiers environ de sa capacité, et qu’on réchauffe, on trouve qu’à 187“, 5 et sous une pression de 87,5 atmosphères tout l’éther a pris la forme gazeuse, de sorte que le tube est rempli du gaz^ dont par conséquent la densité s’élève à 0,2873 0,71192 est la pesanteur spécifique de l’éther) comparativement à l’eau, et à 182,7 comparativement à l’air. Sous la pression ordinaire de l’air cette vapeur aurait à

la même température unedensité de— ^ rr- — r — =i,5 1 2;

et devrait par conséquent supporter une pression de ^-^=121 atmosphères pour acquérir la densité de 182,7; mais l’expérience prouve qu’il n’est besoin pour cela que de 87,5 atmosphères. On trouve la capacité du tube a par la quantité de mercure qu’il peut contenir, et l’on détermine la quantité d’éther qu’on y a fait entrer en pesant l’appareil avant et après l’introduction de ce corps.

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En prenant un peu plus d’un tiers d’éther on observe que, lorsque la température approche de i8;7°,5, le liquide augmente de plus en plus et finit enfin par remplir tout le tube; lorsqu’on en prend moins la conversion du liquide en vapeur a lieu subitement. Ce phénomène provient de ce que le liquide se dilate continuellement et qu’il atteint à la fin la densité de la vapeur. Les opinions sont partagées sur la quantité de chaleur qu’exige l’eau pour se transformer en gaz sous de hautes pressions et à des températures élevées, les expériences pour là déterminer avec exactitude entraînant trop de difficultés. On a cru pouvoir conclure de quelques expériences, que cette quantité de chaleur, la chaleur latente par conséquent, est la même pour chaque température, de manière que l’eau à i2i°,4 exige aussi 53i" de chaleur pour se transformer en vapeur à 122°, dont la tension est de deux atmosphères, et que d’après cela une partie de vapeur d’eau à i2i°,4 augmente de 1° la température de 552,4 parties d’eau par la chaleur q^u’elle abandonne en se liquéfiant. Une autre opinion est que la chaleur latente de la vapeur d’eau reste toujours la même à partir de 100°, de sorte qu’une partie de vapeur d’eau à i2i°,4 n’échauffe d’un degré que 53 1 parties d’eau, ce qui ferait cesser la chaleur latente à 63 1°. La première opinion est combattue par le fait que la vapeur d’eau à haute pression jouit à peine en s’écoulant d’une température aussi haute que la vapeur d’eau à 100°. En effet, la vapeur d’eau, comme tout autre gaz, absorbe de l'a chaleur en se dilatant, par exemple, si l’on suppose que son volume ait été condensé de moitié, une quantité de chaleur suffisante pour échauffer de 56° un volume d’air égal au sien. 11 faut considérer comme

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avéré, que la chaleur latente diminue à mesure que la température s’élève, et ce décroissement diffère probablement selon les substances que l’on considère.