LA MACHINE PNEUMATIQUE

Dans beaucoup d'expériences il est nécessaire de se procurer un espace vide ; on se sert à cet effet de la ma- : chine 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 (ig. 63), muni de deux robinets fet s, et bien arrondi dans l'intérieur , afin que le petit cylindre ou piston c, qu'on y fait monter et descendre au

moyen d'une tige, s'y ajuste exactement. Pour faire le vide dans un ballon on y adapte une allonge à laquelle on visse le robinet s. Si on ferme le robinet £ et qu'on ouvre le robinet s pendant qu'on fait monter le piston c, une portion de l’air contenu dans le ballon se rendra dans le cylindre creux ; si on ouvre alors le robinet 7 et qu'on ferme le robinet s pendant qu'on fait descendre le piston, l’air qui s'était rendu du ballon dans le cylindre creux, sera chassé par le robinet t. Lorsque, le piston étant parvenu au plus bas de sa course, on ferme de nouveau le robinet {, après avoir ouvert le robinet s, et qu'on fait remonter le piston, une nouvelle portion d’air se rendra du ballon e dans le cylindre creux. Si l’on attache une vessie au robinet 7, on verra l'air se rendre du ballon e dans la vessie. On fait mieux encore cette observation, en adaptant au robinet £, à l’aide d'un tube de caoutchouc, un tube de verre dont l’extrémité sengage sous l’eau ; alors, chaque fois que le piston descend , le robinet ? étant ouvert, on voit l'air sortir par le tube et on peut le recueillir dans un cylindre. La quantité d’air expulsé de cette manière diminue au fur et à mesure que l'opération se prolonge, d'où il resulte que l’air se raréfie de plus en plus.

Cette machine pneumatique peut servir également pour comprimer l'air ou d'autres gaz. Veut-on, par exemple, enchässer dans un vase plus étroit un gaz contenu dans une cloche dont la tubulure soit munie d’une allonge, on visse au robinet ? cette allonge et au robinet s le vase, qui peut être un petit ballon ou un tube de verre armé d’une allonge, et dans lequel on a fait préalablement le vide. On ouvre d’abord le robinet t et on fait monter le piston, ce qui fait passer le gaz de

la cloche dans le grand cylindre; 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 #, 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 r au piston (ig. 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. 65), se trouve attachée à la partie supérieure de la vis, pour couvrir l'ouverture @ du canal o. On fait entrer la vis dans une pièce de laiton c c (ig. 66), percée d'un petit trou 5b, surmontee d'une tige A, et enfoncée dans un bouchon de liege 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 » étant

ATMOSPHERIQUE. 179 fermé, si on fait redescendre la tige, l'air est comprimé dans le cylindre, la bande de taffetas se lève et l'air s’echappe par le trou 2.

On emploie ces petites machines pneumatiques pour remplir de mercure des cloches (Ag. 67), dont la tubulure est garnie d’une virole en fer et d’un robinet de même metal d, qu'on fait communiquer avec la machine pneumatique. Lorsqu'on fait le vide dans la cloche, le mercure s'élève.

On peut aussi se passer du robinet net le remplacer par une soupape à la base du cylindre; pendant l’ascension du piston la seconde soupape s'ouvre et la soupape supérieure se ferme; pendant la descente du piston, la soupape inférieure se ferme et la soupape supérieure se lève.

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 robinets; car souvent lorsque l'opération tire à sa fin, les soupapes ne se lèvent plus, soit qu'elles se collent au plan sur lequel elles sont attachées, soit par d’autres incidens bien fréquens.—Une grande machine pneumatique à robinets est composée de deux cylindres creux 4, g (fig. 68, 69), dans lesquels vont s'élever et descendre les pistons a’ et b’, au moyen des crémaillères a et D, et de la roue dentée r, qu'on tourne à l’aide d’une manivelle, de manière que lorsque l'un des pistons descend l’autre monte. Un canal très étroit / passe de chaque corps de pompe dans le canal commun f, auquel aboutit le tuyau p, qui communique avec le robinet x, auquel est luté le tuyau f, et avec l’ouverture d, sur la platine

de la machine pneumatique. Un robinet travaillé avec beaucoup de soin entre exactement dans le canal #. Ce robinet est percé de manière, que lorsque l'ailes ( fig. 70), est placée à gauche, le cylindre 2 puisse communiquer avec l'ouverture de la platine, au moyen du tuyau p et par in, et le cylindre g par e £ avec l'air extérieur. Si on tourne l'aile s à droite (ig. 71), le cylindre g communique par & m avec l'ouverture d, et le cylindre h avec l'air atmosphérique par et; pour empêcher la rentree de l’air atmosphérique, on ferme l'ouverture £ par une soupape. Lorsque l'aile se trouve placée verticalement, les deux cylindres communiquent ensemble par oc, 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 tournant la manivelle de manière que le piston a s'élève ; une portion de l'air contenu dans la cloche et les tuyaux se rend dans le cylindre, et l'air qui se trouve dans le cylindre % est chassé par le piston 5’ qui descend, pendant que la soupape f 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 g , se rarefie autant que l'air qui s'y trouve déjà. Lorsqu’apres avoir placé l'aile à gauche, on tourne la manivelle en sens contraire, le piston b’ se lève et l'air entre dans le cylindre À 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 rarefier 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

partie étant de la vapeur d'eau, qui s'est volatilisée des canaux humides. Si on place sous la cloche quelque substance capable de se combiner avec l'eau, par exemple, du chlorure de calcium ou de l'acide sulfurique, il ne restera que — de volume de gaz. Pour apprécier cette quantité de gaz, on se sert d'un appareil, dont le jeu ne saurait être compris sans la connaissance de la théorie du baromètre, que je developperai tout-a-l'heure. Cet appareil est composé d'un tube de verre f, long au moins de 29 pouces (787 millimètres), et dont l'extrémité inférieure est placée dans un vase rempli de mercure, et l'extrémité supérieure lutée à un robinet. En ouvrant ce robinet, par lequel le tube f communique avec la cloche p, on peut evaluer le residu d’air dans la cloche, par la hauteur du mercure dans le tube et l’état du baromètre. Lorsque lebaromètre montre 28 pouces (760 millimètres), et que le mercure du tube s’est élevé à 14 pouces (380 millimètres), le vide est fait à moitié; s’il s’est élevé à 27 pouces , il ne reste dans la cloche que — d'air. Il est plus commode de se servir d’un tube recourbé à deux branches ( fig. 69), dont l’une b, se trouve lutée au robinet x, 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 5, 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 er de volume de gaz.

Il est facile de voir, que lorsque le piston 5 estmonte 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

cylindre À sera comprimé et ne pourra s'échapper que par l’ouverture d, on pourrait donc comprimer fortement l’air dans un vase vissé sur 4, en opérant de la même manière que lorsqu'on veut faire le vide, à la différence près, que dans le premier cas l'aile du robinet doit être placée du côté opposé.

Determination de la pesanteur specifique des gaz et du

poids de l'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. Il 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 gaz, 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 que l'air ou l'eau.

On se sert pour les gaz d'un ballon muni d'un robinet (fig. 72), qu'on visse sur l'ouverture d de la platine de la machine pneumatique; on fait le vide dans le 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’ouvre de rechef; le ballon se remplit alors d’air atmosphérique, qui s’est desséché

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parfaitement en passant par le chlorure de calcium. On pèse 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 le poids de l'air qu’on en a fait sortir. Alors on introduit dans le ballon le gaz dont on veut déterminer la pesanteur spécifique; il occupera le même espace que l'air atmosphérique qu’on en a fait sortir. La différence entre les poids du ballon rempli de ce gaz et du ballon vide, donne le poids du gaz, qui a pris la place de l'air atmosphérique chassé. Ainsi en comparant le poids de l'air atmosphérique qu'on a fait sortir du ballon avec celui du gaz, et prenant le poids de l'air pour unité , on obuent la pesanteur spécifique du gaz.

Poids d’un ballon rempli d’air sec — 192,000 gr. poids du ballon vide — 181,000 « poids de l’air sorti du ballon = 11,000 « poids du ball. rempli de gaz acide carb. — 197,7695 « poids du ballon vide — 181,000 « poids du gaz acide carbonique 216,700 br.

La pesanteur spécifique du gaz acide carbonique, est par conséquent de 1,5245 (p. 86).

Pour remplir le ballon de différens gaz, on se sert d'une cloche, dont la tubulure est munie d’une virole à laquelle on peut visser le robinet d (fig 73). On place la cloche dans une cuve à mercure, et on y fait le vide au moyen de la petite machine pneumatique; vissée sur le robinet; alors la cloche se remplit de mercure. On fait arriver le gaz sous la cloche à travers un tube rempli de chlorure de calcium; on met également sous la cloche quelques fragmens de chlorure de calcium qui surnagent le mercure. Lorsque la cloche est

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remplie de gaz, on 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; 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 determine de la même manière le poids de Fair 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 poidsd'un pouce cube d’eau, qui à 18 3/4° (15° R), est fixé à ı 2/9 demionce (loth); ce qui fait. 1,22393 demi-once à la température 0°.

Le ballon pèse, par exemple 12,400 demi-onces, le ballon rempli d'eau, pèse 591,902 2 ainsi l'eau quientre dans le ballon, 579,502 demi-onces, donc 1,22393,1,579,902 —1..:| 479,5.

Par conséquent la capacité du ballon est de 473,5 pouces cube. Ilentre dans ce ballon 0,7526 demi-onces d'air, ainsi 473,9 : 0,7526 = 1 : 0,00150.

ATMOSPHERIQUE. 185 Un pouce cube d’air pèse donc 0,00159 demi-onces, ou 0,3816 grains, un pied cube 2,747 demi-onces , et puisque 0,7526 : b79.,bo2=1 : 770,

il s'ensuit que l'eau est 770 fois plus pesante que Flair. 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 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 necessaire d'ajouter au poids de l'air qui est sorti du ballon, celui qui y est resté, si ce dernier est, par exemple — on doit ajouter — au poids de l'air qu’on a retiré de la cloche. Du reste, le poids de l'air atmosphérique n'est exact que pour un état déterminé du baromètre et du thermomètre ; nous parlerons tout-à-l’heure de linfluence 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 est connue; on n'a qu à multiplier cette dernière par le poids de l'air. Le poids d’un pouce cube d'air étant de 0,3816 grains, le pouce cube de gaz acide carbonique pesera 0,3816 x 1,5245 =0,5817 grains. Ces faits sont d'une grande importance, pour déterminer la quantité pondérale de différens gaz, après avoir trouvé leur volume.

LE BAROMETRE.

L'air atmosphérique qui enveloppe la terre et dont on peut déterminer le poids d’après la méthode que nous

venons de developper, exerce necessairement sur tous les objets quil touche, une certaime pression qu’un instrument appelé baromètre permet d'évaluer exactement.

Lorsqu'on versedu mercure au fond d'un vase( fig. 74), 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 selevera dans les tubes. En déterminant la hauteur du mercure, on trouvera qu'elle est à la hauteur de l'eau dans le rapport de 1 : 13 1/2; or, l’eau est 13 1/2 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 simagine 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 mereure soit égal à celui d'une colonne d'air semblable. On suppose le tube prolongé au-delà de l'atmosphère pour que l'air ne puisse pas s’y introduire par en haut; on atteint le même but en employant un tube de verre fermé à la lampe à l’une de ses extrémités, et d’une longueur d'environ 30 pouces. Qu'on le remplisse de mercure, qu'on le ferme avec le doigt, et après lavoir renversé dans un vase contenant du mercure, qu’on retire le doigt, l'air atmosphérique ne pourra pas s'y introduire

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et la même condition se trouvera remplie qu'avec le tube de verre, qui dépasse la limite de l'atmosphère (fig. 75). On trouvera alors que le mercure s’abaisse un peu dans le tube de verre, et y reste stationnaire à une certaine hauteur. Cest 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 a donné à cetinstrument le nom de baromètre (de «pos | pesanteur, et pérpor, mesure). Dans le baromètre il faut considerer la hauteur verticale de la colonne de mercure, à partir du niveau de ce metal dans le bain ou 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 5 (fig. 76 ), est recourbee de manière à former une courte branche, on l’appelle baromètre à siphon. Dans cet instrument il faut déterminer de combien le mercure est plus élevé dans une branche que dans l’autre ; mesurer par conséquent la hauteur perpendiculaire de ce 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 17100 de ligne, on peut déterminer avec une grande exactitude le changement que subit le poids de lair atmosphérique, et qui influe sur beaucoup d'expériences chimiques délicates. Un pouce cube d’eau pèse 1 1/2 demi-once; mais le mercure pesant 13 1/2 fois plus que l'eau, un pouce cube de mercure pesera 16 172 demi: onces ; ainsi lorsque le baromètre est à 28 pouces, une surface d'un pouce carré sera comprimée par 28 x 16 72 —462 demi-

onces ou 14 7/16 livres, et un pied carré par 2059 livres.On peut rendre bien évidente cette fortepression de l'air, en collant hermetiquement avec du suif une plaque mince de verre (fig. 77) 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), ca- ‚pables 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 etfort 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 ö (p. 8) du gazometre, on ne fait pas sortir l'eau de cet appareil ; comment on peut utiliser dans la machine pneumatique le tube de verre f 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.