DILATATION DES GAZ PAR LA CHALEUR

L'action de la chaleur sur les corps gazeux a heu sui-

vant une loi aussi generale que celle de Mariotte, et cette loi est d'autant plus importante pour le chimiste, qu'un grand nombre de phénomènes, qui se reproduisent sans cesse et dont nous avons déjà vu quelques-uns, en dépendent. En chauffant par exemple une cornue (p: 3), nous avons vu se dégager beaucoup d'air atmosphérique; lorsqu'après avoir plongé le col de la cornue dans l'eau on la laisse refroidir, l’eau s'y élève. On peut examiner facilement et avec exactitude la dilatation de l'air, en remplissant d’air sec un tube de verre, auquel on a soufflé une boule, comme à un thermomètre ordinaire. Le tube doit être bien calibré intérieurement. Il est nécessaire de le choisir dans un grand nombre de tubes; on l’éprouve en y introduisant un peu de mercure, autant par exemple qu'il en faut pour le remplir au dixième. Lorsque la colonne de mercure. promenée dans diverses parties du tube jouit partout de la même longueur, des longueurs égales du tube correspondent à des capacités égales. On trouve le rapport de la capacité de la boule à celle du tube en déterminant successivement la quantité de mercure nécessaire pour remplir la boule et celle qui entrerait dans le tube seul. Si la boule et le tube peuvent contenir chacun par exemple 10 grains de mercure, il est évident que.le tube étant partagé en 1000 parties égales, chaque division du tube vaudra la 171.000 partie de la capacité de la boule. La vapeur d'eau occupant un espace presque 2000 fois plus grand que l’eau liquide, il faut dessécher soigneusement la boule et le tube et n'y laisser entrer que de l'air sec. On remplit premièrement le tube 2 et la boule g de mercure qu’on échauffe, afin dele dépouil- Jerentierement d'humidité; à l’aide du bouchor 4 ( fig.86)

ATMOSPHERIQUE. 195

on y adapte un tube rempli de chlorure de calcium. Si l'on tient cet appareil verticalement, la boule tournée vers le haut, le mercure s'écoule, et de l'air atmospherique desséché par le chlorure de calcium qu'il traverse se rendra dans la boule; néanmoins on laisse dans le tube une petite colonne de mercure g’ qu'il sera facile de transporter en un point voulu du tube au moyen d’un fil de fer servant en même temps à favoriser la sortie du mercure. On dispose alors le tube dans une caisse quadrangulaire en cuivre A (fig. 87) placée sur un fourneau B, de manière à pouvoir être échauffée graduellement. On verse de l’eau dans la caisse jusqu’à ce que le niveau de ce liquide soit élevé d’une quantité notable au-dessus de la boule. On introduit dans l’eau deux thermomètres # et £ ou même un plus grand nombre; il est également avantageux de faire passer par le couvercle de la caisse de petites barres plongeant dans l’eau et garnies à leurs bases d'ailes, au moyen desquelles, quand on fait tourner les barres, l’eau soit mise en mouvement et la température rendue uniforme dans tout le vase. On prend d’abord de l’eau à 0°; le bouchon o permet de faire entrer et sortir le tube et la boule. On commence par rapprocher avec le fil de fer, aussi près que possible de la boule, la petite masse de mercure qu’on a laissée dans le tube et qui a pris la forme cylindrique, de manière que la quantité d'air emprisonné dans la boule par le petit globule de mercure, s'élève à 1000 parties, et que la capacité du tube gradué et ouvert soit aussi à peu près la même. On fait avancer dans la caisse le tube avec la boule justement jusqu'au point où se trouve le cylindre de mercure. Cela posé, si l’on chauffe peu à peu le liquide, l'air se dilatera et poussera

le globule de mercure en avant; on enfonce alors le tube plus profondément dans le vase, afin que toute la masse d’air comprise dans la boule et le tube prenne la température du bain chaud. Il sera facile d'observer la dilatation de l'air, qui remplissait la boule, et occupait par conséquent 1000 parties, en examinant les progrès du cylindre de mercure. L'eau étant chauffée depuis o° jusqu'à 100°, le cylindre de mercure s’avancera de 372 parties; si l’on élève la température depuis o° jusqu'à 50° seulement, le cylindre de mercure s'arrêtera à la 187° partie; la température continuant à s'élever depuis 5o° jusqu’à 100°, il parcourra les 186 autres parties. En faisant l'expérience de degré en degré, on trouvera que chaque degré de chaleur pousse l'index de 3,72 parties en avant. On pourrait étendre cette observation au delà de 300° en remplaçant dans le vase l'eau par de l'huile; et jusqu’à —36° en refroidissant artificiellement l'air de la boule, on trouverait ainsi que la dilatation uniforme a lieu aussi à ces degrés de température; lorsque, au lieu d’air atmosphérique, on emploied'autres corps gazeux pour faire l'expérience, on trouve après les avoir introduits dans la boule, que, soumis à lamême loi, ils se dilatent absolument comme l'air de 0,00375 pour chaque degré du thermomètre, leur volume a 0° étant pris pour unité, Les gaz qui se liquefient à une basse température ou sous une forte pression font exception à cette loi, mais seulement lorsque la temperature à laquelle on opère approche du point de leur passage à l'état liquide. Chauffes à partir de ce point ils se dilatent plus fortement jusqu'à ce qu'ils l'aient depassé de 20 à 30° et encore un peu davantage; au delà de cette température ils rentrent cependant sous la loi

commune. Le gaz acide sulfureux, qui bout à — 10°, appartient à ces substances. En faisant brûler du soufre dans le gaz oxigène on devrait obtenir un volume de gaz acide sulfureux égal à celui de l’oxigene employé, comme nous le verrons dans l'histoire de cet acide, mais l'expérience en a toujours donné un peu moins. Voilà pourquoi la pesanteur spécifique déterminée à la température ordinaire, s'élève aussi trop haut. Car 100 parties en poids d'oxigène se combinant avec 100,58 parties de soufre, la pesanteur spécifique devrait être de 200, 58% 1; 1026 ——<— = 2,21 16; tandis que des pesées directes executées à la température ordinaire ont donné 2,247.

Le poids d'un certain volume, par exemple, d'un pouce cube d'air atmosphérique ou de tout autre gaz, tel qu'on l’a déterminé, n’est exact qu’à une certaine température, qu’on fixe ordinairement à o°. Le volume des corps gazeux augmentant ou diminuant avec la température, lorsqu'on fait des expériences avec des gaz, il faut continuellement observer la température, et faire entrer en ligne de compte les changemens qu'on remarque. A-t-on obtenu, par exemple, 12 pouces cubes d’un gaz à + 20°, la proportion suivante fera connaître ce que serait ce volume à 0°:

A-t-on obtenu la même quantité de gaz, savoir: 12p.c., à —20°, on la réduira à ce qu’elle serait à o° à l’aide de la proportion :

Veut-on savoir quel volume occuperaient à 10° 12p.c. d'un gaz obtenu à + 20°, on posera , |

La dilatation considérable de l’air et des corps gazeux

198 ar AIR

donne naissance à un grand nombre de phénomènes intéressans. L’air chaud et raréfié s'élève, et l’air froid en prend la place. En entr’ouvrant la porte commune de deux chambres (ig. 88), dont la temperature est differente, on observe que la flamme d’une chandelle, placée vers la partie supérieure de l'ouverture est chassée du côté de la chambre froide, que la flamme brûle comme à l'ordinaire, au milieu de l'ouverture, mais quelle s'incline du côté de la chambre chaude, lorsque la chandelle se trouve à la partie inférieure ; ainsi, l'air pesant et froid se porte par en bas dans la chambre chaude, tandis que l’air léger et chaud de la partie supérieure, s’introduit dans la chambre froide. C'est aussi du courant produit par de l’air échauffé inégalement, que dépend le renouvellement de l'air atmosphérique durant la combustion des corps; on augmente et on règle le courant par des appareils particuliers, tels que les cheminées. Nous reviendrons sur) ce sujet en parlant de la combustion. — Les moussons ainsi que les brises de terre et de mer, proviennent également de la dilatation de l'air par la chaleur; la dernière espèce de vent règne particulièrement dans les iles de l'océan entre les tropiques. Lorsque pendant la nuit la temperature de l'île s'abaisse au dessous de celle de la mer, l'air se porte du milieu de l’île vers la mer; le jour au contraire, le soleil venant à échauffer l’île au point que la temperature de celle-ci s'élève au-dessus de celle de la mer, l'air chaud et raréfié de l'ile monte et fait place à l’air froid et lourd qui y afflue de tous les côtés de la mer. Qu'on se rende lorsqu'il fait chaud dans l'ombre projetée par une maison, un nuage ou tout autre objet, on sentira un courant d'air froid, provenant de ce que l’air chaud s'élève

de la surface échauffée par les rayons du soleil, pour faire place à l’air froid qui vient du côté de l'ombre.

Il nous reste encore à rapporter ici en peu: de mots» une question dont les détails ultérieurs appartiennent à la théorie de la chaleur, et qui embrasse la connaissance de la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température de chaque gaz d’un même nombre de degrés, à partir d’un certain point. On a trouvé que la chaleur qu'exige une quantité donnée d'eau, par exemple, une livre pour s'élever depuis o° jusqu’à 100° est capable de porter depuis 0° jusqu’à 100°, 4 fois autant d'air ou 4 livres d'air; or, l'air atmosphérique est 770 fois plus léger que l’eau : par conséquent, la chaleur qui élève un volume d’eau d’un certain nombre de degrés, augmenterait la température de 5080 volumes d'air de la même quantité. On nomme calorique spécifique ou capacité pour la chaleur, la quantité de chaleur qu’un même volume des divers corps exige pour s'élever du même nom bre de degrés; la capacité de l'eau pour la chaleur es donc quatre fois aussi grande que celle de l'air. Lorsqu'on veut exprimer en nombres la capacité des corps pour la chaleur, on prend celle de l'eau pour unité ; ainsi la capacité de l'air pour la chaleur est de 0,25, ou d’après les determinations les plus exactes de 0,2669. La chaleur dilatant les différens gaz de la même manière, il reste encore à résoudre la question de savoir si, pris sous lemême volume, ils n’ont pas également besoin de la même quantité de chaleur pour acquérir la même température à partir d'un terme fixe. Les gaz simples présentent cette uniformite; quant aux gaz composés, tel que l'acide carbonique, on n'en sait encore rien.