PRESSION DES VAPEURS A LA TEMPÉRATURE ORDINAIRE

La pression qu’exercent les vapeurs, dependant de leur température, il va sans dire que la pression de l'air exerce une grande influence sur l’ébullition ou la transformation en vapeur des liquides dans un vase ouvert; voilà pourquoi l'on a pris pour second point fixe du thermomètre le point d’ebullition de l'eau sous une pression de 0,76. Plus la pression de l'air diminue, plus la température à laquelle les liquides entrent en ébullition, s'abaisse; si la pression de l'air n’est que de 0”,733,5, l'eau bout déjà à 99°, et l’on observe même l’ébullition de ce liquide à 0°, lorsqu'on le fait congeler sous la machine pneumatique. Pour trouver les pressions , que les vapeurs exercent à diverses températures, on place dans un vase de fer, sur le fond duquel se trouve du mercure, deux tubes pleins de mercure et plus longs que la hauteur barométrique ordinaire. On introduit dans l’un de ces tubes un peu d’eau ou d'un autre liquide qu’on veut examiner. La colonne de mercure qui était précédemment dans le tube faisait équi-

BAU. | 331 libre à la pression de l'air; elle s'abaisse un peu après l'introduction de l’eau. Il faut donc que l’eau ait laissé dégager quelque corps, qui s'est porté dans l’espace situé au dessus du mercure pour déprimer la colonne; on peut démontrer facilement que ce corps n'est autre chose que de la vapeur d’eau. La pression exercée par la vapeur d'eau équivaut donc à l'excès de la hauteur du mercure dans le tube resté intact, sur celle de ce métal dans le tube contenant de l’eau. Si l’on dispose maintenant un cylindre de verre creux, ouvert par les deux extrémités, de manière qu’en enveloppant detoutesparts les deux tubes, ses bords s’enfoncent un peu dans le mercure du vase de fer, et qu'on verse dans l'espace vide entre les tubes et les parois intérieures du cylindre de l’eau, dont on peut élever à volonté la température en chauffant la chaudière de fer, l’état inégal du mercure dans les deux tubes de verre, permet de déterminer la pression que la vapeur d’eau exerce à chaque température (Yoy. fig. 165). La pression de l'air extérieur étant de 0,76, si l’on a atteint la température de 100°, le mercure dans l’un des tubes s'élève au dessus de celui de l’autre tube de toute la valeur de la pression atmosphérique ; à cette température la vapeur d’eau fait donc équilibre à la pression de l’air.

En remplissant d’un mélange frigorifique un vase (Sig. 166), percé au fond d'un trou dans lequel s’adapte hermétiquement à l'aide d'un bouchon l'extrémité supérieure a d’un baromètre contenant un peu d’eau, on peut déterminer la pression des vapeurs d’eau bien au dessous du point de congélation; à —20°, par exemple,

elles contrebalancent encore une colonne de mercure de 1% 1/5.

On a construit en partie expérimentalement, en partie par le calcul, une table de la pression des vapeurs d'eau aux diverses températures; je la donnerai à la fin de cet ouvrage, me bornant ici à l'indication des pressions relatives à quelques degrés :

à— 90° = 178,33 He RT orte AU DT DOVE TARDE Jar) EN 064

bo° — 88 ,74

On peut déterminer d’une manière semblable les pressions que les vapeurs d’autres corps liquides tels que l'éther, par exemple, ou l'alcool exercent à diverses températures. Si l'on reverse sur le mercure et qu'on place les uns près des autres plusieurs tubes pleins du même métal, et qu’on fasse entrer dans le deuxième c (fig. 167), un peu d’eau, dans le troisième 5, un peu d’alcool et dans le quatrième a, un peu d’ether (le premier d, qui reste vide, servant de baromètre), on voit d'une manière très frappante la difference des pressions exercées par les vapeurs de ces liquides, dont le plus volatil surpasse sous ce rapport de beaucoup les autres. On erut pouvoir inférer des premières expériences faites surla pression des vapeurs de différens liquides, que cette pression était la même pour toutes à égale distance de leur point d’ebullition. Quoique cette loi ne se soit pas confirmée, on peut cependant l’admettre comme une approximation sans commettre d'erreur notable; d'après

cela, et de ce que l'alcool entre en ébullition à 78°22,

EAU. 339 l'éther à 32, et l'eau à 100°, la tension des vapeurs d’alcool à 58,22, et celles des vapeurs d’ether à 12° seraient égales à la pression exercée par les vapeurs d’eau à 80°,

De même qu'il a été jusqu'ici impossible soit de soumettre à une loi l'accroissement que la chaleur fait éprouver à la force élastique des vapeurs au-delà d'une atmosphère, soit de trouver quelque connexion sous ce rapport entre les différentes vapeurs, de même ni l'un ni l’autre n’a pu encore se faire pour des pressions inférieures à celle d’une atmosphère.

La disparition de l’eau exposée à l'air sec, et la formation des brouillards et des nuages, montrent que l'eau peut aussi s'évaporer en présence de l'air, et que la vapeur aqueuse contenue dans l'air s’en sépare de nouveau. La dépendance des phénomènes météorologiques les plus importans de cette tenue de la vapeur d’eau dans l'air, rend très importante la conséquence résultant des expériences que je vais décrire, savoir, que la force élastique de la vapeur d’eau ou de tout autre liquide est la même, que l'espace occupé par la vapeur soit vide ou rempli de tout autre gaz. La force élastique sert à déterminer la quantité de vapeurs que les gaz peuvent contenir à une température donnée; les expériences sur la tension des vapeurs aqueuses dans le vide conduisent donc à la détermination des quantités de ces vapeurs renfermées dans l’air aux diverses températures, si l’on part de l'hypothèse que les vapeurs se comportent comme les autres gaz, de manière qu’on puisse calculer d’après la loi de Mariotte, leur densité par la pression qu’elles exercent (p. 190).

Pour faire voir la manière dont la pression des vapeurs s'exerce dans le vide et dans un espace rempli

d'air, l'on doit introduire les liquides dans un espace oradué où l’on puisse mesurer la pression due à leur évaporation. On se sert à cet effet d’un large tube de verre D ( fig. 168), divisé en centimètres cubes et muni en bas d'une virole en fer, qui communique latéralement avec un tube long et étroit, et en bas avec un robinet ©; au sommet de ce tube large est mastiqué un anneau a, sur lequel on peut visser le couvercle (fig. 169). Par le milieu de ce couvercle passe hermétiquement une tige a, à l'extrémité inférieure de laquelle est adapté un disque capable de briser, quand on le fait tourner un tube de verre enfoncé dans le trou #. On verse du mercure dans le tube 5, l'on remplit d’ether le tube de verre {, qu'on introduit ensuite dans le trou #, après l’avoir scellé à l'extrémité effilee, et l’on visse le couvercle, Alors on ouvre le robinet v, afin de faire écouler assez de mercure pour que le niveau de ce métal soit le même dans le tube large et dans le tube étroit, et l'on brise le tube ?, ce qui fait sortir l’éther dont une portionse vaporise. La vapeur formée déprimele mercure dans le tube large, de sorte que ce métal s'élève dans le tube étroit ; on verse ensuite dans ce dernier tube assez de mercure pour rétablir dans le premier le même niveau qu avant la vaporisation de l’ether, et l’on mesure la différence des niveaux dans le tube / et dans le tube 2. Cette expérience fait trouver la hauteur de la colonne de mercure dont la pression balance les vapeurs d’ether mêlées avec l’air dans le tube ferme 2. Cette hauteur est absolument la même que si les vapeurs d’éther s'étaient répandues dans le vide. En plaçant cet appareil dans de l’eau qu’on echauffe, ou bien en introduisant dans le tube b, au lieu d’ether, de l'alcool, de l’eau

ou tout autre liquide, on trouve la confirmation de cette loi pour toutes les températures et pour tousles liquides.

Le même appareil peut démontrer de combien le volume de l'air ou d’un autre gaz s'accroît, lorsqu'un liquide s’y évapore et que les gaz peuvent se dilater de manière que la pression ne change pas. À cet effet l’on observe l'état du mercure dans le large tube avant l’expérience, et en ouvrant le robinet p, dès que le liquide s’est suffisamment vaporisé, on laisse sortir assez de mercure pour que ce métal soit au même niveau dans les deux branches de l'appareil. En employant, par exemple, de l'éther et en opérant sous une pression barometrique de 0,76, et à une température à laquelle la vapeur d'éther fait équilibre à une colonne de mercure de 0,38, on trouve, que le volume occupé par l'air et la vapeur d’éther, après qu'on a laissé sortir par le robinet 9 une quantité suffisante de mercure pour que le niveau de ce métal soit le même dans les deux branches de l'appareil, on trouve, dis-je, que ce volume est le double de celui que l'air remplissait précédemment à lui seul. Si le volume de l'air était auparavant de 40 p.c., par exemple, celui de l'air et de la vapeur d’ether ensemble est de 80 p. c. Lorsqu'on fait cette expérience à diverses températures , en plongeant à cet effet l'appareil dans de l’eau chaude, et avec différentes vapeurs, on peut s'assurer, que chaque gaz absorbe une quantité suffisante de vapeur pour que la pression de celle-ci jointe à celle du gaz, dans l'état de dilatation ou il se trouve, fasse équilibre à la tension de l'air atmosphérique. Si donc les quantités des vapeurs qui entrent dans un espace ‚sont proportionnelles aux forces comprimantes (loi qui est vraie rigoureusement pour les gaz per-

manens, et au moins approximativement pour les vapeurs, d’après les observations faites jusqu'ici), la pression exercée par les vapeurs permet de calculer le maximum, que les gaz peuvent en absorber aux diverses températures. Dans l'exemple précité sur la vaporisation de l'éther, l'état du baromètre était de 0%,76, la pression exercée par les vapeurs d’éther, de 0",38, celle de l'air mele avec ces vapeurs, de 0,38 ; ainsi 760 parties en volume du mélange contenaient 380 parties d’ether gazeux et 380 parties d’air. Ces calculs sont d'une importance spéciale dans l'examen des propriétés de l'eau relativement à l'air. Le baromètre marquant, par exemple, 0,76 et la température étant de 10°, 760 parties d'air (p.33r),

en volume, ne peuvent retenir plus de 9,47 parties, 9,47 X 100 “1 4 A .

vapeur aqueuse. La temperature étant la même, si le

baromètre marque 0,785 , il ne peut y avoir dans 785 parties en volume d'air que 9,47 parties de vapeur d’eau, ce qui fait 1,206 pour cent pour le même air sous une pression de 0,76; à 20° et sous une pression barome-

conséquemment pas plus de

1,29.4p 710.9 de

trique de 0",76, 760 parties d'air peuvent contenir

17,31 parties ou 2,278 pour cent de vapeur d'eau, et à 30,64 X 100 ; 760

— 4 pour cent. Si l'air n’a pas encore absorbé la quantité

de vapeur aqueuse qu’il peut dissoudre (on dirait de cet air qu'il est sec), l’eau en contact avec lui continue à s'y évaporer. Plus l'air se renouvelle vite plus l'évaporation fait de progrès ; maïs si, contenant déjà la quantité que comporte sa température, on le refroidit, il se sépare une quantité de vapeur d'eau correspondante à l'abaissement de température. Le refroidissement peut se faire soit par de l'air plus froid soit par d’autres corps froids

une temperature de 30° et sous la même pression

quelconques. Lorsque l'air à 10°, contenant 1 206 p. c. de vapeur d’eau, se mêle avec de l’air à 30°, contenant 4 p.c. de vapeur aqueuse, le melange, dont la temperature est de 20°, ne peut g garder que 2 „278 de va-

peur; il faut done qu au moment du mélange des déux a: 206

gaz il se sépare 2 ‚603 (a

— 2 ‚278=0, 305 de va- Ban 2 eau, dont une ie portion se redissout à à la faveur de de l'eau gazeuse, La vapeur Sith se sépare sous forme de petites vésicules dont lé diamètre est au plus de Fa pouce et au moins de > Ri 6 pouce. On les voit tres bien. à l’aide d'un microscope, , lorsqu étant placé dans un TAG ou dans un nuage on les fait passer au-dessus d'un fond noir. La brume, qu elles produisent, quand l air chaud provenant de la respiration arrive en Contact avec l'air froid extérieur ; celle, qui pendant l'hiver s ‘échappe des cheminées pour se IE complétement dans l'air, et celle qui se dégage des. fleuves pendant l'hiver ges, sont

autant de phenomenes de cette nature. Lorsque En vési-

et après un ‘orage ; les RETIRE et les nua

cules se forment et crèvent il en résulte de la pluie ou | de la neige, suivant que la température estau-dessus ou au-dessous de o°.

Si le corps qui abaisse la température de lt sature de vapeurs d’eau est un corps solide, l'eau s’ y depose en göuttelettes et le ternit; un corps froid sur lequel on dirige le souffle de l’haleine, les carreaux de vitre, alors que l'air est froid à l'extérieur de l'appartement, un verre plein d'eau froide, se ternissent de cette manière Les corps, ceux surtout qui sont raboteux, venant à se refroidir de nuit par le rayonnement dela chaleur : à leur surface exposée à un ciel serein, et en contact avec de

l'air chaud et humide, se ternissent de même et se couvrent de vapeurs quon nomme rosée, et qui en se congelant, lorsque la température est au-dessous de 0°, forment le givre.

On détermine la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air, en examinant à quelle température un corps doit s’abaisser pour se ternir par l'humidité, et à quelle température l'eau disparait de nouveau. Ces deux points sont peu éloignés l’un de l’autre; on prend le milieu entre les deux pour la température à laquelle l'air est saturée de la vapeur d'eau qu'il contient. Une table que je ferai imprimer à la fin de cet ouvrage permettra de calculer facilement la teneur en eau. Supposons, par exemple, que le baromètre et le thermomètre marquent l’un 0”,76, et l’autre 20°, et que la température, à laquelle le corps se couvre d'humidité, et celle qui. dissipe de nouveau le précipité soient respectivement de 9°,9, et 10°,5 : la tension de la vapeur d’eau à 10° étant de 0”,00947 ,760 parties d’air contiendront 9,47 parties ou 1,25 p. c. de vapeur d'eau. Il est également facile de calculer au moyen de cette table la quantité de vapeur d'eau que cet air peut encore absorber, et celle qui se condenserait par un abaissement déterminé audessous de 10°. L'instrument qui sert à trouver la teneur en eau se nomme hygromètre ( ro üyp, l'humidité). On peut employer pour cet usage un vase en fer blanc dans lequel on verse de l'eau froide à différens degrés, et dont on détermine la température au moment où il se ternit. L'appareil suivant, dans lequel l'évaporation de l’éther développe le froid, est aussi commode qu’exact. Aux deux extrémités d’un tube de verre bb ( fig. 170), on soude une boule, dans l’une desquelles on place un.petit

EAU. 339 thermomètre ; le tube de verre est recourbe à angle droit en deux endroits, savoir , en à et près de la boule 0. On remplit en grande partie la boule z, ou se trouve le thermomètre, par la pointe e qu'on scelle ensuite. On entoure la boule o de mousseline humectee d’ether. Celui-ci en s’evaporant refroidit la boule o et'condense la vapeur d’ether qu'elle contient. De la nouvelle vapeur d’ether se développe et afflue de l’autre boule dont la température s’abaisse de cette manière et insensiblement. Pour observer plus facilement l'apparition et la disparition de la ternissure à la boule soumise au refroidissement, on a coutume de dorer une zone de celle-ci. Le thermomètre renfermé dans la boule sert à apprécier la température à laquelle chacun de ces phénomènes se produit,