TROISIÈME TABLEAU

Forces élastiques de la vapeur d'eau et températures correspondantes de cent à mille atmosphères , d'après la formule empirique.

1 FORCES | élastiques exprimées en atmosphères.

températures

correspondan¬

tes

PRESSION sur i centimètre carre cnkilogramm«.

FORCES e'iastiques GPtprime'es en atmosphères.

TEMPÉRATtJRES

correspondan¬

tes.

PRESSION sur 1 centimètre carre en kilogrammes.

lOO

io3,3

3 oo

èoo

4oo

5oo

io33,o

a3o. Tension des vapeurs des divers liquides. — On voit dans le tableau précédent qu’au point d’ébullition la vapeur d’eau a une tension qui fait équilibre à une pression atmosphérique: celte propriété est lout-h-fait générale; la tension de la vapeur qui se forme par ébullition est toujours égale h la pression qui s’exerce sur la surface du liquide; car si clic était moindre, la vapeur ne pourrait ni se former, ni subsister en bulle au milieu de la masse liquide, et si elle était plus forte, elle se serait formée plus tôt, rien n’empêchant qu’elle se forme dès l’instant qu’elle peut vaincre la pression. A l’ébullition les vapeurs de tous les liquides ayant des tensions égales, M. Dalton avait pensé qu’en s’écartant d’un même nombre de degrés au dessus et au dessous de ce point , les tensions ne cesseraient pas d’être encore égales entre elles. Ainsi , d’après cette loi de Dalton , et avec la table des tensions de la vapeur d’eau, il suffirait d’avoir le point d’ébullition d’un liquide ou la tension de sa vapeur à une température quelconque pour déterminer sa tension h toutes les températures possibles. Par exemple, l’alcool

ayant son point d’ébullition h 78°, la tension de sa vapeur à il 5°, c’est-à-dire à 55° an dessus de son point d’ébullition, serait la même que la tension de la vapeur d’eau à i55\ et par conséquent de 2280“'" ou 5 atmosphères; et à o , c’est-à-dire à 78° au dessous de son point d’ébullition , sa tension serait la même que celle de la vapeur d’eau à 100 — 78 ou à 22°, et par conséquent de ic)mm, 447 • Pareillement l’éther sulfuriqvie ayant à 20° une force élastique de 45imm,7io, et l’eau ayant la même tension à 85°, il en résulterait qu’à 5o° l’éther sulfurique aurait la même tension que la vapeur d’eau à 95° et à 55° la même tension que la vapeur d’eau à ioo°, etc. Mais il résulte des observations de plusieurs physiciens que cette loi n’est pas absolument rigoureuse ; à de grandes distances des points d’ébullition elle commence à s’écarter sensiblement de la vérité, et s’il est toujours commode de s’en servir lorsqu’on ne veut que des approximations , il serait nécessaire de l’abandonner lorsqu’on voudrait de l’exactitude. Il est donc à souhaiter que, du moins pour les liquides les plus communs, les physiciens dressent des tables de tension pareilles à la table des tensions de la vapeur d’eau.

201. Densité de la vapeur d'eau. — Entre tous les moyens qui ont été employés pour obtenir la densité de la vapeur d’eau , celui de M. Gay-Lussac paraît le plus simple et le plus rigoureux; il consiste à chercher directement le poids, le volume , la température et la tension d’une quantité de vapeur donnée. Pour cela on se sert de l’appareil qui est représenté dans la figure 201. C’est un fourneau F sur lequel repose une chaudière C en fonte dont le bord B a été travaillé de manière à former un plan qu’on ajuste avec un niveau dans la direction horizontale; G est une cloche graduée , de trois ou quatre décimètres de longueur , plongeant dans le bain de mercure de la chaudière; MM est un manchon de verre dans lequel on verse un liquide qui enveloppe la cloche dans toute sa longueur, depuis le

Il* PA'.tT., CHAP. II. - VAPEURS.

niveau extérieur «lu mercure , et qui la recouvre à son sommet; rr est une règle divisée qui se met verticalement au moyen de la traverse tt , dont la face plane se pose exactement sur le bord horizontal de la chaudière. La cloche est pleine de mercure bouilli , et en outre on y fait passer une petite ampoule de verre A , scellée par les deux bouts , et presque entièrement remplie d’eau. On met des charbons sous la chaudière; le mercure , l’ampoule et l’eau du mauchon s’échauffent graduellement, et divers thermomètres donnent h chaque instant leur température commune. A un certain instant l’ampoule crève par l’effort de la dilatation de l’eau qu’elle contient , la vapeur se forme au dessus de la cloche, le mercure est déprimé, et on pousse la température jusqu’à ce que l’eau soit complètement vaporisée, c’est une condition nécessaire. Alors on maintient les choses dans cet état pour accomplir toutes les observations.

i°. L’eau étant toute vaporisée , on connaît le poitls de la vapeur, car on a eu soin de peser l’ampoule vide et de la peser ensuite api'ès l’avoir remplie ; la différence des deux pesées est le poids de l’eau , et par conséquent celui de la vapeur.

20. On observe le nombre des divisions de la cloche qu’occupe la vapeur; chacune de ces divisions ayant une capacité connue à la température 0 , on trouvera facilement, par le moyen de la dilatation du verre* sa capacité pour la température où l’on opère , et de la sorte ou aura le volume réel de la vapeur.

3°. Les thermomètres indiquent la température du liquide du manchon et celle de l’eau vaporisée dans la cloche. *

4°. Enfin , on observe la tension de la vapeur au moyen do la règle rr. D’abord on la fait monter ou descendre , de manière que sa pointe inférieure vienne affleurer la surface du mercure de la chaudière , et ensuite on fait marcher le

voyant v jusqu’à ce que le rayon visuel rase le sommet de la colonne du mercure de la cloche. La longueur qui se trouve entre la pointe et le voyant est la hauteur de la coloune soulevée , on la réduit à o , on la retranche de la hauteur actuelle du baromètre , pareillement réduite à o , et la différence est la dépression de la colonne barométrique ou la force élastique de la vapeur. Si cette force approchait trop de la tension maximum pour la température à laquelle on opère , il faudrait craindre que toute l’eau ne fût pas vaporisée , et chauffer davantage pour se mettre à l’abri de cette chance d’erreur.

Ayant ainsi le poids d’un volume donné de vapeur à une température et sous une prossion connue , on en déduit aisément le poids d’un centimètre cube. Or , le poids d’un centimètre cube d’air , soumis aux mêmes circonstances de température et de pression , est facile à trouver par la formule que nous avons donnée (192) ; lorsqu’on sait qu’à o°, et sous la pression de 76omra , un centimètre cube d’air sec pèse os,ooi299o5o5 , ou ce qui revient au même que sa densité est d = o ,001 2990505. On pourra donc avoir le rapport du poids de la vapeur au poids de l’air , pris sous le même volume à la même température et à la même pression , c’est-à-dire la densité de la vapeur par rapport à celle de l’air, et M. Gay-Lussac a trouvé qu’elle en est les -L*

Il est facile ainsi de trouver le volume que doit occuper i§rde vapeur à la température de ioo°, et sous la pression maximum de 76omni.

Car un centimètre cube d’air à 0 pesant o?,oo 12990606 sous la pression de 76om,n, et ce centimètre cube devenant 1 ,375 lorsqu’il passe à ioo° sous la même pression , l’on voit qu’alors •

icc,37o pèse o?.ooi299o5o5;

Et par conséquent que ,

i§r occupe un volume - -

o,oot

IIe PART. , CIIAP. II. — *• VAPEURS. 33q

Ainsi , isr- de vapeur à ioo° sous 7Gomm , doit occuper les -Lde io58cc,47 ou j6g5cc,55; donc un centimètre

cube d’eau, qui pèse isr ', prend en se vaporisant à ioo° un volume de i693,cc55 , c’est-à-dire un volume qui est environ 1700 fois plus grand; pourvu toutefois que sa force élastique soit maximum.

Enfin , avec ces données on peut trouver la densité d' do la vapeur d’eau à une température quelconque t , et sous uno pression quelconque r ; car , en représentunt par n sa densité à ioo° sous la pression de 76omm , on verra, par un rai’ sonnement analogue à celui que nous avons déjà fait (193), que

D = D -TT- y , - T-7

7Ü0 (l -j- Ut)

a étant le coefficient de la dilatation, qui est commun aux gaz et aux vapeurs , et qui est 0,00575. Par celte formule on aura la densité au maximum de tension , lorsqu’après avoir donné à t une valeur, on donnera à r la valeur en millimètres de la tension maximum correspondante.

On peut s’étonner que beaucoup d’auteurs prennent la peine de discuter longuement la question de savoir si les densités de la vapeur sont ou ne sont pas proportionnelles aux tensions. On voit par la formule précédente qu’il faut bien que les densités soient proportionnelles aux tensions, lorsque les vapeurs sont réduites à une meme température, et qu’il est impossible que cela soit lorsque l’on considère les vapeurs à des températures différentes ; et cette formule repose sur deux vérités que personne ne conteste; savoir , premièrement, qu’au dessous du maximum de tension, les vapeurs se dilatent comme les gaz; et secondement, qu’elles se compriment suivant !a loi de Mariotte.

En calculant les densités de la vapeur d’eau pour diver ses températures, on voit qu’elles vont croissant d’une manière très -rapide; d’où il résulte qu’à un certain degré de chaleur la vapeur doit avoir une densité qui ne surpasse que

de très-peu la densité du liquide lui-même. Celle conséquence a été vérifiée et rendue frappante par une expérience curieuse de M. Cagniard de la Tour. Un tube de verre très-fort , étant rempli d’eau à peu près au quart de sa capacité , puis purgé d’air , et ensuite scellé , on l’expose à une température graduellement croissante ; alors h un certain degré de chaleur l’eau semble disparaître , le tube est comme vide ; mais en refroidissant un peu , le liquide reparaît presque subitement. On pourrait se faire une sorte de jeu de ces alternatives d’apparition et de disparition , si l’on ne devait pas, en les répétant, craindre de dangereuses explosions.

C’est à une température voisine de celle de la fusion du zinc que l’eau se vaporise complètement dans un espace à peu près quadruple de son volume h l’état liquide ; en même temps elle agit sur le verre , et lui ôte sa transparence en dissolvant sans doute quelques-uns de ses élémens. D’après cela on peut présumer qu’à la température rouge , la densité de la vapeur d’eau à son maximum de tension est peu différente de la densité de l’eau liquide , et qu’alors elle a une force expansive de plusieurs centaines , et peut-être de quelques milliers d’atmosphères.

En parcourant les tableaux suivans , on pourra prendre une idée de l’accroissement de la densité delà vapeur d’eau, à mesure que la température s’élève.

11° PART., CUAP. II