NOMS DES LIEUX

11AUTEUR ail - dessus de

l’Océan.

HAUTEUR

moyenne

du

ha rom.

DEGRÉ

d’ébullit.

de

l’eau.

lnspruck .

. mèt.

mm.

<lcg.

Munich .

Lausanne .

Augsbourg .

Salzbourg .

Neufchâtcl .

Plombières .

Clermont-Ferrand ( préfecture ). . .

ri y.

Genève et Freyberg .

Ulm .

Ratisbonne .

Moscou. . . •....,

3oo

Gotha .

Turin .

Dijon .

Prague .

Mâcon (Saône) .

Lyon (Rhône) .

Casse). . . • .

Gottingue .

Vienne ( Danube ) .

Milan (Jardin botanique) .

Bologne .

Parme .

1 Dresde .

Paris (Observatoire royal, icr étage).

•Rome ( Capitole) .

Berlin .

Dans ua même lieu le baromètre éprouvant des variations continuelles , il en résulte que le point d’ébullition change à chaque instant. Pour Paris les hauteurs extrêmes du baromètre observées depuis dix ans ayant été 719'"“ et yBiï"1, on voit que le plus haut degré d’ébullition, correspondant à 78immaété d’environ ioou,8, et le plus bas, correspondant 1^719, d’environ 98 ’,5. Il est facile de voir comment on doit tenir compte de la hauteur du baromètre au moment où l’on marque le point d’ébullition sur l’échelle d’un thermomètre.

Le révérend F. J. II. Wollqston a construit un thermo-

11“ PART. j CHAP. IV. - VAFPURS. 35j

mètre très - sensible , marquant seulement les degrés qui avoisinent le point d’ébullition , et au moyen duquel on peut constater la différence de température entre l’eau qui bout h un étage et celle qui bout h l’étage supérieur. La construction de ce thermomètre exige beaucoup de précautions; mais ce qu’il y a d’essentiel , c’est que chaque degré y occupe une longueur de trente millimètres au moins.

Lorqu’on augmente la pression au lieu de la diminuer, on retarde l’ébullition , et on peut la retarder indéfiniment en augmentant indéfiniment la pression. C’est ainsi que dans l’appareil si connu sous le nom de marmite à Papin ou de digesteur de Papin , on peut élever l’eau jusqu’aux plus hautes températures sans la faire bouillir. Cet appareil n’est autre chose qu’un vase cylindrique en bronze ou en 1er, dont les parois sont capables d’une grande résistance. L’ouverture en est petite , et on la ferme avec une soupape sur laquelle on met des poids de manière à produire une pression de quarante ou cinquante atmosphères suivant la force des parois. L’ébullition est impossible , puisque la vapeur qui se forme au dessus du liquide exerce une pression toujours suffisante pour l’empêcher; mais lorsqu’on ouvre la soupape l’eau s’élance en vapeur avec une telle impétuosité qu’elle forme un jet de vingt ou trente pieds de hauteur : en même temps le vase est fort refroidi à cause delà chaleur qu’il a dû fournir à l’eau pour sa vaporisation.

Le digesteur fut inventé par Papin , vers le milieu du dix -septième siècle; il servit alors b une foule d’expériences curieuses , soit pour montrer la puissance mécanique de la vapeur , soit pour montrer la puissance dissolvante de l’eau , maintenue liquide à des températures plus hautes que ioo°. Ce ne fut pas sans un grand étonnement que l’on vit alors la possibilité d’extraire des os une substance nutritive aussi bonne et presque aussi abondante que celle qui se tire des parties musculaires les plus succulentes.

autoclave est un -appareil de même genre que le digesteur de Papin; il eu différé seulement par une ingénieuse modification. Outre l’ouverture de la soupape, qui est toujours très-petite, l’autoclave porte une autre ouverture, de grandeur arbitraire et de forme essentiellement elliptique ; par l’avantage de cette forme , le couvercle , quoique plus large, peut être mis en dedans; alors c’est la tension de la vapeur qui le presse contre les parois; ainsi l’appareil se ferme de lui-même , et se ferme d’autant mieux que la tension est plus forte.

Si l’eau n’est pas hermétiquement enfermée dans une chaudière , et s’il se trouve quelque issue par où la vapeur puisse s’échapper , le point d’ébullition dépend alors de la grandeur de l’ouverture , comparée à la surface de l’eau qui reçoit l’action du feu. Voici un tableau des températures approchées que peut prendre l’eau dans ces circonstances sous la pression ordinaire :

Température que prend l’eau dans la chaudière.

Rapport de la surface de l’orifice à la surface de l’eau qui reçoit le feu.

— et au dessus.

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5ooo

lOOOO

Il paraît que, dans le même temps, la quantité de vapeur qui sort par chacune de ces ouvertures est h peu près la même. Ainsi, en i',le poids d’eau vaporisée qui s’élève d’une chaudière tout à-fait ouverte à ioo° de température, serait à peu près le même que le poids d’eau vaporisée qui jaillirait de la même chaudière à i38°, par une ouverture dont la surface serait — de celle de l’eau qui reçoit le feu.

2°. La cohésion du liquide peut avoir une influence pour

Il0 PART., Cil AP. IV.— VAPEURS. 359

modifier ce principe , qu’à la température de l’ébullition la force élastique de la vapeur est égale à la pression de l’air. En effet , les petites bulles de vapeur ne pouvant se former sans écarter les molécules qui les environnent , on conçoit qu’à leur naissance elles ont à rompre la cohésion du liquide et à vaincre la pression extérieure. Or , si la cohésion est une résistance sensible , il faudra que la force élastique de la vapeur soit capable de l’emporter sur ces deux forces réunies , c’est-à-dire qu’elle soitplus grande que la pression, de toute la force qui résulte de la cohésion. Mais les bulles une fois formées , l’effet de la cohésion devient moindre , et la vapeur éprouve une sorte de détente qui augmente brusquement son volume. Ainsi , par celle cause, l’ébullition est retardée, et de plus elle est forcée de se faire par soubresauts et par mouvemens saccadés.

5°. La nature du vase a une influence sur le point d’ébullition. M. Gay-Lussac a observé que l’eau , par exemple, bout plus tard dans le verre que dans le métal, et il en attribue la cause à l’acliou moléculaire qui s’exerce alors entre le solide et le liquide, action qui est toute jftreille à la cohésion , et qui produit des résultats analogues. Une tige métallique plongée dans le liquide , ou du métal en poudre jeté au fond d’un vase en verre suffisent pour ramener le point d’ébullition à ce qu’il serait dans un vase en métal. Celte précaution remédie aussi à un autre inconvénient : elle empêche les secousses et les soubresauts , qui projettent le liquide et qui souvent même font éclater le vase.

4°. Dans une masse liquide très-profonde , outre la pression qui s’exerce à la surface , les molécules du fond supportent encore toute la pression due à la colonne liquide supérieure. Ainsi , dans une chaudière pleine d’eau , de trente-deux pieds de profondeur, les couches du fond supportent deux atmosphères, et par conséquent , les bulles de vapeur ne peuvent s’y former , à moins que la température ne soit de 1 2 1°; c’est donc là le point d’cbullition de l’eau

36o LIVRE ir. - DE LA CHALEUR.

pour cette profondeur. Mais les couches superficielles ne pouvant être qu’à t oo° , il arrive que les couches du fond s’élèvent sans cesse, à cause de leur dilatation; qu’elles forment des bulles de vapeur à cause de l’abaissement de la pression , et, par conséquent , qu’elles se refroidissent, et passent successivement par toutes les températures , depuis 12 1° jusqu’à ioo°. Dans les vases qui n’ont même que quelques pouces de profondeur , il se produit un phénomène analogue , avant que l’ébullition ne commence. Les couches du fond prennent aux parois du vase assez de chaleur pour se vaporiser , de petites bulles se forment et s’élèvent , mais en gagnant le6 couches supérieures qui sont encore trop froides , elles se condensent subitement. De là ce bruit singulier qui précède de quelques instans l’ébullition des liquides. On s’en assure aisément en faisant l’expérience dans des ballons verre , car on voit les bulles se former , s’élever un peu, et disparaître tout-à-fait.

■5°. Le point d’ébullition d’un liquide n’est pas changé par les corps étrangers qui sont mécaniquement suspendus dans sa masse ^pomme les parcelles de sable dans l’eau; mais il est toujours changé par les corps qui sont chimiquement combinés aves sa substance. Tous les sels solubles , par exemple, retardent le point d’ébullition de l’eau; et un phénomène digne de remarque , c’est que la vapeur que donnent ces dissolutions est de la vapeur d’eau parfaitement pure, sans aucune trace des substances dissoutes. Voici les points d’ébullition de- quelques dissolutions saturées.

Sel ordinaire . 109°

Muriate d’ammoniaque. . . . ii4,4

Nilre . ii5,6

Tartrate de potasse.' . 1 16,7

Nitrate d’ammoniaque. . . . 125,3

Sous-carbonate de polasse.. . 140,0

Ainsi , dans la dissolution de sel ordinaire, par exemple, la vapeur qui se forme pendant l’ébullition est à la tempé-

Il® PART., CIIAP. IV. — VAPEURS. 36 I

rature de ioy° , et sous la pression de 760; c’est-à-dire que sa leusion n’est pas au maximum , ou plutôt sa tension est un maximum dépendant de son contact avec la dissolution et moindre que le maximum absolu. 11 résulte de là une propriété qui est souvent utile dans les arts , c’est qu’avec de la vapeur d’eau à ioo° on peut produire une température beaucoup plus haute que 1000; car , si l’on fait arriver un courant de vapeur d’eau dans une dissolution de souscarbonate de potasse à ioo°, la vapeur y sera condensée el y déposera son calorique latent , jusqu’à ce que la température de la dissolution arrive à i4o°, puisqu’à ce terme seulement la force élastique de la vapeur qui arrive pourra être balancée et arrêtée par la face élastique de la vapeur qui se dégage.

Lorsqu’un liquide est combiné avec un autre liquide plus ou moins volatil que lui , il y a encore changement dans le point d’ébullition; mais alors la vapeur qui se forme est un mélange en diverses proportions des vapeurs des deux liquides. Ainsi , l’alcool avance le point d’ébullition de l’eau; l’acide sulfurique le retarde, et dans les deux cas, les vapeurs sont simplement mélangées , quoique les liquides soient chimiquement combinés.

207. De larapidité de V ébullition. — La quantité de vapeur qui se forme par ébullition dépend de la quantité de chaleur que reçoit le liquide dans un temps donné ; et cette quantité de chaleur dépend : i° de l’activité du foyer; 2° de la nature et de l’épaisseur des parois de la chaudière; 5° de l’étendue de la surface liquide qui reçoit l’action du feu.

ic. L’activité du foyer dépend de la disposition du fourneau et surtout de la nature du combustible; car le bois, le charbon , la tourbe , la houille et l’anthracite ne donnent j>as, à poids égal , la même quantité de chaleur, et ils ne sont pas non plus capables de produire la même température.

2°. La surface extérieure de la chaudière peut être plus ou moins propre à recevoir l’action du feu , et à absorber la chaleur qui la frappe , et nous verrons aussi que la nature des parois et leur épaisseur ont une influence considérable sur la quantité de chaleur qui peut les traverser dans un temps donné.

3°. L’eau qui reçoit l’action du feu est celle qui touche les parois échauffées de la chaudière , et si chaque partie de cas parois fournit la même quantité de chaleur, il est évident que l’eau vaporisée dans un temps donné est proportionnelle à l’étendue de la chaudière que peut frapper la flamme. C’est ce qui est en effet confirmé par quelques expériences , dont la précision est au moins suffisante pour la pratique; il paraît que dans les circonstances les plus favorables, avec un feu aussi vif qu’il soit possible , chaque centimètre carré de la surface de chauffe peut vaporiser dix grammes d’eau en une heure, ou chaque mètre carré îoo kilogrammes ou 100 litres; mais dans l’usage ordinaire, le feu étant moins vif et moins soutenu, on n’obtient guère en une heure que la moitié ou le tiers de ce résultat, c’està-dire environ 4 & cinq grammes par centimètre carré, ou 4o à 5o litres par mètre carré. On comprend assez combien cette donnée est importante dans les arts , puisque c’est par elle qu’on peut juger d’avance des dimensions qu’il convient de donner aux chaudières à vapeur. On saura , par exemple, que, si une chaudière doit vaporiser 5oo litres d’eau ^>ar heure, il faut la disposer dans le fourneau pour que io mètres carrés de la surface , au moins , soient directement frappés par la flamme.

IIe PART., CIIAP. IV. - VAPEURS.

2 38. Table des points d'ébullilion de divers liquides.

Dr grès.

Éther sulfurique . . . 3y,8 Gay-Lussac.

Soufre carboné . 47 5° idem.

Alcool . 79,7 Idem.

Dissolution saturée de sulfate de soude. 100,7 Idem.

Dissolution d’acétate de plomb . 102 Idem.

Dissolution de muriate de soude. . . . 106,9 Idem.

Iluile de térébenthine . 167

Phosphore . 290

Soufre . 299

Acide sulfurique . 3 10

Huile de lin . 3i6

Mercure . 35o

209. Plusieurs liquides , mis en contact avec une surface chauffée jusqu’au rouge blanc, présentent ce phénomène singulier, qu’au lieu de s’agiter et de bouillir vivement, ils se tiennent en repos et conservent leur volume , h peu près comme si la température était insuffisante pour l’ébullition. Pour en faire l’expérience sur de petites masses , on fait chauffer un creuset de verre ou de métal , et ensuite on y laisse tomber quelques gouttes d’eau; ce liquide s’arrondit alors comme le mercure sur le verre; il reste en repos pendant long-temps , ou bien il tourne sur lui-même d’un mouvement très- rapide; l’ébullition est nulle et la diminution de volume insensible. Mais si l’on retire le creuset pour qu’il se refroidisse , il arrive un moment , près de la température du rouge brun, où tout h coup le liquide bout avec violence et se trouve projeté de toutes parts. L’eau chargée d’un alcali ou de quelques sels solubles devient incapable de produire ce phénomène ; elle entre alors en ébullition dans un creuset rouge-blanc, comme dans un creuset qui est chaud, sans être rouge. Cette propriété se manifeste encore dans d’autres circonstances et sur des

masses plus considérables : par exemple , une marmite à Papin assez forte pour supporter la température rouge sans explosion, pourrait alors être débouchée sans donner naissance à un jet de vapeur considérable. Ce résultat s’est présenté dans les générateurs de la machine à vapeur de Perkins. A la température rouge , on peut les percer de plusieurs ouvertures sans que la vapeur s’échappe, mais à une température plus basse la vaporisation s’opère et la vapeur s’élance avec une grande impétuosité. On pense en général que ce phénomène résulte d’une couche de vapeur qui se forme au contact de la surface métallique , et qui empêche la chaleur de passer du métal au liquide; car il est évident que le liquide ne s’échauffe pas assez pour bouillir. Il se pourrait bien aussi que la chaleur pût alors traverser le liquide sans l’échauffer. Quoi qu’il en soit, cette propriété est fort curieuse , et mérite de nouvelles recherches.

240. De l'évaporation. — Uévaporationest la formation de la vapeur à la surface libre des liquides , tandis que l’ébullition est, comme nous venons de le voir, la formation de la vapeur dans le sein de la masse. L’eau s’évapore à la surface des rivières , des lacs et des mers; ede s’évapore à la surface de la terre , sur le sol et sur les plantes ; et il est évident qu’elle n’a pas alors une force élastique capable de vaincre la pression de l’air. Ainsi, les observations les plus communes nous font voir que la vapeur se forme sur l’eau à toutes températures , et qu’elle s’exhale dans l’air avec les plus faibles tensions. On avait d’abord présumé qu’une affinité chimique était nécessaire entre les molécules d’air et de vapeur pour que ce phénomène pût se produire; mais nous avons vu qu’il n’est nul besoin de recourir aux forces chimiques : la vapeur, quelque faible que soit sa tension , se mélange avec l’air, comme deux gaz se mélangent entre eux- La seule condition pour qu’un liquide s’évapore est donc que les couches d’air qui l’environnent ne soient pas saturées de vapeur; et comme il arrive, dans le mélange de

IIe PART., CHAP. IV. ^ VAPEURS. 365

deux gaz , que les molécules de l’un sont un obstacle mécanique à la diffusion des molécules de l’autre , il arrive aussi, dans l’évaporation , que l’air oppose une résistance h la diffusion de la vapeur. Ainsi , dans une atmosphère parfaitement calme , l’évaporation ^t lente , tandis que dans une atmosphère agitée elle devient de plus en plus rapide, à cause que les couches non saturées sont sans cesse ramenées en contact avec le liquide. Un vent sec animé d’une vitesse infinie, en soufflant sur la surface d’un lac, y produirait une évaporation aussi instantanée que celle qui se produirait dans un vide infini , car les molécules de vapeur seraient emportées si vile qu’elles ne pourraient exercer aucune pression sur les molécules d’eau, pour les empêcher de se vaporiser h leur tour.

La rapidité de l’évaporation n’est pas seulement dépendante de l’agitation de l’air; elle dépend aussi de la tension de la vapeur, ou plutôt de la différence qui existe entre la tension de la vapeur qui se forme et celle de la vapeur qui est déjà formée.dans l’air. Il résulte des expériences de Dalton, sur ce sujet, que la quantité de liquide qui peut se vaporiser dans un temps donné, est toujours proportionnelle à celte différence de tension. Ainsi, dans un air parfaitement sec, à ii° de température, il se vaporiserait, à surface égale, autant d’eau à peu près qu’il s’en pourrait vaporiser à 5o° dans un air humide, contenant de la vapeur à vingt millimètres de tension.

Il est h peine nécessaire de remarquer que , toutes les autres circonstances étant les mêmes, la quantité d’eau qui s évapore dans un temps donné est proportionnelle à 1 étendue de la surface sur laquelle la vapeur prend nais = sance.

Les autres liquides s’évaporent à l’air libre, d’après les mêmes principes que l’eau; on peut dire seulement que pour eux, la rapidité de l’évaporation est proportionnelle à la tension de la vapeur; car, en général , quand ils se vapo-