CHAP. IL — LIQUËFACTION DES GAZ

dans Tair ambiant à peu près comme ferait de Teau dans une étuye chauffée à envii-on 200^; refroidie par une ébullition con tinue, elle se maintiendrait à 100^, par conséquent de 100^ plu froide que l'air de l'étuve.

Le mercure qu'on laisse tomber en filet mince ayec une pipette, dans le tube de protoxyde d'azote, se gèle rapidement, formant au fond du tube une masse cylindrique (Fig. 13).

LVau se gèle à la surface du protoxyde, mais il faut la yerser en fines gouttelettes ; à raison de sa grande capacité pour la chaleur, elle réchauffe trop vivement le liquide, qui ferait explosion s'il recevait à la fois un volume d'eau d'un demi-centimètre cube.

On sait que le protoxyde d'azote entretient la combustion presque aussi bien que l'oxygène; son état liquide et sa basse température ne lui ôtent pas cette propriété; aussi en jetant dans le tube un fragment de charbon allumé , sa combustion devient extrêmement vive au moment où il touche le liquide (Fig. 13). On a ainsi, dans un petit espace, presque au même point , les plus grands degrés de chaleur et de froid que nous puissions produire : la surface du charbon flottant qui est à environ 2000* et celle du liquide sur lequel il repose qui est à — 88* •

157. Des Tftpeam mélaiigées avee les gmm» — Les liquides qui ne se combinent pas chimiquement peuvent bien être mêlés pendant quelques instants , mais ils se séparent peu à peu , et se d^^gent l'un de l'autre pour se superposer dans l'ordre de leurs densités, comme l'huile se superpose à l'eau. Si les gaz et les vapeurs avaient des propriétés pareilles, tout serait changé sur la terre : on verrait, par exemple, les vapeurs qui se forment à la surface des eaux s'élever comme des ballons , en vertu de leur légèreté^ spécifique; et, poussées de la sorte jusqu'aux dernières couches de l'atmosphère ^ elles en sortiraient par leur élasticité pour se répandre de toutes parts dans le vide ; f évaporation étant continuelle, cette ascension se renouvellerait sans cesse; à la fin, les lacs et les bassins des mers seraient à sec, et toutes les eaux de la terre seraient suspendues audessus de l'atmosphère.

D est donc visible que les fluides élastiques, dans leurs mélanges , n'obéissent pas, comme les liquides, aux lois de la densité. Cette vérité fondamentale a été mise hors de doute par une expérience directe. Berth^t avait fait descendre dans les caves

3tO LIVRE. IL — CHALEUR. — PREMIÈRE PARTIE.

de rObêenratoire detix balloiift séparés par un robinet : l'un était, plein d'hydrogène, et Tautre d'acide caiiionique, à la même presiion; après les a^oir disposés^ Tbiydiogène en haut et Tacide: carbonique en bas, on attendit longtemps ayant de tourner le. reibinot poiur établir la communication. Les deux gaa étaient certainement à la même température , dans le repos le plus absolu et à Vabri de toute agitation. Cependant le mélange se fil^ aaseft promplement : la moitié de Thydrogène , malgré sa légèreté, descendit dans le ballon inférieur, et la moitié de Tacide carbonique, malgré sa densité, s'éleva dans le ballon supérieur. Ainsi , chacun d» gaz pénétra Vautre, et s'étendit, par sa force expansîve, pour occuper tout Tespace qui lui était offert : ai diRiblant de volume, diacun eut son âastirité réduite à moitié; mais Télasticîté totale resta la même ^ c'est-à-dire égale à hk somme des élasticités partidles»

Ce qui anive pour deux gaa mâangés arrive pour un jhm grand nombre^ et le principe général du mâange des fluides Mastiques est le suivant : Lttrâquom mccmmul^ dams le memm etpace tlh'êrt /Imides èl^tsti^mts qm jour sans action ckimiqmej chtcfÊM se répand dans ttnUie fèia^Me de cet espnce^ et rélaa^ticifé du mélange est èfoie à la somme dos clastieUcs qse premb^ait chacwn des flmides^ s^il êtoM seul.

Cette vérité peut être constatée pour les vapeurs, au movcn de Tappaml suivant : f (Fi«. 5, Ih.. lO"" est nn tube lai^ et gradué , pi'tttant à chaque extrémité un robinet 4)0 fer ; le roliinet superietir ;r n est pas percé de part en part i, il est seulenKni creuse^ et s'appelle^ pour cette raison, rohinet à cnpsule, A m pntie inférieure^ le toibe t tamnumqm au tnlx" / , qui est plus long et plus étroit. On peut enlever le rol^inct supmeur po^ tùre passer dans FiqipaMril un courant d air sce ; alcvrs on remci le velnnet^ on -vene du mercure par la )u*«iH^be oiiTerte, oe iecliee |^ns on moiBB pour faîne sortir Tait oxinnlam . et Yam arrive aî cmtnt à avuur^, dans le gnmd tnW f , do Vair sec ae trouve sous la preninn aUBOiphâique. I\nwnt4^ on met liquide an-dessus du robinet à capsule^ on loumr «-«e Ifluytmia dans le aiâae ao» pour finir tomlier Ir liquide jf à fomtt « et ToB eineivc les phénamènes :^uivanlH. On vok le bainerpen à peu. Hues kaiiouent quand on n apte pas. k ^«eev » imne ètam ïsmm et «e torme

GHAP. n. -^ MÉLANGE DES VAPEUKS ET DK GAZ. Sli (W dans le vide ; ce qu'on pourrait conchire aussi des évapo* sdons qui se fout librement dans ratmoq[>hère. Mais, ce qû Ht curieux à observer , c'est que cette vs^ui* a un mA-Kîmiaiiri la tension, et un maitimum qui est daôis Tair exactement B même que dans le vide. En effet, si Ton verse du mer-* ane par la branche ouverte pour ramener le mélange gazeux L Km volume primitif, on voit que sa force élastique est plus prande qu'elle n'était d'abord d'une quantité qui est précisé* Dent égale à la tension maximum de la vapeur, pour la tempeature où l'on opère. On arrive encore à la même conclusion, orsqu'on fait passer le mélange d'air et de vapeur à des près* ions plus fortes, en versant une nouvelle quantité de mercure Mur la petite branche , ou, lorsqu'on le (ait passer à des prèsions plus faibles , en ouvrant le robinet pour laisser sortir du nercure. Dans tous les cas, en tenant compte des variations le volume que l'air éprouve, on voit que, constamment, la orce élastique du mélange est la somme des forces élastiques de air et de la vapeur.

L'appareil que nous venons de décrire ne peut pas servk isément pour les liquides qui ont, comme l'éther et l'alcool, i propriété de dissoudre les corps gras , parce qu'en traversant es robinets supérieurs ils dissolvent la graisse qui les enduit, et 'appareil fiiit. M. Gay-Lussac a remédié à cet inconvénient en opprimant tout à fait les robinets supérieurs. Son appareil est eprésenté (Fig. 6, Pl. 10). On le remplit aux trois quarts de nercure, en l'inclinant convenablement. L'air qui occupe sa •arde supérieure est d'abord sous la pression atmosphérique; lors, on verse le liquide dans la petite branche ouverte, on Diurne le robinet inférieur pour faire échapper un peu de m^v nre , et le liquide de la branche ouverte est bientôt aspiré dans ft branche fermée ; cela fait , on verse de nouveau du mercure lans la branche ouverte pour ramener le mélange d*air et de apeur au volume même qui était primitivement occupé par air seul , et l'on observe l'excès de pression , qui est la force fatftique de la vapeur du liquide pour cette température.

J'ai fait construire à M. Ruhmkorff un appareil qui offire nelques avantages pour varier les expériences sur ce sujet : il st représenté (Pl. 10 a, Fig. 16, 17). a est un réservoir empli d'huile de pied de bœuf, qui est peu altéraUe à l'air; b

et c j deux tubes qui communiquent avec lui , le premier trèscourt reçoit la pression , le second ayant au moins un mètre de longueur donne la mesure de la pression par la hauteur de la colonne soulevée ; ^, un piston plongeur qui pénètre plus ou moins dans le liquide : la vis t^ le fait monter ou descendre ; /*, doche de métal, portant un robinet à capsule g^ et une che- TÎlle latérale h pour établir la communication entre Fintérieur et Textérieur; cette cloche couvre le tube ft, elle s'adapte à vis. Lorsqu'elle est en place , on fait mouvoir le piston d poiu* amener le liquide à ses deux repères de niveau dans les tubes b et c; on ferme avec la cheville A, alors on fait entrer le liquide par le mouvement du robinet g^ il tombe sur un papier sans colle disposé à cet effet; à l'instant la vapeur se forme, et par le mouvement de la vis if on maintient le niveau de Thuile à son repère dans le tube b. Quand Tespace est saturé , la hauteur de la colonne soulevée dans le tube c donne la mesure de la pression.

Du fait général qui est établi par ces expériences, il résulte que la vapeur d^eau, par exemple, se comporte dans Tair comme dans le vide, avec cette seule différence que dans l'air l'équilibre de tension s^établit lentement, tandis que dans le vide il s'établit presque instantanément. Ainsi, aux températures de — 10*, 0*, 10% 20% 30*, un mètre cube d'espace vide est saturé de vapeur quand la tension est en millimètres 2,6; 5,0; 9,5; 17,3; 30,6; de même, un mètre cube d'air, pris à ces températures dans les plaines ou sur les montagnes, sera saturé d'humidité lorsque la vapeur y aura acquis les mêmes tensions. Or , en jetant les yeux sur la table des densités de la vapeur, page ççç, on voit que les poids correspondants sont respectivement en grammes : 2,9; 5,4; 9,7; 17,8; 29,4, c'està-dire qu'un mètre cube d'air à 30^ peut contenir presque 30 grammes de vapeur; s'il n'en contient que 15, il paraîtra très^seCy tandis qu'avec ce même poids, à 20*, il paraîti^a trèshumide, parce qu'il sera près du point de saturation. Voilà pourquoi l'air semble se sécher à mesure qu'il s'échauffe. ( Voy. VHj-grométrie ^ t. II, liv. VIII, Météorologie. )

La vapeur , mélangée avec un autre fluide élastique , se condense par deux causes , comme la vapeur isolée dans le vide , savoir : par un excès de pression, ou par un abaissement de

CHAP. IL — MËLAMGE DES VAPEURS ET DES GAZ. 3ia

température. Ainsi, Tair atmosphérique étant, toujours humide , surtout dans les basses régions qui avoisinent la terre , si Ton. prend , par exemple , un litre d'air à la température de 20^ , sous la pression ordinaire de 760"^™ , et que la Tapeur, pour sa part, supporte 10™°' de cette pression, l'espace ne sera pas satiu^ d'humidité; mais, en comprimant ce mélange gazeux, on augmentei*a la tension de la vapeur aussi bien que celle de Tair , et on les augmentera proportionnellement jusqu'à ce que la yapeur atteigne sa tension maximum; alors, si on exerce une compression plus grande , la vapeur sera condensée en par*^ tie et se déposera sous forme de rosée sur les parois du vase. De même , en reprenant le même litre d'air , si on le refroidissait au lieu de le comprimer, on verrait encore la vapeur se condenser , et au même degré de refroidissement que si elle était seule et sans mélange d'aucun gaz. Eu généndisant ce& conséquences , on voit que , dans un espace donné , dans un litre, par exemple, on peut renfermer autant de substances gazeuses que Ton voudra, sans que ces substances se gênent l'une l'autre : il faudra seulement exercer une pression égale à la somme des pressions que chacune d'elles peut supporter. Et si un tel mélange était soumis à des pressions croissantes ou à des degrés de froid de plus en plus intenses , il présenterait des phénomènes curieux par la Uquéfaction successive des divers éléments, qui s'arrangeraient ensuite suivant l'ordre de leur densité.

Les mélanges gazeux présentent une question théorique trèsimportante, c'est la question de savoir si les molécules de diverses natures exercent une pression l'une sur l'autre ; si , par exemple, les molécules d'air pressent les molécules de vapeur d'eau , et réciproquement. Tout semble indiquer qu'il n'y a de réaction mutuelle qu'entre les molécules de même espèce : cependant nous verrons , en étudiant la propagation du son dans les mélanges de cette nature , qu'il y a une communication uniforme de mouvement vibratoire , qui suppose une action à distance entre toutes les molécules sans distinction.

Pour compléter ces notions générales , nous indiquerons plusieurs problèmes qui peuvent se présenter dans la pratique.

l"" Étant donné un vase extensible^ contenant un volume v de gaz, qui exerce une pression p contre les parob, on de-

Mê LIVK U. — CHALEUR. — PREMIÈRE PIRTIB*

mande quelle presâon il exercera si Von y fait passer un fiqidde dbnt ta yapeur sature Fespace avec une tenâon maximum représentée par f,

La pression devienAa évidemment /?-+•/'.

2** Étant donné un vase indéfiniment extensible , contenant mt volume ç de gaz , sous une pression p , déterminer le volume qu'il prendra si Ton y fait passer un liquide dont la vapeur sature l'espace avec une tension maximum représentée par /*; on suppose que ni la pression extérieure /y ni la température ne changent pendant cette expérience.

A mesure que la pression intérieure augmente par la formation de la vapeur, elle diminue par Pexpansion du gaz, et, oonmie elle doit pour Féquilibre rester égaJe à la pression extérieure/> , il faudra, puisque la vapeur supporte /"pour sa part , que le gaz supporte/? — /*; donc le volume i» s'accroîtra au point

de devenir — ^-j- P—f

3« Un mélange gazeux a une force élastique /i à la température t; il prend une force élastique j?' à la température f^ sans que son volume change sensiblement : on demande s'il s'est fermé des vapeurs ou s'il s'en est précipité..

S'il n'y avait aucime vapeur de développée ou de condensée,

la pression deviendrait r-^t — ainsi , p' — p 7^- — sera la force élastique de la vapeur perdue ou gagnée.

LIVM. IL — CHALEUR. — PREHIËRE PÀRTOr. 315'