ÉBULLITION SOUS UNE PRESSION CONSTANTE. - ■ LOI DE LA TEMPÉRATURE

]J j a une troisième manière de transformer les liquides en vapeur : c'est l'ébulliliou ou n^^w\?.^\!\wv d'au hquide avec

ÉVAPOnATION ET ËDULLITION. 2î5

^Hinatioii de bulles dans toute sa masse. L'étude de ce phé- DmièDe peut être laite à l'aide d'expsrieaces très-simples et elle n compléter celle de k vaporisation .

EiaminoDs l'action progressive de la clialeur sur de l'eau Qffitenue dans un vase ouvert lelqu'un ballon de verre. Platoos ce ballon sur un fourneau, mettons-v un thermomètre, et observons ce qui se pwe dans le liquide [fig. 71).

Il température s'élève graduellement, et des courants ascen- <iuit9 et descendants répartissent la chaleur par convection; il»e forme à la surface de la «peur qui vient se condenser à ^ lortie du ballon en léger Ivouillard. Cesphénomènesont déjà été étudiés. Bientôt de petites bulles gazeuses naissent lu Kin de l'eau, et montent ' lentement jusqu'à la surface :

1% Mut des bulles d'air dissous.

•^ des bulles plus grosses 'nnraissent au fond, en divers ]>oints de la paroi; "'ontent en diminuant de volume, et disparaissent sans at- '^odrela surface; on eutenil alors un bruit qu'on appelle le '^nt du liquide, et dont void l'explication. Chaque bulle ^ constituée par de la vapeur d'eau, et cette vapeur se déve- '<*Ppe autour d'une petite bulle d'air, quand sa température ^t de 100 degrés environ. Comme le ballon est chauffé par * fond, les parties inférieures du liquide atteignent cette tem- P^ture avant les parties supérieuies, eX ViNïçtMs Wî^"»-

; elles

rencontre en montant de Teau moins chaude qu'elle; elle se refroidit en cédant de la clialeur à cette eau, et se condense bnisqucment ; un petit vide eiiste un instant à sa place, et l'eau environnante s'y précipite avec choc ; de là une trépidation et un bruit. Enfin les huiles de vapeur atteignent la surface ; le thermomètre marque i 00 degrés et le liquide est en pleine ébullition. On peut voir alors les bulles grossir à mesure qu'elles s'élèvent, et venir crever dans l'air en soulevant une mince pellicule d'eau de l'orme hémisphérique.

La première loi fondamentale de l'ébullition est la constance de sa température, à condition qu'on opèi*e comme nous l'avons fait. Chaque liquide a sa température fixe débuUition à l'air libre, de même que chaque solide a sa température de fusion. Ainsi l'eau bout à iOO degrés, l'étberà 36 degrés.

C'est cette constance de la température qui établit une différence entre réva[)oration et Tébullitioii ; mais ces deux phénomènes ne sont ([ue deux formes de la vaporisation, ou passage de l'état liquide à l'état gazeux. Dans l'un et Tautre, le changement d'état est opéré sur les surfaces hbres du H- (|uide, conformément aux principes que nous avons posés : seulement, dans l'évaporation, c'est le niveau ' visible qui domie la vapeur, et dans rébulhtion il y a une infinité de j)ctites suifaces enveloppant des bulles d'air microscopiques, soit contre les parois du vase, soit dans l'intérieur de la masse liquide. C'est sur ces petites surfaces que la vaporisation est effectuée. L'ébullition n'est réellement qu'une évaporatiou opéiéc sur un très-grand nombre de points à la fois.

On peut faire beaucoup d'expériences qui prouvent que l'ébullition est due à la présence de bulles d'air ou d'autr*^ gaz. En voici deux très-curieuses.

LUme, de M. Donnv, consiste à renfermer de l'eau dans ^*^ tube (le verre recourbé comme ov\ Vi nç|\\. ^wck figure 'î**

ÈVM'ORATIOÏ HT ÉBULMTinN. S27

Ce tube étant ouvert et efûlé à une de ses extrémités, ou fait bouillir l'eau pendant qiieli^cs instants, afin de chasser complêtemenl l'air dissous dans l'eau el l'air contenu dans le featedu tube. Pendant que la vapeur et l'eau seules i-emplis- Unt l'appareil, ou ferme la pointe en la fondant dans un jet deOamme ; on laisse refroidir, et l'appaieil est achevé. Quand on veut s'en servir on plonge la partie qui contient le liquide

tlg. ti. — Expérience de H. Doaaj sur !'<

dans un bain d'huile, eton chauffe le bain avec une lampe h alcool. En mettantdans l'huile un thermomètre, on voit que la Innpéniture peut atteindre 150 degrés sans que l'eau entre sn ébullition. Hais vers cette température l'eau est projetée ^ masse dans l'autre partie du tube, et produit un choc qui ^rt sans danger à cause de la forme donnée à cette partie.

La seconde eipérience est de M. Ûiifour {de Lausanne), et ffe est encore plus démonstrative.

On JiUMe tomber une goutte d'eaittAansw

de lin et d*essencc de girolle à 100 degrés, dont les proportions sont calculées de telle sorte que sa densité soit égale à celle de leau prise à la même température. L*eau forme une boule sphérique au milieu du liquide, et conserve cet état tandis qu'on porte la température à plusieurs degrés au-dessus de 100®: il n*y a pas d'ébuUition, parce que la goutte d'eau étant environnée de liquide de toutes parts n'a aucune surface d*évaporation. Vient-on ensuite à toucher la goutte avec une tige de bois, immédiatement des bulles de vapeur apparaissent au pointde contact. En voici la raison : la ti^e de bois a entraîné quelques bulles d'air, et les a portées jusqu'à l'eau : alors Tévaporation est devenue possible ; la vapeur se répand dans chaque bulle d'air, la grossit, et lui donne assez de volume pour qu'elle se détache du bois et monte à la surface de l'huile. 11 y a une seconde loi fondamentale de l'ébullition qui met en évidence l'influence des résistances extérieures sur la vaporisation. Nous avons dit que l'eau bouta iOO degrés: cela ne peut avoir lieu que si la hauteur du mercure dans le baromètre est de 76 centimètres. Or cette condition n'est qu'accidentellement remplie dans les contrées peu élevées au-dessus du niveau de la mer, et elle ne l'est jamais sur les hautes montagnes. Au sommet du mont Blanc, la hauteur moyenne de la colonne barométrique est de 42 centimètres environ. Sous cette pression, l'eau bout à 84 degrés; et, dans les mômes circonstances, l'éther, qui bout à 36 degrés sous la pression ordinaire, ne bout qu'à 20 degrés. Nous pouvons dire d'une manière générale que plus la pression atmosphérique est faible, plus la température d'ébuliition à l'air libre est basse. On conçoit aisément la raison de cette loi : chaque bulle de vapeur doit pour se former repousser le hquide environnant, et surmonter sa résistance ; or lapressioti que l'atmosphère exerce à la surface est transmise par Je liquide jusqu'à la bviWe de N«i^ewLV, eX. i\ \^ ^^^^C^^udeur du

EVAI'ORATION ET ÉBL'LiITION. 2Î9

:\\nàe est petite, celte pression est la principale cause de la isistauce. La vapeur doit vaincre cette pression, et en rcaté avoir une forc^ expansive un peu supérieure ; car c*est îulement lorsqu eUe atteint l'atmosphère pour s*y répandre l'il y a égalité entre les deux pressions. Les bulles de vaîur commencent donc à se former lorsque le liquide atteint

température à laquelle sa vapeur possède une force élas- ]ne maxima égale à la pression atmosphérique. Nous avons i précédemment que cette température décroît en même naps que la force élastique de la vapeur ; les effets observés L mont Blanc se trouvent ainsi expliqués.

Dès que Fébullition a commencé, la température reste iniriable, mais à condition que la pression ne change pas. Si

pression venait à augmenter à la surface du liquide, Téiillition s'arrêterait un instant, jusqu'à ce que la source de valeur qui agit sur le hquide en eût t'ievé suHisamment la inapérature. Le tableau de la page 21 7 indique les tempéraires d'ébuUition de l'eau à diverses pressions ; par exemple, i Teau est soumise à une pression de deux atmosphères, il iudra l'élever à 120 degrés pour la faire bouillir. Dans la machine à vapeur, l'ébulUtion a lieu à une température coulante, lorsque le feu est conduit de telle sorte que la quanité de vapeur développée dans la chaudière soit à chaque ^lant égale à celle qui en sort pour agir dans le cylinre ; c'est à cette condition que la pression reste invariable ans la chaudière, et que la marche de la machine est régu- 1ère. Notre tableau fait connaître la relation qui existe entre ette pression et la température d'ébullition de l'eau. Si la [lachme est à 10 atmosphères de pression, l'eau bout à 180 egrés. Supposez que le chauffeur inattentif mette sur la rille une trop grande charge de charbon, la température 'élèvera, parce que la quantité de vapeur formée sera supérieure à ceJJe qui peut sortir de lai c\\;jLV)LÔAfcVfe^ <i\. sj^^^

230 LA CHALEIR.

fera augmenter la pression rapidement. A 200 degrés, la pression sera de 16 atmosphères ; à 210, elle atteindra 20 atmosphères ; de sorte qu*en laissant la température s'éleTer de 30 degrés seulement, le chauffeur aura doublé la pression. Voilà une cause d'explosion, si la machine n est pos capable de supporter une aussi forte pression. C'est pour cela que la chaudière porte des soupapes de sûreté ; elles laissent échapper la vapeur dès que la pression est trop forte, et avertissent du danger.