II. Des Propriétés mécaniques de la f^apeur

[8] Quand nous exposons notre corps aux effets du feu , nous éprouvons une certaine sensation à laquelle on a donné le nom d e chalèur. La matière, ou l’être, quel qu’il puisse être, qui fait naître cette sensation , est proprement appelée calorique. Mais dans le langage familier, on se sert indifféremment de l’expression de chaleur ou de calorique. '

' On sait que le calorique pénètre tous les corps d# la nature , à un degré plus ou moins grand, et que la quantité que chaque substance est susceptible d’en conte-»

nir , peut être augmentée ou restreinte dans de certaines limites. L’augmentation de là quantité de calorique, dans un corps, est en général accompagnée d’une augmentation dans le volume de ce corps, et 'la diminution du calorique entraîne, au contraire, une diminution correspondante dans le volume deS - corps. C’est ainsi que les métaux sé dilatent et augmentent de dimensions quand on les échauffe, et dimi-

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puent de volume en se refroidissant. Une vessie flasque, conteifant une petite quantitéd’air, tétant échauffée, se distendra Complètement , ce qui est l'effet de la dilatation de l'air qui s’y trouve contenu ; mais elle ' ?

affectera de nouveau sa flaccidité primitive quand l’air sera refroidi. Un effet analogue a lieu pour toutes les autres substances.

[9] Cette loi de dilatation est tellement universelle y qu’on y a cherché un moyen de mesurer le degré de chaleur; et c'est sur ce principe qu'ont été construits les thermomètres. On enfertne un peu dé mercure dans une boule de verre, à laquelle est soudé un tube , de manière que , lors- * qu'il y a de la chaleur appliquée à la boule, la dilatation du métal qu’elle contient , le force à s’élever dans le tube qui, muni d'une échelle graduée , devient une mesure commode pour la température , aré moyen de l'expansion causée par cette température. * , *

[JO] L'expansion ou l’augmentation de dimension n’est pas, cependant, le seul effet qui résulte de l’accumulation de*calorique dans un corps. Dans certains cas cette augmentation nroduit un changement total de forme. En donnant une surcharge

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de calorique à un morceau de métal solide, on pourra le convertir en un liquide. Dans ce cas, on dit que le métal est fonda , et 1e' procédé prend le nom de fusion ..

Tant que l’on maintient la température nécessaire, et que l’on fournit du calorique en quantité suffisante , le métal conserve son état de liquidité ; mais aussitôt qu’il a perdu de son calorique , et que la température est abaissée, il reprend sa forme solide.

De même si , à une substance quelconque, telle que l’eau dont l’état habituel est la liquidité , on enlève une’ portion considérable de son çalorique, et que la température s’abaisse beaucoup , cette substance pourra , à la fin , passer à l’état solide , et elle le conservera tant qu’il ne lui sera pas rendu le calorique nécessaire pour qu’elle affecte de nouveau la forme liquide.S ....

Nous pouvons conclure de ces faits et de beaucoup d’autres semblables , que toutes les subtances que nous observons dans la nature à l’état solide ou liquide , ne sont maintenues dans ces différons états que par . des effets calorifiques.

[14] Ces changcmens. réciproques, la liquéfaction et la solidificat ion , ne sont pas

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les seuls qui aient lieu dans les {ormes-; pour les substances soumises a un change-^ ment dans Jeur température. Si à- un dp- • quide tel que l’eau r on communique de lachaleur, le premier effet de celle-ci sera d’en élever la température , et d’augmenter ron volume. Mais après que latempérarure aura été portée à environ 100 degrés du thermomètre centigrade , on ne s’aper-* cevra plus d’aucune augmentation de chaleur, et un thermomtètre' placé* dans x ee liquide cessera de monter : et cependant il y aura de la chaleur nouvelle communiquée à l’eaq, et au vase qui la” contient; On peut alors se demander' que devient cette chaleur. Dans ce cas l’eau sera dans un état d’évaporation rapide , c’est-à-dire qu’elle sera convertie en vapeur , et* toute la chaleur qui lui sera communiquée , pâr addition à celle qu’indiquera le thermo-* mètre , se trouvera employée pour la formation de cette vapeur : ce qui fait voir que,dans les circonstances ordinaires (*), l’eau

ne peut pas conserver sa liquidité à une

(*) Dans des circonstances partictilières l'eau • est susceptible de conserver sa lirpridité ;V une température quelconque, comme en le verra par la suite. . ,

température déplus de 100 degrés, et que toute addition de chaleur excédant celle •• nécessaire pour lui faire affecter cette température > en convertira une portion eh vapeur.

ïl paraît donc que la quantité de calorique dans un liquide étant augmentée suffisamment, ce liquide finira par être converti en vapeur, c’est-à-dire, changé de l’état de fluide non— élastique , à celui de fluide élastique , et que de cette manière , il changera mécaniquement de caractère, en acquérant la propriété d’élasticité qui a été décrite plus haut , en parlant de l’air. [6]. Au contraire , si l’on soustrait du calorique à une vapeur élastique, celle-ci

I iourra être de nouveau rendue à l’état iquide, parce que, dans les circonstances ordinaires , elle ne peut subsister sous forme vaporeuse, à température moindre de 100 degrés.

De toutes ces circonstances , nous inférons que les corps sont maintenus dans les .

divers états de solide, de liquide et de vapeur par l’effet de la chaleur, et que le même corps est susceptible de passer suc- * cessivement par ces divers états , au moyen ' d’un changement convenable dans la pror

LSÇON. • • 35

portion de calorique répandu dans ses molécules. • . • • . v " . ' .

[12] Nous avons dit que, lorsqüe l’aug- ' mentatioif ou 'la diminution de tempéra* .

ture n’est pas susceptible de changer la forme dhin corps, elle change dans ce cas, constamment ses. dimensions et son volume.

Cet effet n’est pas borné seulerrient aux solides et aux liquidés , et on l’observe d’une manière encore plus évidente dans les vapeurs ;et dans tous les fluides élastiques. . ' ' • <

Si l’on renferme une , petite quantité d’air dans une vessie flasque nouée à l'ouverture, de manière s ne donner aucun passage à l’air , en mettant cette vessie devant le feu, elle se distendra, et elle semblera avoir été soufflée. -La eause v de* ceci est évidemment la dilatation de l’air. . contenu dans la vessie, par l’augmentation y de température acquise.

Autre exemple : faites passer par le col d’un vase C D , contenant un liquide coloré surmonté par de l’air commun', ùn tube A B (fig- 5) ouvert aux deux Extrémités, et fixez le tube de manière que' l’air ne puisse s'échapper par le coh- En faisant chauffer le vase r l’air chaud situé

au-dessus du niveau ’Ç D, commencera à se dilater-, et pressera sur lu siirface du * liquide coloré, de manière à le forcer de s’eleVer dans le tube A B.

[1Î5] Le meme fluide élastique , soit aüe ce soit un gaz ou une vapeur , a toujours,

«à la même température ou à la même densité , le 'meme degré de force élastique;, mais si la température ou la densité , ou toutes deux sont augmentées , la force élastique augmente également : donc la force élastique est conjointement dépendante de la température -et de la densité/

[14] On peut rendre raison d'une manière satisfaisante , de tous les effets du calorique que nous venons de décrire , en supposant que c’est une substance ou une cause qui communique aux molécules des corps une force de répulsion, au moyen de laquelle elles acquièrent une tendance à se repousser les unes les autres. Mais concurremment avec ceci , il convient d’ôbserver une autre force que l’on sait exister dans la nature. On peut observer parmi les particules constitutives de chaque corps , une force en vertu de laquelle elles ont une tendance a la cohésion , et à se rassembler en masses solides et concrètes.

Cette tendance s'appelle cohésion , ou atfrac-

non de cohésion. Cette force dont sont douées les particules delà matière, estxlirectement combattue par les effets. du calorique. Les uns supposent que le calorique est un fluide subtil et éminemment élastique , qui se répand dans. Hou tes les 4 di-mensions de tous les corps, et qui, par sa* . force élastique , tend, continuellement-; a séparer et à écarter leurs molécules, à détruire Tiiniori, que la force' cohésive tend au contraire à produire. Quoi qu’il en puisse être de la nature du calorique , il est du moins certain qu’il communique aux molécules , une. tendance diamétralement opposée à la cohésion , et que l'état d’ifn corps , ou solide ou liquide , est dépendant de la relation entre les deux forces , * savoir , la force de cohésion inhérente u ses molécules , et là force de répulsion propre au calorique qui les pénètre. Si la cohésion des molécules prédomine considérablement sur la force de répulsion du calo— , rique , le corps restera à l’état jolide mais srles deux forces se balancent à peu près ou se neutralisent, le corps affectera la liquidité . *

Quant à la. cohésion mutuelle, les molécules d’un liquide peuvent donc être cou— • sidérées comme étant à peu 'près dans un

* .Vapeur.- . ■ v S

• état d'indifférence. Nous disons à peu près , parce qu<&, dans la -plupart des liquides, on peut observer une légère tendance à la cohésion. C’eSt ainsi que , si l’on place sur une plaque de verre , près l’une de l’autre , deux gouttes dé mercure ou d’eau , elles se réuniront immédiatement , et ne formeront plus qu’une même goutte. Mais généralement parlant, et sous le point de vue mécanique , nous pouvons considérer les parties des liquides comme étant dans un état d’indillérence pour la. cohésion.

[15] En poursuivant l’analogie que nous ayons commencé d’exposer , pour l'appliquer aux effets des forces cohésives et ré— pulsi ves incidentes aux moléeufes des corps , nous pourrions être amenés' à èonclure, qu’en augidentaiit le^ forces répulsives, de

. manière à lés faire beaucoup prédominer sur les cohésives, les molécules des corps pourraient aVoir «une aussi forte tendance à se séparer , qu’elles en ont à se rapprocher quand il existe entre ces deux forces une relation opposée ; et nous trouvons que Cgpst en effet le cas. Si l’on communique à un liquide une chaleur suffisante, il sera converti , comme précédemment nous l’avons dit, en vapeur , dont les molécules se repousseront les unes les autres, jusqu’au

; .... "‘VW.. . . oy

,point de fai^e crever toute espèce de vaisseau dans lequel elles seraient qpntenues. .

y f st ainsi donc que nous pouvons expliquer

la nature déletat galeux, on ce quVm est • ' convenu , d apnel* les - fluides éLüques, dans lesduelsJa force de cohésion naturelle aux molécules d’un corps est non-senle- . r'f" 1 , raincue parla force de' répulsion introduite au moyen du calorique, mais où une forte influence répulsive est.acquiéo .

aux particules , en sorte; qu’elles font effort pour se séparer et pour sfl répandre • cqntmuellement, et augmenteraient de vo- .

lume , si une autre force proportionnée à .

celle-ci r nc lùi était opposée. . •

£est ainsi que si on expose de l’eau. à la chaleur jusqu à la faire bouillir, elle sera graduellement convertie en,vapeur.; si cette ‘ vapeur- se troye coercée dans, un vaisseau I clos,, elle tendra à en rompre les* parois * avec un certain degré de forcé élastique*’ exactement de la, mêm^ manière que\k le ferait, s il était 'également renfermé, Mais on observe daps la , conversion des, liquides en vapeur, un effet qui ne s’aper-:

$«t pas dans la conversion des solides en * liquides, Nous avons dit . que ces divers j ats dépendent des «proportions mutuelles .

des forces' de cohésion et de réjiulsipn. des

AO* » FRBMIERK

molécules Ilya cependant mie troisième force qui aide toujours à la cohésion , dont il faut tenir compte, et dont l'effet est très— sensible dans la vaporisation, quoiqu’il ne le soit pas dans la liquéfaction.

.Cette force est celle de la pression atmosphérique , déjà décrite : celle-ci tend évidemment à refouler sur elles— mêmes les parties d’un corps , et par conséquent aide à la cohésion. !C est ainsi que Si l’on place de r eau dans un vaisseau, et qu’on expose sa surface à l’action de Patmasphèfc.quand le baromètre se tient à 28 pôuces, elle •soutiendra une pression sur. cette surface , équivalente à 14 livres <pôur chaque pouce carré. Cette force, ajoutée à celle do. cohésion , doit être surmontée par l’action Yépulsive du calorique , ayant que la vaporisation ne puisse commencer/ En suivant ce raison neYrten t , nous Serons conduits à deux • conclusions :4° que si la pression atmosphérique était écartée ou diminuée, les liquides, bouilliraient à une moindre température :

et 2° que si la pression était augmentée à la surface, ils ne pourraient bouillir qu’atitant qu’une augmentation proportionnelle de cha= leur leur serait appliquée,, et qu’alors seule- -ment que les liquides auraient atteint à une température beaucoup plus haute ; et nous

' 'LEÇON. ' ' Av

voyons que ces conclusions sont justifiées par l’expérience. Sous une fmession de 14 livres .par pouce carré, c’est-à-dire , lorsque le baromètre est à 28 pouces , l’eau bouta la température de 100° du thermocentigrade. Mais si , à une moindre température , supposons celle de 82° on place de l’eau sous le récipient de la. machine pneumatique, et qu’en faisant le - vide, on rendenulleou beaucoup moindre la pression . otunjspherique, gelte eau bouillira, encore bien que sa température reste à 82^ ; ainsi que 1 on peut s’en assurer en, y plaçant un thermomètre. *. • . ■ \

# [ 16] Si aü contraire on insère un thermomètre dans le couvercle d’un digesteur contenant dpTeau recouverte d’air atmosphérique ,. et qu’on ferme exactement toute issue à l’air , quanti lé vase aura été échauffé cet air éprouvant de là "dilatation • et acquérant un surcroît d’élasticité sou£ le couvercle du digesteur ^pressera avec une force proportionnelle sur la surface de l’eau. L’oWervation du thermomètre pendant tout le teins que le vase restera exposé à l’action de la chaleur , fera voir qu’il s’é- < lèvera* considérablement au-dessus de 100 degrés, supposons 120° ; et il continuerait à s’élever ainsi jusqu’à ce qu’enfm Je

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vase n’aurait plus assez de force pour résis— .

ter à la pression intérieure.

[17] La température à laquelle, l’eau bout, estordinairement exprimée par 100**. ' L’est ce que l’on appelle 1 & point iV ébullition du thermomètre ; mais rigoureusement parlant, cela 11’est‘vrai que lorsque le baromètre est exactement à 28 pouces. S’il est au-dessous , l’eau bouillera à une moindre température, parce que la pression atmosphérique sera alors moindre ; et s’il est au-»dessus de 2$ pouces , l’eau ne bouillira pas qu’elle n’ait reçu une température plus » haute , la pression étant plus grande. «

. Se/on que les forces de cohésion des molécules des liquides sont plus ou moins actives, ils bouillent «à (les températures plus ou moins élevées. En général, les liquides les plus léj^rs , tels sont Y alcool et Y éther , bouillent a des températures moindres.

Dans le fait, cés fluides pourraient bouillir simplement au moyen de ce qu’on les dp— .

chargerait de* la pression atmosphérique , ainsi qu’on le prouve en lés pinçant sous le récipient de la machine pneumatique , et en y faisant le vide. Dé ceci nops pouvons conclure que ces substances et d’autres .

Semblables ne subsisteraient jamais à l’dtat

sogle