III. PROPRIETES PHYSIQUE

Nous allons examiner les propriétés physiques de l’eau à l’état liquide, à l’état solide et à l'état aériforme.

A. A l’état liquide.

L’eau existe à l’état liquide depuis zéro, où elle se solidifie, jusqu’à ioo°, où elle se vaporise, sous la pression de om,76o.

Elle est compressible et élastique. Quand on la comprime fortement, elle dégage de la lumière, suivant l’observation de M. Dessaignes.

Elle n’a pas de couleur.

Sa densité varie avec sa température; et ce qu’il y a de fort remarquable , c’est que ce n’est pas à zéro qu’elle a le plus de densité, mais à 30,89, suivant Gilpins et Blagden, et à 4°, 44, suivant Lefebvre-Gineau. Nous prendrons 4°-

A son maximum de densité, un centimètre cube d’eau pèse 1 gramme; d’où il suit que des tables de pesanteurs spécifiques de substances solides et liquides, qui auraient été dressées d’après des expériences faites à la température de 4°, ou d’après des expériences ramenées par le calcul à cette même température, représenteraient en grammes le poids d’un centimètre cube de chacune de ces substances

A zéro la densité de l’eau liquide étant égale à 1,0000000 A 4d — — est — à 1,0000746

A ioo‘l — — — — ào,95544o6

D’où il suit qu’à 4° au - dessus et au - dessous de son maximum de densité, l’eau a la même densité; et on admet qu’une variation égale de température, soit en plus, soit en moins, à partir de 4° + o jusqu’à zéro d’une part, et jusqu’à 8° d’une autre part, produit la même augmentation de volume dans l’eau.

Elle conduit très -mal la chaleur; et I!u Infor d a même prétendu qu’elle ne la conduisait pas du tout, c’est-à-dire qu’une particule d’eau échauffée était incapable de communiquer de la chaleur à une particule d’eau plus froide quelle ; mais c’est une erreur, quoiqu’il faille reconnaître cependant que le pouvoir conducteur de ce liquide est extrêmement faible. C’est ce dont on peut se convaincre toutes les fois qu’on place au-dessus de la surface de l’eau le corps qui doit l’échauffer, et qu’on observe la marche de thermomètres placés horizontalement dans sa masse, et à des hauteurs différentes.

Il en est tout autrement lorsque la source de chaleur est au-dessous du vase qui contient l’eau. Pour bien observer ce qui se passe, voici la manière d’opérer :

On prend un vase de verre alongé, on y met

de l’eau et une petite quantité de pâte de papier coloré ou de tout autre corps solide très* divisé, et d’une densité égale ou peu supérieure à celle de l’eau ; on le place au-dessus de quelques charbons ardens; peu à peu les parois du vase s’échauffent, et transmettent de la chaleur aux particules d’eau qu’elles touchent. Mais ces particules échauffées, devenues plus légères que les autres, s’élèvent, tandis que les secondes descendent pour en occuper la place. De là résultent des cour ans ascendans chauds et des courans descendans froids, qui sont rendus sensibles par les corps légers qu’ils entraînent. L’afflux continuel des particules froides vers la source de chaleur, le départ continuel des particules qui s’y sont échauffées, et d’une autre part le peu de conductibilité de l’eau pour la chaleur, expliquent pourquoi il y a une si grande différence dans la rapidité de réchauffement d’une masse liquide, suivant qu’il se fait par sa partie inférieure ou par sa partie supérieure.

Dans la seconde partie du cours, je vous ferai remarquer combien les courans dont je viens de parler ont d’influence pour mélanger également les différentes couches d’un bain de

teinture, et combien sous ce rapport iis sont avantageux.

Lorsque l’eau, que je suppose toujours contenue dans un vase chauffé par le fond, continue à recevoir la chaleur, sa température augmente jusqu’à ce qu’elle entre en ébullition; alors elle ne paraît plus s’échauffer, car un thermomètre qu’on y plonge est stationnaire tant qu’il reste du liquide à vaporiser. Si la colonne du liquide qu’on chauffe avait quelques pieds de hauteur, on observerait que la température irait en augmentant de la surface au fond. Cela tient au phénomène même de la vaporisation. En effet, si on fait bouillir de l’eau dans un même vase sous des pressions atmosphériques différentes, on verra que l’eau bouillante marquera une température plus élevée quand la pression sera plus forte. Par conséquent , le terme d’ ébullition de Veau varie avec la pression qu elle supporte . L’ébullition étant produite par de l’eau qui se réduit en vapeur, et dont la force élastique fait équilibre à la pression atmosphérique qui agit sur le liquide, on coin çoit que, si la vapeur se produit au fond d’une colonne d’eau de quelques pieds, il faut que cette vapeur fasse équilibre, non plus à la sim-

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pie pression de l’atmosphère, mais à cette pression augmentée de celle de la colonne d’eau. On voit, d’après cela, que dans une chaudière profonde d’eau bouillante, la température des couches du fond est plus grande que celle des couches de la surface.

La nature du vase a de l’influence sur le terme de l’ébullition; ainsi l’eau, sous la pression de l’atmosphère, bout à ioo° dans un vase de fer; et à ioo°,5, ioi°, ioi°,5 dans un vase de verre ou de terre, suivant l’ohservation de M. Gay-Lussac.

Si l’eau tient des sels en dissolution pour lesquels elle ait une affinité plus ou moins forte, elle entre en général plus tard en ébullition que quand elle est pure. De sorte qu’un bain chargé d’alun exige une température plus élevée pour bouillir que l’eau pure.

De ce que l’eau exige une température plus élevée pour bouillir quand on augmente la pression quelle supporte, on conçoit que si on la renferme dans une enveloppe suffisamment résistante, on pourra la chauffer jusqu’à la faire rougir; c’est aussi ce qu’on produit en l’exposant au feu dans le digesteur de Papin. Mais si cet appareil n’avait pas une résistance plus

grande que la tension du liquide qu’il renferme, il ferait explosion, et sur-le-champ l’eau passerait de l’état liquide à l’état de fluide élastique.

Comme il est utile dans plusieurs opérations d’exposer des matières au contact de l’eau à une température plus élevée que celle qu’elle atteint quand elle est chauffée sous la simple pression de l’atmosphère, j’ai adapté plusieurs pièces au digesteur de Papin, qui le rendent d’un usage extrêmement commode pour remplir cet objet. J’ai décrit cet appareil ainsi perfectionné sous le nom de digesteur distillatoire; il est surtout utile pour faire l’analyse des matières colorantes, telles que l’indigo, la cochenille, le kermès.

B. A V état de vapeur .

Revenons sur le phénomène de la conversion de l’eau en fluide élastique. Supposons l’eau bouillant dans un vase de fer sous une pression de 0^,760 de mercure ; elle marque alors ioo° à sa surface, et c’est à cause de la constance de cette température qu’on l’a adoptée pour le second point fixe du thermomètre , le premier point étant celui de la température de la glace fondante.

Il y a une raison toute simple pour que la

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température d’une masse liquide qui a commencé à bouillir ne s’élève plus, quoique de nouvelle chaleur s’y introduise continuellement; c’est que cette chaleur est employée à la vaporisation du liquide, et la quantité nécessaire à produire cet effet est considérable, car Rumford l’évalue à 566°, c’est-à-dire qu’un poids a d’eau liquide à ioo° absorbe une quantité de chaleur qui élèverait de zéro à i° un poids d’eau liquide égal à 566 a , ou ce qui revient au même une quantité qui élèverait de zéro à ioo° un poids d’eau égal à 5,66 a, ce qui revient encore à dire que iki!* de vapeur d’eau à ioo° mis avec 5kil‘, 66 d’eau liquide à zéro donnerait 6kil , 66 d’eau à ioo°.

Le volume de l’eau augmente d’une manière prodigieuse par l’évaporation, puisque i volume d’eau liquide à 4° occupe, lorsqu’il est en vapeur à ioo° sous la pression de om,j6o, 1 696,5 volumes, suivant l’expérience de M, Gav- Lussac,

Vous voyez par ce résultat que la vapeur d’eau est un excipient de chaleur qui peut être très-utile lorsqu’il s’agit, par exemple, d’échauffer de l’eau contenue dans des cuves de bois, et plus généralement dans des vaisseaux qui ne pour-

raient recevoir directement Faction du feu; tel est le principe de réchauffement par la vapeur.

L’eau absorbe non-seulement de la chaleur pour se vaporiser lorsqu’elle est bouillante, mais elle en absorbe encore lorsqu’elle s’évapore à des températures qui seraient insuffisantes pour la faire bouillir. C’est pour cela que l’évaporation est toujours accompagnée de froid.

Il est fort remarquable que la glace ellemême s’évapore.

L’évaporation de l’eau dans une atmosphère limitée et à une température constante ne cesse que quand l’espace est saturé de vapeur.

Des faits précédens on peut conclure :

i° Que l’évaporation est favorisée par l’élévation de la température;

2° Que tout ce qui tend à renouveler la couche d’air qui touche un corps mouillé que l’on veut sécher contribue à hâter l’évaporation