MESURE DE LA DILATATION DES GAZ
Au commencement du siècle dernier, Amontons s'occupa de r<K'>hercher dans quelle proportion on fait croître la force élastique do l'air lorsqu'on le chauffe depuis la température ordinaire jus- (pi'à celle do leau bouillante, sans toutefois lui permettre de se (iilatcr d'une manière sensible. Pour résoudre la question, il renfermait l'air sur lequel il voulait expérimenter, dans une boule de verre d'un assez grand diamètre et qui communiquait avec un tube recourbé long et très-étroit (6g. 249). A la température ordinaire, les niveaux étaient les mêmes dans le réservoir et dans le tube , mais à 4 00® le mercure montait dans ce dernier d'une quantité à peu près égale au tiers de la hauteur barométrique. Comme du reMe le niveau dans \a boule changeait peu , on en
ooDcluaît que dans les circonstances de l'expérience la force élastique du gaz variait dans le rapport de 3 à 4.
On pouvait paiement en conclure que sous pression constante, l'air, en s'échauffant de la température ordinaire à 400^, se dilate du tiers de son volume primitif. Pour voir que cette seconde conséquence ne diffère pas de la première, il suffit de remarquer que si dans Texpérience d'Amontons un certain échauffement a fait croître l'élasticité de l'air dans le rapport de 3 à 4, pour ramener à sa valeur première la force de ressort du gaz échauffé, il est suffisant et nécessaire d'en augmenter le volume dans le rapport de 3 à 4, et cela sans nouveau changement de température.
Il ne faudrait pas chercher dans ces expériences une mesure exacte de la dilatation des gaz. On peut seulement remarquer qu'elles donnaient une idée de la grandeur du phénomène, car en passant de T à 100®, l'air se dilate réellement du tiers de son volume primitif, et la température basse qui servait de point de départ à Amenions n'était pas extrêmement différente de 7*, quoiqu'elle lui fût notablement supérieure. Parmi les anciennes observations qui concordent avec ces premiers résultats, nous en citerons encore une de Robins qui se trouve rapportée dans le Traité de Physique de Musschenbroek. D'après Robins , le volume de l'air renfermé dans un canon de fusil devient, au rouge, quatre fois plus considérable qu'à la température ordinaire ; or, ce rapport de 4 à 4 est celui dans lequel s'accroît le volume de l'air en passant de 0° à 820**; et, d'après M. Pouillet, c'est vers 800* que le fer est franchement rouge.
Toutefois, et malgré ces divers aperçus, on peut dire que les phénomènes de la dilatation des gaz restèrent fort imparfaitement connus jusqu'au commencement de ce siècle. A cette époque, Charles, Dalton et Gay-Lussac en firent l'objet de leurs études. Ce dernier surtout parvint à en déterminer les lois fondamentales par plusieurs méthodes différentes que nous allons faire connaître. Sspérienoes de M. Oay-Iiassae. — Dans une première série d'expériences il chauffait le gaz à 400**, pendant un temps suffisant , dans un ballon bien sec, et qui restait en communication avec l'air. Lorsque l'effet de la dilatation était produit , il plongeait rapidement dans Peau le col du ballon, puis il re&o\d\^s^vt ce)aj'Ci à la température de la glaco fondante , maixa ^w «^^^\.
i5S DILATATION.
soin de maintenir le gaz intérieur à la pression atmosphérique. Le poids p de Teau qui rentrait alors se déterminait aisément. On obtenait aussi sans aucune peine le poids P de Teau qui pouvait remplir complètement l'appareil ; et enfin la différence P — p faisait connaître le volume occupé à zéro par Tair qui, en passant à 4 00 , se dilatait d'une quantité sensiblement mesurée par le premier poids p.
L'influence de la dilatation du verre est assez peu considérable dans les expériences dont il s'agit, et du reste on la peut aisément calculer, comme nous l'expliquerons bientôt.
En opérant ainsi avec l'air, l'azote, l'hydrogène et l'oxygène, M. Gay-Lussac vérifia d'abord une loi très-importante déjà trouvée par Charles, et qui consiste en ce que tous ces gaz se dilatent exactement de la même manière entre les mêmes limites de température. Il Gxa ensuite à 0,375 la valeur de cette dilatation pour \ 00*.
En d'autres termes , il déduisit de ses mesures que pour tous les gaz cités, le coefficient de la dilatation cubique est le même , et égal, à 0,00375.
Enfin, pour étendre ces résultats aux fluides élastiques solubles dans l'eau et même aux vapeurs, M. Gay-Lussac les faisait passer dans une éprouvette graduée placée verticalement sur un bain de mercure; à côté de ce premier tube il en avait disposé un second tout semblable et renfermant de l'air sous la même pression que le gaz à étudier. En chauffant simultanément les deux tubes , il constatait que le mercure restait toujours au même niveau dans l'un et dans l'autre , d'où résultait nécessairement l'identité de la dilatation des fluides aériformes soumis à l'expérience.
Dans une seconde série d'expériences détaillées au tome I*' du Traité de Physique de M. Biot, M. Gay-Lussac opéra d'une manière toute différente de celle qu'il avait d'abord adoptée. II renfermait le gaz dans un gros thermomètre dont la tige , divisée en parties de capacités égales , avait été jaugée avec soin , ainsi que le réservoir. Un index de mercure, qui séparait Fair extérieur du fluide élastique intérieur, indiquait par ses déplacements les changements de volume qu'éprouvait ce dernier lorsqu'on chauffait ou refroidissait l'appareil. EnQn, comme le thermomètre demeurait toujours dans une position horizontale, les opérations se faisaient nécessairement sous la pression atmosphérique. Il fallait seulement être en garde contre les variations que cette dernière pouvait subir.
La manière d'opérer est fort simple. L'appareil entier doit avoir une capacité double aumo\tva à^ çfe>\^^\SL\^t\^\t. Pour le
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remplir de gaz sec, on le met eo communication, par une série do tubes deasédianta I, avec l'une des tubulures inférieures d'une pompe à main  (Eig. 330). La seconde tubulure C peut s'ouvrir dans l'air, ou dans un gazomètre renfermant un gaz quelconque. Les choses Hiosi disposées, on chauffe à tOO°. On fait le vide, et on laisse rentrer lonloment le gaz sur lequel un veut opérer.
En répétant plu^eurs fois cette opération, on arrive à ne plus avoir dans l'appareil qu'un fluide élastique bien pur et bien sec. Pour le séparer de l'air extérieur, on soulève légèrement l'extrémité G; alors une gouttelette de mercure placée à cet effet dans l'ampoule G, pénétre dans le tube ; elle s'y engage de plus en plus par le refroidi ssemen l , et finit par venir se axer dans le voisinage du réservoir.
Cela fait, on rompt la communication avec les tubes I; d'un trait de lime on détache l'ampoule G, et l'on porte le thermomètre dans une petite cuve en fer-blanc dans laquelle on met de la glace fondante (fig. 221). La tige sort à travers une tubulure latérale E en glissant i frottement dans un bouchon. On s'arrange de manière que l'extrémité int^^rieure de l'index soit à fleur du bouchon, et quand sa position est bien fixe on lit le volume occupé par le gaz, qui est alors complètement à zéro. Soit V ce volume. On enlève la glace et on lui subslilue de l'eau chaude, l'index avance; on enfonce alors davantage le tube àaTiaVé\,wift, de msn)è/« à ce que tcat le gaz dont on veut meswver \fe -vtAwmft
(le la dilatation avait pour valeur, non pas 0,00375, mais bien 0,00365. En d'autres termes, il fut conduit à admettre qu'entre 0 et 400", Fair, pour chaque degré d'élévation dans la température, se dilate d'une fraction de son volume à zéro précisément égale à celle qui, d'après Dulonget Petit, représente sa dilatation moyenne entre 0 et 300*.
Kzpérîencei de M. Begnanlt. — Il était important de vérifier ces nouveaux résultats , et il y avait de plus un haut intérêt à examiner avec rigueur l'influence que peut avoir sur la dilatation d'un gaz, et sa nature propre, et la grandeur de la pression à laquelle il est soumis. M. Regnault, en France, et M. Magnus, en Allemagne, entreprirent de le faire. Leurs nombreuses expériences ont été généralement d*accord : elles ont pleinement confirmé les assertions de M. Rudberg; enfin elles ont enrichi la physique de résultats nouveaux et importants que nous ferons bientôt connaître en extrayant des Mémoires de M. Renault un certain nombre de tableaux qui les mettent en évidence.
Dans la suite de ses recherches si précises , le savant académicien français employa successivement tous les procédés que Ton avait jusqu'alors appliqués à la solution de la question, et il fît voir que tous conduisent aux mêmes résultats. Nous ne pouvons le suivre dans la discussion que nous indiquons ici, mais nous allons décrire en détail un appareil dont il fit un fréquent usage. Cet appareil fut pour la première fois construit et employé par M. Pouillet dans ses recherches pyrométriques. Il permet d'étudier la dilatation des gaz entre des limites quelconques de température, et sous une pression arbitraire que l'on peut rendre rigoureusement constante pendant la durée des opérations.
Le réservoir de chauffe A (fig. 222) est un ballon de verre qui , dans les expériences de M. Regnault, avait quelquefois jusqua un litre de capacité. Il communique par un tube intérieurement capillaire acb au manomètre à deux branches m/kg dont la branche MN, divisée en parties de capacités égales entre elles et connues, sera désignée sous le nom de réservoir de dilatation. La virole inférieure /Ai est en fer; le robinet i, semblable à celui de la figure 85, est percé de deux conduits à angle droit, de sorte qu'en le tournant convenablement, on peut établir ou intercepter la communication entre les deux tubes du manomètre, établir ou intercepter la communication de ces lubes avec l'air, soit ensemble, soit séparément.
Le tube de communication ab est formé de deux parties qui se rajustent end à l'aide d'une pt^\\le\À^e^Tcvfe^aî^^Q^^^VV\^\%.V^\^
