DILATATION DES GAZ

C'est Araonlons qui, le premier, vers le commencement du dernier siècle, fit des recherches sur la dilatation de l'air. Mais ses expériences étaient trop imparfaites pour donner autre chose qu'une idée de la grandeur du phénomène. Ce n'est qu'au commencement de notre siècle que la dilatation des gaz fut étudiée de nouveau par Charles , par Dalton et par Gay-Lussac. Ce dernier surtout parvint à en déterminer les lois fondamentales par plusieurs méthodes, entre autres par la suivante : Gay-Lussac 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 (p. 179). Un index de mercure, qui séparait l'air extérieur du fluide élastique intérieur, indiquait par ses déplacements les changements de volume qu'éprouvait ce dernier lorsqu'on chauffait ou refroidissait l'appareil. Enfin, comme le thermomètre restait 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 au moins de celle du réservoir. Pour le remplir de gaz sec, on le met en communication, par une série de tubes desséchants I, avec Tune des tubulures inférieures d'une pompe à main A (fig. 619). La seconde tubulure C peut s'ouvrir dans l'air, ou dans

Fig. 619.

* Cet article a été rédigé d*après les Leçons de physique de M. P. Desains ( Paris, 18«7). (H. V.)

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un gazomètre renfermant un gaz quelconque. Les choses ainsi disposées, on chauffe à 100°. On feii le vide, et on laisse rentrer lentement le gaz sur lequel on veut opérer. En répétant plusieurs 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 efl^ec dans l'ampoule G, pénètre dans le tube ; elle s'y engage de plus en plus par le refroidissement, et finit par venir se fixer dans le voisinage du réservoir.

Gela 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. 620. (fîg. 620). La tige sort à tra-

vers une tubulure latérale E en glissant à frottement dans un bouchon. On s'arrange de manière que l'extrémité intérieure 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 substitue de l'eau chaude, l'index avance; on enfonce alors davantage le tube dans l'éluve, de manière à ce que tout le gaz dont on veut mesurer le volume soit en tous ses points également échauffé. Un agitateur G permet de bien mélanger l'eau de l'étuve, et deux thermomètres F en donnent exactement la température t. Soit à cette température Y le volume apparent du gaz. Le volume véritable est en réalité un peu plus grand , parce que l'enveloppe s'est aussi dilatée, et, d'après les lois connues de la dilatation des

solides, si Ion représente, pour abréger, par kle coefficient gô^Ân

relatif au verre, t'espace que le gaz occupe après son échauffement sera V ( 1 + r *), par suite la dilatation qu'il aura éprouvée aura pour

V'(l 4-ffc) V

expression V (1 + <fc) — V; et enfin — ^ — y — représentera

l'accroissement de l'unité de volume à partir de zéro.

Cette manière d'estimer la dilatation que subit le gaz en passant de 0 à /* suppose que la pression atmosphérique ne change pas pen-

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dani la durée des opérations. Les variations, il est vrai, ne sont pas en général bien considérables; il faut néanmoins y avoir égard, et cela n'offre pas de diCQcuIté.

Supposons en effet que le volume primitif V ait été observé sous la pression H, et le volume Y sous la pression H'; pour ramener V' à la première pression il suffit évidemment, d'après la loi de Mariotte,

de résoudre la proportion V : x = H : H', d'où x = V n • D'après

cela, l'équation qui donnerait la dilatation a de l'unité de volume de gaz entre 0"" et r serait

Gay-Lussac avait déduit de ses expériences les lois suivantes :

1« Le coefficient de dilatation de Voir est 0,0037$ ;'2« tous les gaz ont le même coefficient de dilatation que Pair; et Z'* le coefficient conserve la même valeur, quelle que soit la pression supportée par les gaz.

Gay-Lussac n'avait étendu ses observations que jusqu'à 100''. En 1817, Dulong et Petit étudièrent la dilatation de l'air entre des limites beaucoup plus distantes, savoir, 0^ et 300®, et ils déduisirent de leurs expériences qu'entre ces limites le coefficient moyen de la dilatation de l'air est 0^00566. Entre — 36*» et 100% ils avaient adopté le coeffi- :l cient 0,00375 donné par Gay-Lussac. On continua à adopter ce dernier coefficient jusqu'en 1835. A cette époque, Rudberg, professeur à l'Université d*Upsal, entreprit de nouvelles recherches sur la dilatation des gaz entre 0 et lOO"". Il trouva qu'entre les limites de ses expériences le coefficient moyen de la dilatation avait pour valeur, non pas 0,00375, mais bien 0,00365. Il était important de vériûer 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 Rudberg ; enfin elles ont enrichi la physique de plusieurs résultats nouveaux et importants que nous ferons bientôt connaître.

Nous ne pouvons exposer l'ensemble des recherches deM. Regnault; nous devons nous borner & décrire un des appareils dont il iit usage. Cet appareil fut pour la première fois construit et employé par

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M. Pouillel dans ses recherches pyromélriques. Il permet d'étudier la dilatation des gaz entre des limites quelconques de température ^ et sous une pression arbitraire que Ton peut rendre rigoureusement constante pendant la durée des opérations.

^'*^' ^^*- Le réservoir de chauffe A

(fig. 621) est un ballon de verre qui, dans les expériences de M. Regnault, avait quelquefois jusqu'à un litre de capacité. II communique par un i tube intérieurement capillaire acb au manomètte à deux branches mfhg. La moitié supérieure de la branche m /"a un diamètre égal à celui de la branche hg^ et elle est divisée I en parties de capacités égales entre elles et connues ; nous la ^ désignerons sous le nom de réservoir de dilatation. La virole inférieure /" AR est en fer; le robinet R, dont la section est représentée en R', 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 tubes avec Tair, soit ensemble, soit séparément.

Le tube de communication ab' est formé de deux parties qui se rajustent en d à l'aide d'une petite pièce métallique à trois branches dans laquelle elles se mastiquent à chaud. La troisième branche ed du tube de rajustement est de même soudée au mastic avec un tube de verre e par lequel la communication peut s'établir avec une pompe et un gazomètre.

Voici de quelle manière on opère : on commence par verser un peu de mercure dans le manomètre, de manière à ce qu'il apparaisse au-dessus de la virole en fer inférieure, et après avoir tourné le robinet R de façon à intercepter toute communication entre les tubes m et n, on sèche exactement l'appareil : pour cela, on y fait plusieurs fois le vide, au moyen d'une pompe à main disposée comme celle de la figure 619, et en laissant chaque fois rentrer du gaz à travers des tubes à ponce sulfurique que l'on a placés entre la pompe et la branche e du tube de rajustement. La dessiccation obtenue, on entoure