DES VAPEURS OU FLUIDES NON PERMANENS

103. L’osservarion des phénomènes qui se renouvellent chaque jour, et dans toutes les circonstances, fit bientôt remarquer que tous les liquides, lorsqu'ils n'étaient pas placés dans des vases hermétiquement fermés, diminuaient sensiblement de volume, et enfin disparaissaient totalement sans aucune cause apparente. Mais nous avons vu que si ce phénomène ne peut s’apprécier sans difficulté sous la pression et la température ordinaire de notre atmosphère, il se manifeste à tous les yeux lorsque nous élevons cette tempé= rature où diminuons cette pre-sion, en un mot , lorsque le liquide entre en ébullition ; nous voyons alors de toutes parts dans la masse fluide se former des bulles aériformes qui surmontent la résistance du liquide , et viennent crever à sa surface en la . Soulevant avec violence. A l'air libre , ces bulles

ne cessent de se dégager tant que le foyer de chaleur subsiste, et qu’il reste une goutte de liquide dans le vase, mais il n’en est pas de même dans un espace limité.

104. Quand on observe ce qui se passe dans un vase d’une certaine capacité dans lequel on a placé un liquide, on remarque d’abord que son volume diminue d’une certaine quantité, après quoi il demeure stationnaire; que la diminution se fasse rapidement comme dans lébullition, ou lentement comme dans l’évaporation, ces circonstances n’influent point sur le phénomène; mais si nous augmentons la capacité du vase, nous observerons une nouvelle diminution dans la masse liquide; il en sera de même si, sans changer la capacité, nous élevons sa température

Ces expériences nous permettent de conclure qu'un espace limité ne peut contenir sous une certaine température qu’une quantité déterminée de vapeur : mais il nous reste à rechercher quelle est cette quantité pour les vapeurs des divers liquides, soit dans le vide, soit dans les gaz, et à mesurer cette quantité que l’on nomme la tension de la vapeur; nous devons encore chercher à connaître les lois de la formation des vapeurs : et de leur dégagement, l’espace qu’elles occupent sous une pression et à une température déterminées ; enfin donner les moyens d’apprécier exactement la quantité de vapeur qui se trouve mélangée avec un gaz, ce qui est le but de l’hygrométrie.

$. I. Formation des vapeurs.

10. Le phénomène le plus remarquable que présente la formation des vapeurs, phénomène qui pourra même paraître singulier au premier coup d'œil, mais qui n’est que la conséquence gt la démonstration de la cause qui le produit,

est le suivant : il se forme dans un espace déterminé, pourvu que la température soit égale, autant de vapeurs, que cet espace soit vide, ou qu'il soit déjà OCCupé par un fluide élastique d’ane densité quelconque ; la formation de la vapeur présente seulement cette différence qu’elle est in- Stantanée et violente dans le vide, tandis qu’elle se fait d’autant plus lentement que le gaz avec lequel elle doit se méler est plus condensé.

L'opinion adoptée universellement par les physiciens il y a peu d’années, considérait l'évaporation comme produite par l’action dissolvante de Vair; cette opinion était encore professée en Allemagne en 1813, ainsi que le prouve le Traité de Physique mécanique de Fischer (1); mais les travaux de MM. Dalton et Gay-Lussac ont prouvé d’une manière irrécusable que la formation des Yapeurs était entièrement indépendante de l’action de l'air, qui lui oppose au contraire une résistance mécanique , et qu’elle était due toute entière à la puissance du calorique, qui, éloignant les molécules liquides au point de les faire changer d'état, ne leur permet plus de rester dans un milieu d’une densité bien supérieure, et les force à se loger dans les interstices d’un corps dont les molécules sont à-de grandes distances les unes des autres, comme les gaz.

100. L’évaporation dans l'air, ou dans tout autre gaz qui ne se combine pas avec la vapeur, est donc précisément la même que dans le vide, Pourvu que ce gaz soit sec : la tension de la va- Peur y est égale, et elle cessera de s’y former au même terme, c’est-à-dire lorsque son élasticité fera équilibre à la force expansive du liquide.

mes} (x) Voyez l'édition de cette année 1813, traduite par M. Biot.

L'augmentation de l’évaporation par le renou: vellement de l'air n’est point une preuve de son. action dissolvante ; elle est le résultat de la dimis nution de l’obstacle mécanique qu’il oppose au dégagement de la vapeur; car la portion d’air qui environne un liquide en évaporation est bientôt chargée d’une, vapeur dont la tension égale celle du liquide : elle cesserait donc de se produire SE cet air ne pouvait se renouveler et emporter cetté vapeur, d’où l’on voit que le renouvellement de l'air est une cause puissante d’accélération dans l’évaporation, en livrant à la vapeur de nouveaux. passages à envahir , de nouveaux interstices à rem plir : par là on comprendra que la diminution du liquide sera proportionnelle à la surface exposée à Pair, et devra être plus considérable par un vent violent que par un temps calme; c’est ce qui sè réalise chaque jour sous nos yeux. d

107. Nous n’entrerons dans aucuns détails sûr les nombreuses expériences aussi ingénieuses qué délicates, au moyen desquelles les habiles phys siciens que nous avons cités tout à l’heure sont parvenus à déterminer la tension des vapeurs des divers liquides selon les variations de la tempéräs ture ;-et à reconnaître qu’elle est la même dans le vide ou dans les gaz : il suffit d'avoir indiqué les résultats de leurs recherches; elles prouvent qué dans un état limité la force de ressort, ou l’élasti- * cité de la vapeur résultant de la température s'ajoute à celle du gaz, ce qui permet de la mésurer exactement dans toutes les circonstances Où on la produit ; soit dans le vide, soit dans un‘äit sec. C’est ce qu’on peut faire au moyen du mañ0# mètre : éet instrument , fiy2 36 ; est un baromètre dont la ins ouverte pénètre dans un ballon de verre, dans lequel on peut introduire tel gaz où tel liquide, en telle quantité qu’on désire, où bien y faire le vide. Dans cette expérience , comme dan:

toutes les autres, on exprime la tension de la vapeur par le nombre de millimètres dont elle fait monter la colonne barométrique : ainsi, à la température moyenne de 10°, la tension de la vapeur d’eau est de 9 millimètres 473 si donc la pression jordinaire de l’air soutient le baromètre à 76ow de hauteur, l’eau vaporisée dans l'instrument l’élevera de 9m 47, dest-à-dire à 769®% 47.

100. Ën étudiant ainsi la tension de la vapeur pour toutes les températures, on reconnait qu’elle augmente dans une progression assez considérable à mesure que la température s’élève : il en est de même de la quantité de liquide vaporisé; ainsi entre” 0° et 10°, il se forme moins de vapeur qu'entre 10° et 20°; ainsi à 20° la tension de la vapeur est plus que double de ce qu’elle était à 10°. Nous reconnaissons dans ce phénomène une action du calorique analogue à celle que nous avons remarquée en traitant de la dilatation des solides et des liquiues.

100. Après avoir déterminé la tension de la vapeur d’eau pour les températures où l’on peut avoir occasion de l’observer, les mêmes physiciens cherchèrent à déterminer celle des autres liquides, et ils furent conduits à reconnaitre cette loi génévale très remarquable, qué la variation de la force élastique de la vapeur, pour un même nombre de degrés du thermomètre, est la même pour tous les liquides, en partant pour chacun d’eux de la

température où leurs forces élastiques sont égales; #”

par exemple, où elles font équilibre à la pression de l'atmosphère : ainsi, sachant que l'eau bout à 100°, l’éther à 39°, nous voyons que la tension, la force élastique de leur vapeur, est alors préctsément égale. Éloignons chacun de ces deux termes de la même expression de température, par exemple de 20°, nous trouverons dans ce cas les tensions encore exactement semblables.

110. On voit, d’après cette loi, que la tension à se vaporiser est bien faible à la température ordinaire, pour les liquides qui n’entrent en ébullition qu’à de hautes températures, comme le mercure. C’est une qualité qui le rend bien précieux pour une multitude d’expériences physiques et chimiques où il est nécessaire de faire le vide, ainsi que pour la confection des thermomètres et des baromètres. En effet ce liquide ne bout qu’à la température de 350° : à ce degré de chaleur, comme l’eau à 100°, la vapeur fait done équilibre à la pression de l’atmosphère. D’après la loi que nous avons reconnue tout à l’heure, la tension de la vapeur du mercure à 250° ne sera pas plus forte que celle de leau à o°, c’est-à-dire qu’elle fera monter le baromètre d’environ 5m". À 100°, cette tension sera donc la même que serait celle de l’eau à 150° au-dessous de zéro ; elle sera par conséquent absolument inappréciable : le vide au-dessus du mercure pourra donc, à toutes les températures ordinaires , être considéré comme parfait.

111: Il résulte aussi de la même loi que les corps qui ne deviennent liquides qu’à de hautes

températures ne doivent fournir aucune vapeur %

sensible : cependant plusieurs d’entre eux, comme le cuivre , le plomb, exhalent une odeur qu’on ne peut attribuer qu’à la volatilisation de leurs molécules. On ignore pourquoi cette espèce de vapeur ne manifeste aucune tension.

Les considérations précédentes portèrent naturellement les physiciens à rechercher si quelques corps solides ne fournissaient pas de vapeur, et ils reconnurent en effet que l’eau, même à l’état de glace, jusqu’à 40° au-dessous du point de la congélation , est encore susceptible de s’évaporer d’une manière appréciabe. M. Biot, à 20° au-dessous de 0°, estime sa tension égale à mm !, et

M. Gay-Lussac a confirmé ce calcul par expérience. $

$. IT. Effets de l’élasticité et du dégagement de la

vapeur.

112. Nous venons'de voir que la chaleur est la seule cause de l’évaporation, et que, dans un espace limité, il se forme autant de vapeurs dans un gaz, quelle que soit sa densité, que dans le vide : la force de ressort du mélange est donc augmentée de toute celle de la vapeur; mais à l’air libre, dans notre atmosphère, qu’on peut considérer comme un réservoir d’une capacité infinie , le même phénomène ne peut plus se présenter. En effet, l’air et la vapeur étant tous deux des fluides élastiques, tendent sans” cesse à se mettre en équilibre et à se repousser ; dans un espace libre, l’air chargé de vapeur doit donc se dilater jusqu’à ce que sa force de ressort , plus celle de la vapeur, soient égales à celle de l'air plus sec qui les entoure. Si cette dilatation ne peut avoir lieu, et que la vapeur continue à se former, la moindre cause devra pro-

duire une précipitation de cette vapeur; elle re-

passera à l’état liquide de différentes manières. Ces principes donnent l’explication d’un grand nombre de phènomènes météorologiques qui se passent chaque jour dans l’atmosphère, tels que les vents locaux, les pluies; ils font aussi entrevoir la cause de la baisse générale remarquée dans le baromètre lorsque le temps doit être pluvieux : car il résulte des recherches de M. Gay- Lussac, qu’à la température et sous la pression ordinaire de l’air, la pesanteur spécifique de la vapeur aqueuse est de plus d’un tiers moindre que celle de l'air; à égalité de densité , égalité qui doit toujours s’établir dans une masse comme l'atmosphère, sans cesse en mouvement, sans cesse

en communication , l’air chargé de vapeur est done spécifiquement plus léger que l’air sec.

119. La mesure de la force élastique de la vapeur a aussi été l’objet des recherches des physiciens , et ils lui ont reconnu une puissance énorme. L'eau, en se vaporisant à la température de l’ébullition, occupe un espace 1700 fois plus grand à l’état gazeux qu’à l’état liquide. D’après cela, on conçoit facilement qu’en déterminant la formation de la vapeur sous une haute pression, on pourra la rendre capable de vaincre la plus forte résistance ; On pourra employer son effort comme force motrice dans toutes sortes d’appareils mécaniques : c’est ce qu’on avait réalisé depuis longtemps dans les diverses pompes à feu; mais c’est dans ces dernières années qu’en Angleterre, et en Amérique surtout, on a tiré de cette nouvelle puissance que l’homme peut pour ainsi dire diriger et augmenter à volonté, un immense parti. Non seulement on a remplacé par là la force des hommes et des animaux, mais aussi celle des eaux et des vents. On a appliqué la force de la vapeur à toutes les machines connues ; les bateaux et les navires voguent au gré du pilote, malgré les courans et les vents contraires ; les voitures marchent sans chevaux; enfin un Américain annonçait tout récemment être parvenu à diriger les ballons par le même moyen. Mais quels prodiges n’enfantera pas le génie de l’homme, quelles bornes pourra-t-on mettre à sa puissance, si par la compression de Vair, si par la force d'expansion des gaz liquéfiés, tels que l’acide carbonique , il parvient aux mêmes résultats en faisant varier la température seulement de quelques degrés, et nous touchons au moment où cette importante découverte va porter ses fruits !

114. La force de ressort des vapeurs, de même que celle des gaz, est toujours proportionnelle au

volume qu’ils occupenten sorte que la quantité de fluide aériforme qui soutient une pression de 76 centimètres, en soutiendra une double si lespace qu’il occupe est diminué de moitié. Dans cette condensation, on a rapproché les molécules du corps, et son élasticité est devenue beaucoup plus forte : dans le mélange qu’on fait de plusieurs de ces fluides élastiques , qu’ils soient ou non permanens, pourvu qu'ils ne soient pas de nature à se combiner, on rapproche également les molécules, et l’élasticité du mélange est précisément le ‘résultat de celle de chacun des fluides pris à part.

115. Nous avons vu que lorsqu'on expose un liquide à l’air libre, il se dissipe graduellement ; mais il est important de savoir en quelle proportion, avec quelle vitesse. Il était facile de prévoir que le liquide doit s’évaporer en entier dans l’atmosphère, qu’on peut regarder comme un manomètre infini : on devait conclure également des lois de la formation des vapeurs, que l’évaporation est d’autant plus intense que l'air est plus sec, et qu’elle serait nulle dans un air sâturé d’hu- midité, En effet, M. Dalton à reconnu que l’éva- poration est toujours proportionnelle à ja tension de la vapeur : ainsi elle est plus rapide dans un air sec que dans un air déjà chargé de vapeur ; elle s'accélère à mesure que la température augmente ; elle est plus rapide pour les liquides dont la force élastique est plus considérable.

110. Les changemens qui surviennent dans l'état des corps modifient la tension de leur vapeur, et par suite leur évaporation : ainsi presque toutes les dissolutions salines n’entrent en ébullition qu’à une température plus élevée que l’eau pure, ce

‘qui annonce une tension moindre; par conséquent , à température égale, l’évaporation d’une telle dissolution est moindre. Ce phénomène offre

136 PROPRIETÉS PARTICULIÈRES,

cette particularité rem que la vapeur ne renferme pas un atome de sel, d’où il semblerait naturel de conclure que ce sel ne doit produire aucun changement dans l’évaporation. Pour concevoir cette singularité, il faut se représenter les couches de vapeurs appuyées les unes sur les autres, et se faisant ainsi équilibre en tout ou en partie. Celle qui touche la surface liquide a pour contrepoids de sa force élastique la tension avec laquelle le liquide est porté à émettre des vapeurs; en sorte que si, par une cause quelconque, la force élastique du liquide se trouve diminuée, cette couche de vapeur, pressée par celles qui sont au-dessus, et n’étant plus soutenue par la tension du liquide, devra s'y précipiter et se liquéfier ; aussitôt les couches supérieures suivront la même route, jusqu’à ce qu’enfin l’équilibre se trouve rétabli.

117. Nous avons déjà annoncé qu’un corps ne pouvait se vaporiser sans absorber une grande quantité de chaleur, qui est à la vérité restituée lorsque la vapeur repasse à l’état liquide : mais cela nous amène à conclure que toute évaporation est une cause puissante de refroidissement. Par là se trouvent expliqués plusieurs phénomènes singuliers. Si l’on place au soleil un thermomètre dont la boule est enveloppée d’un corps humide, on verra le mercure s’abaisser : en effet le soleil, acüivant l’évaporation, cause une absorption du calorique qui se fait en partie aux dépens du thermomètre. Dans plusieurs pays, on met à profit cet effet pour rafraichir et même congeler l’eau : pour cela on la met dans des vases poreux qu’on nomme alcarazas , susceptibles de tamiser le liquide en petites gouttelettes, ou bien dans des vases qu’on entoure d’un linge humide : on expose ces vases isolément à un courant d'air, ou bien on les fait osciller comme un pendule, en les suspen-

dant à une corde : la vapeur, qui se forme alors avec rapidité, enlève au vase et au liquide qu’il contient une grande quantité de chaleur, et abaisse leur température souvent assez pour faire passer l’eau à l’état de glace.

$. IT De l’hygrometrie.

116. L’eau , qui occupe une grande partie de la surface du globe que nous habitons, qui y est répandue, combinée, mélangée dans tant d’états, Sous tant de formes différentes, s’évapore sans cesse ; notre atmosphère, receptacle de cette évaporation, n’est jamais entièrement purgée de vapeur aqueuse; après s’en être imbibée petit à petit, après l’avoir conservée pendant plus ou moins de temps , elle la restitue par divers moyens, sous la forme liquide ou solide, lorsqu’elle y est en excès sous la pression et la température du moment : par là l'équilibre est rétabli ; il est même dépassé en sens contraire , de sorte que l’évaporation peut recommencer de nouveau. On conçoit que daus une multitude de recherches de physique et de chimie, de même que dans un très grand nombre de circonstances de la vie, dans le choix du moment favorable pour beaucoup de travaux de l’agriculture ou des arts, il est très important de connaître quelle quantité de vapeur aqueuse est mélangée avec l’air atmosphérique ou le gaz que l’on emploie ; c’est cette quantité de vapeur, désignée sous le nom d'humidité, d’état hkygrométrique, qu’on cherche à mesurer, ou plutôt à montrer au moÿen des kygromètres et des kygxo- SCOpES.,

1109. L'air ou un gaz quelconque exige pour être saturé d'autant plus de vapeur que la température est plus élevée ; ainsi on voit, d’après les tables de tension de la vapeur, qu’à 10° elle fait

équilibre à une colonne de mercure de 9", ou à une colonne d’eau de 12 centimètres, tandis qu’à 0° son poids n’équivaut qu’à 5"m de mercure. La quantité et le poids de la vapeur augmentent donc beaucoup avec la température, en sorte qu'on peut dire que plus il fait chaud, plus il y a de vapeur d’eau dans l'air. Rien n'est plus facile que de connaître la quantité et le poids de l'air et de la vapeur , en supposant que le premier est saturé; car, si le baromètre accuse à ro° une pression de 760" , nous n’aurons qu’à retrancher de cette somme le poids de la vapeur, c’est-à-dire 9", pour avoir la densité de l'air. Mais il n’en est point ainsi lorsque l’humidité n’a pas atteint le degré extrême, et c’est alors qu’il faut avoir recours aux hygromètres pour apprécier, du moins approximativement, quelle quantité de vapeur est contenue dans l’air. Nous disons approximativement , car plusieurs causes d’erreur dépendant, soit de la température , soit de la nature des corps qu’on emploie, sont inévitables dans. ces sortes d’instrumens.

120. Nous voyons la plupart des corps organisés, tant animaux que végétaux, éprouver de grandes variations par l'influence de l’humidité qui s’introduit en eux ou qui s’en dégage. [ls augmentent de volume, et en général s’allongent en raison de l’humidité ; ils se resserrent en raison de la sécheresse. Par exemple, le papier, le parchemin, le bois, les membranes animales, s’allongent et s’agrandissent lorsque l'humidité augmente. Les cordes ne s’allongent pas à l'humidité, au contraire elles deviennent plus courtes, mais c’est par la raison qu’étant composées de filamens rapprochés, l'humidité augmente beaucoup leur grosseur; si elles sont tordues, la même cause les fera détordre. C’est sur ces principes que repose la construction d’un grand nombre d’hygromètres, appliqués aux cordes à boyaux ; ils firent inventer

DE L'HYCROMÉTRIE. 139

ces figures qui indiquent par leurs mouvemens la sécheresse et la pluie.

De tels instrumens pouvaient suffire pour des indications grossières ; maïs ils ne pouvaient fournir une mesure de Vétat hygrométrique d'un gaz. De Saussure a le premier reconnu que les cheveux dépouillés de la substance grasse qui les enveloppe au moyen d’une lessive caustique, étaient doués des propriétés hygrométriques à un haut degré de sensibilité ; qu’ils s’allongeaient alors de +; qu’ils étaient à peu près inaltérables aux températures ordinaires; qu’en raison de leur peu de volume ils agissaient promptement , et qu’enfin ils revenaient constamment aux mêmes points toutes les fois que l’humidité ou la sécheresse se représentaient au même degré. Les cheveux réunissaient donc toutes les qualités nécessaires pour faire un bon hygromètre.

121. De Saussure, pour rendre l’hygromètre à cheveu un instrument comparable, et qui puisse faire apprécier de légères variations, l’a construit tel qu’il est représenté fig. 37. Le cheveu, suspendu et tendu par un poids, est passé sur une poulie très mobile, qui porte une aiguille; cette

oulie suit exactement tous les mouvemens du cheveu, et fait par conséquent mouvoir l'aiguille qui indique sur un arc de cercle gradué l’allongement et le raccourcissement que subit le cheveu, d’après le degré d'humidité de Pair qui Penvironne. Quant à la manière de graduer le cadran, elle consisté à chercher les points extrêmes de sécheresse et d'humidité qu’on marque o° et 100°, et on divise l’intervalle en cent parties égales; on obtient un air parfaitement sec en plaçant dans le vase où il est renfermé pendant au moins un jour des substances dessicatives, telles que la chaux ; on le sature d'humidité en mettant dans ce vase un plat plein d’eau.

122. Ce ne sont pas seulement les substances organiques qui jouissent de la propriété hygrométrique ; il paraît qu’un grand nombre de corps organisés, vivans, sont puissamment influencés par l’état hygrométrique de Fair, sont avertis d’une manière certaine des changemens qu'il éprouve. Îl n’est point étonnant que les végétaux, dont l’eau, soit liquide, soit en vapeur, est un des principaux alimens, manifestent sa présence ou son absence, son abondance ou son défaut, par divers phénomènes; mais quelle cause fait agir les animaux en raison de ces mêmes variations ? [’un, par ses chants, annonce qu’une pluie bienfaisante va satisfaire les plantes altérées ; d’autres, avertis que des torrens d'eau les menacent de leur chute, se hâtent de se rapprocher de leurs retraites, en ferment les issues, mettent leurs petits en sûreté; d’autres, à l’approche du temps pluvieux, se hàtent de satisfaire à leurs besoins, et se retirent ensuite dans un lieu d’abri; tandis qu’il en est qui semblent alors reprendre ure vie nouvelle, et retrouver le bonheur et la santé. Le beau temps renaît, et avec lui la gaîté et les travaux ordinaires des uns, la gêne et l’état de malaise des autres; mais tous ont été prévenus d’avance des changemens qui se préparatent.

129. Un grand nombre de sels et de substances minérales sont également hygrométriques, c’est-àdire absorbent ou restituent l’humidité, en raison de l’état de l’air qui les environne; on désigne cette propriété des sels sous le uom de déliquescence; elle varie à l’infini d’après leur nature,

chacun d’eux ayant pour l’eau une affinité ditférente.

DES GAZ. tTAT