SECTION II DES GAZ OÙ FLUIDES PERMANENS

124. L’érupe des vapeurs comprend en partie celle des gaz, puisqu'ils ne diffèrent les uns des autres que par le plus ou le moins de constance dans leur fluidité élastique; notre tâche, à l’égard de ceux-ci, se trouve donc remplie jusqu’à un certain point, D'un autre côté, nous ne devons entrer dans aucun détail sur la nature et les combinaisons des différens gaz, puisque nous n’étudions que les propriétés physiques des corps en général; c’est à la chimie qu'il appartient de rechercher les lois de la composition des gaz, à les distinguer les uns des autres : pour nous, nous les considérons en masse, et tous nous offrent alors les mêmes propriétés. L’air atmosphérique est le gaz qui joue le rôle le plus important dans la nature par son action physique où mécanique, seul objet de nos recherches; lui seul nous occupera donc d’une manière spéciale; mais tout ce que nous en dirons pourrait aussi bien s’appliquer à un gaz quelconque formant une grande masse. :

1256. Les fluides élastiques sont comme tous les autres corps des assemblages de molécules; mais, chez eux, elles sont placées à de grandes distances , en sorte que ces corps Sont spécifiquement très légers, occupent un très grand espace, sont en général invisibles , se contractent et se dilatent d’une manière, pour ainsi dire , infinie, du moins pour plusieurs d’entre eux. Tous les phénomènes qu’ils présentent sont des conséquences inévitables des modifications qu’entraîne à sa suite une telle manière d’être; c’est ce qui va se développer d’une manière évidente. Nous reconnaî-

rons d’abord que l’air est un corps pesant, maïs

qui, à raison de sa légèreté spécifique, a dû être refoulé à la surface du globe; là, il forme l’atmo sphère, dont nous mesurerons la hauteur et li poids au moyen du baromètre. Nous mesureron ensuite la densité de ce corps si léger, et de plu sieurs autres gaz à diverses températures, sou diverses pressions ; nous retrouverons dans le: gaz, et nous étudierons chez eux la propriété gé nérale des corps de se dilater par la chaleur, di se Contracter par le froid; enfin, nous les trouve: rons doués au plus haut degré de l’élasticité et d la compressibilité, et nous examinerons les-phé nomènes qui en sont le résultat dans la machin pneumatique, les pompes, les aérostats.

$. TL. Pesanteur de l'air.

126.7 asqu’au temps où la physique à à établir ses fondemens sur l’observation et l’ex périence, c’est-à-dire jusqu’à Galilée, on n’eu aucune idée exacte de la pesanteur et de la press sion de l’air; on supposait que tout espace étai rempli de matière pesante, et que la nature avai horreur du vide : c’est ainsi qu’on expliquait l’a cension de l’eau dans les corps de pompe. Galilé: avait entrevu que ce phénomène était produit pa la pesanteur de l'air; mais il savait ce qu’il lui e: avait coûté pour avoir démontré que la tern tourne autour du soleil, et il emporta son secre dans la tombe. Ce. fut Torricelli, son élève, qu eut la gloire de lever tous les doutes par l’inve

tion du baromètre. Bic On savait.que, dans les corps de pompes , l’ea s'élevait jusqu’à trente-deux pieds, mais ne dépass sait jamais ce, terme. Le physicien que nous ve nons de nommer fit la même expérience sur | mercure. Pour, cela, il remplit de ce liquide ua assez long tube fermé à une de ses extrémités ; à

le renversa en plongeant son extrémité ouverte dans un vase où il y avait aussi du mercure.

Aussitôt il vit s’abaisser la colonne liquide renfermée dans le tube; mais, après plusieurs oscillations, elle demeura suspendue, ayant une élévation de 28 pouces ou 76 centimètres. Le mercure a une densité 13 fois + plus forte que celle de l’eau; en comparant donc le poids de cette colonne de 28 pouces de mercure avec celle d’eau de 32 pieds, on reconnut qu’elles se faisaient exac- tement équilibre , et il fut démontré par là que la même cause, la pression de atmosphère, produisait lascension des deux liquides : telle fut l’origine du baromètre, l’un des instrumens de physique les plus importans, auquel on doit une multitude de découvertes de tout genre, et que nous devons par conséquent décrire avec quelque détail.

127. L'expérience de Torricelli, telle que nous Pavons indiquée, formait un véritable baromètre, mais il était fort imparfait, parce que ce physicien négligeait un grand nombre de précautions nécessaires. De plus, au lieu de plonger le tube dans une cuvette, pour ses baromètres, il employait des tubes recourbés, dont l’extrémité ouverte était fort courte; il faisait poser sur Le mercure un poids exactement équilibré par un autre poids, et dont le fil qui les unissait passait sur une poulie; à cette poulie était fixée une aiguille qui amplifiait les Variations, en les marquant sur un cadran. els sont les baromètres anciens dont on se sert encore pour indiquer la pluie et le beau temps , mais que l'expérience a prouvé être fort défectueux et très sujets à erreur:

126. Pour avoir un bon baromètre, dont on . puisse regarder les indications comme la vraie mesure de Ja préssion de l’atmosphère, il faut commencer par bien sécher le tube dont on vent se servir, en le chauffant fortement. On y intro-

\ pe MPHT

duit ensuite le mercure par petites portions, et on l'y chauffe également au point de l'y faire bouillir, afin de chasser l’air qui peut être mêlé avec lui, et surtout la légère couche d'humidité qui reste attachée aux parois du tube; sans ces précautions , l'ascension du baromètre est au-dessous de la vérité; car, dès que le tube est renversé, le vide se forme au-dessus du mercure, et l'air, ainsi que l'humidité, par leur force expansive, s’y portent , et y font en partie équilibre à la pression de l’atmosphère.

Quant à la division qu’on applique à cet instrument, c’est une échelle méirique, partagée en centimètres et en millimètres, sur laquelle on fait glisser un curseur muni d’un vernier, et qui permet de porter la précision des observations à des 10° de millimètres. Quelquefois, de l’autre côté de l’envéloppe ou de l’appui du tube, on trace l’ancienne division en pouces et lignes, et on ajoute les indications vulgaires, pluie, variable, beau temps. La fz. 38 représente le baromètre de Fortin, le plus complet, Le plus constant dans ses indications. Le tube y est enveloppé d’un cylindre de cuivre, et plongé dans une cuvette dont on augmente ou diminue la capacité, de manière à faire toujours correspondre le niveau du liquide de la cuvette avec le zéro de l’échelle.

120. La fg. 39 représente le baromètre à syphon; perfectionné par M. Gay-Lussac : c’est le plus commode pour les voyages; il est portatif, puisqu'on peut le mettre dans une canne, peu sujet aux accidens , et d’une exactitude à peu près égale à celle du précédent. Le tube en syphon de cet instrument offre plusieurs parties amincies et effilées, dont le but est d'empêcher l'introduction de l’air dans la longue branche, lorsqu'on renverse le tube, et d’éviter sa fracture. Les deux extrémités. sont fermées, et l’air pénètre par un orifice

rentrant et capillaire, de sorte que le mercure ne peut s’échapper.' Ce baromètre doit être muni d’une échelle mobile, dont on place le zéro au niveau du mercure de la branche la plus courte.

130. Dans tous les cas, un bon baromètre doit être accompagné d’un thermomètre qui fait corps avee lui; car puisque la chaleur dilate le mercure, elle le rend moins pesant sous un volume égal. Dans la mesure de la pression de l'air, on a donc toujours à faire une correction en raison de la température. Pour ramener les opérations à celle de 0°, il faut retrancher pour chaque degré audesus —— de la colonne observée, et l'ajouter par chaque degré au-dessous.

191. Au moyen d’un des instrumens que nous venons de décrire, on reconnaît que la pression moyenne de l’atmosphère, la pesanteur de Pair à Paris , à la température moyenne de 12°, équivaut à une colonne de mercure de 96 centimètres. À une température égale, cette hauteur, mesurée au niveau des mers, est à fort peu près la même dans tous les lieux du globe, c’est-à-dire de 76 c. m. 29. Les variations naturelles de cette hauteur dans un même lieu sont d’environ 2 pouces 6 lignes. Les plus considérables qui aient eu- lieu à Paris ont été observées par M. Arago le 25 décembre 1821, jour où le baromètre est tombé à 26 pouces 4 lignes; et le o février suivant, où il s’est élevé à 28 pouces 10 lignes. À mesure qu’on s'élève, soit sur les montagnes, soit dans les aérostats, l’air, étant déchargé du poids des couches inférieures , doit être moins pesant. C’est en effet ce que expérience démontre, et c’est sur ce principe qu’est fondée la mesure des hauteurs par le moyen du baromètre.

192. Rien ne serait plus simple que la mesure de ces hauteurs, ainsi que de celle de l’atmosphère, si l’air était partout d’une égale densité,

puisqu'on sait qu’à la température de o°, et sous ja pression de 76 centimères , le mercure pèse 10,463: fois plus que l’air. Mais ce gaz, étant éminemment: compréssible et dilatable, se rarélie à mesure que: la quantité des couches supérieures qu’il a à sup-porter est moindre. Il faut donc faire entrer cet élément dans la mesure des hauteurs estimées aui moyen du baromètre, en établissant le calcull d'après la loi de Mariotte, que les gaz se com-priment et se dilatent dans le rapport inverse dess poids dont ïs sont chargés (1). Quant à la hauteur de l’atmosphère, qui serait d’environ deux lieues: si l'air avait partout la densité que nous venons: d'indiquer tout à l’heure, elle est encore fort iudécise et très controversée; les uns regardenti l'expansion de l’air comme indéfinie , d’autres l’estiment d’environ seize lieues; enfin un Anglais, læ& limitant au point où la force d'attraction du globe et la force d’expansion du gaz doivent se faire équilibre, l’a calculée d'environ 6.6. milles d’Alles magne à la température de 0°, c’est-à-dire enviromæ dix lieues communes.

193. Ce n’est pas seulement par l’expérience du baromètre qu’on reconnaît les effets de la pres+ sion, de la pesanteur, de la résistance de l'air: Nous en avons chaque jour mille exemples sous les yeux. L’ascension des liquides dans les pompes, leur suspension et la cessation de leur écoulement dans les vases qui n’ont pas de communicatior! avec l’extérieur, l’élévation des aérostats et des corps légers dans l'air, sont des preuves de cette

(1) M: de Laplace a fait connaître la formule de ce calcul dans la Mécanique céleste ; on la trouve auss: dans le Traité général de Physique de M. Biot; de plus: on a dressé des Tables où la réduction est indiquée pour chaque variation de température.

pression. Lorsqu'on voit crever une peau épaisse sous laquelle on fait le vide, lorsqu'on voit se briser le vase qu’on prive d’air, lorsque la plus grande force est impuissante pour séparer les ‘hémisphères de Magdebourg quand on y a fait le vide, lorsqu'on voit l’homme le plus robuste avoir peine à soulever le piston d’un cylindre où Vair ne peut pénétrer, comment pourrait-on méconnaître sa pesanteur et sa pression ? Son poids est celui d’une colonne d’eau de 32 pieds; tous les corps exposés à l’air sont donc pressés à leur surface, comme ils le seraient par une colonne d’eau de cette élévation. C’est d’après cela qu’on a calculé qu’un homme supporte sur son corps une pression d’environ 20,000 kilogr. ( 40,000 livres ): On dira peut-être qu’il est impossible d’admettre une telle pression, puisque nos mouvemens pa-

nn entièrement libres; mais les poissons

qu’on a retirés d’une profondeur de 3,000 pieds

À se chargés du poids d’une colonne d’eau de

cette hauteur, c’est-à-dire 8o-fois plus lourde que ; P q

| notre atmosphère, et cependant leurs mouvemens

n’en étaient pas moins libres que ceux des espèces qui habitent la surface des eaux, que ceux des animaux qui vivent dans l’air. Pour eux comme pour nous, la pression du milieu qu’ils habitent,

|s’exerçant en tous'sens, se compense, se détruit entièrement, au moyen de l’impénétrabilité des

molécules de leurs organes; la densité des fluides et des solides qui entrent dans leur organisation

| est appropriée à celle du milieu qu'ils doivent

habiter ; ces êtres y sont donc dans un état d'équi-

| libre et de liberté parfait; ils ne souffrent que

quand la densité de ce milieu vient à changer. C’est ce que nous voyons lorsqu'on amène à la surface les habitans des abîimes des mers ; c’est ce que nous voyons lorsqu'on place un animal , une plante sous le récipient de la machine pneuma-

tique; les gaz renfermés dans leurs organes se dilatent, les liquides tendent à $e réduire en vapeurs, une désorganisation complète a lieu. C’est par la même cause qu’en s’élevant sur les hautes montagnes ou dans les airs, au moyen des ballons, bientôt la respiration se trouve gênée, le sang sort par le nez, par les yeux, par les oreilles; quelques pas de plus, et il s’ensuivrait une mort certaine.

$. IL. Élasticité, compressibilité de l'air et des gaz.

| 134. Nous venons d’indiquer plusieurs phénomènes, plusieurs expériences qui démontrent d’une manière irrécusable la pesanteur et la pression dé fluide qui nous environne. Iis nous ont également donné une idée de la grande compressibilité et de l’énorme élasticité de ce gaz, que nous avons vu s’insinuer dans tous les interstices , remplir tous les vides des corps. Nous allons maintenant faire connaître plusieurs machines importantes qui mettront ces propriétés dans tout leur jour, et les forceront de produire des effets inat-! tendus. Commencons par les pompes et les ma-. chines pneumatiques.

-199. On a inventé, tant pour faire plusiurs: expériences curieuses que pour le besoin des arts, un très grand nombre de pompes à liquides et à gaz, et on en a fait des applications sans nombre. Mais toutes, ainsi que les machines pneumatiques, se rapportent à deux sortes, la pompe aspirante et: la pompe foulante, à laquelle on peut ajouter la: pompe composée, c’est-à-dire qui réunit le jeu des: deyx premières.

1906. La pompé aspirante est basée sur la pesanteur et la pression de l'atmosphère, d’où ré:: sulte une perpétuelle tendance à établir l'équilibre: dans tous les corps. Elle est représentée fig. 40.

… En élevant le piston P, on tend à faire le vide dans

le corps de pompe; l’eau , pressée paï l'air extérieur, monte donc dans le canal CD > puis dans le corps de pompe. Si on empêche son retour , au moyen d’une soupape S, on pourra abaisser le piston, et une seconde soupape S' Jui laissant alors passage , l’eau montera par-dessus le piston ; en élevant celui-ci de nouveau on la soulèvera, mais en même temps on fera de nonveau le vide ; ce qui déterminera les mêmes effets ; une nouvelle quantité d’eau montera dans le corps de pompe , puis au-dessus du piston lorsqu'on l’abaissera ; et enfin , au moyen de ce jeu alternatif, elle arrivera à l’orifice O , par lequel elle s’écoulera. On concoit sur-le-champ , d’après la pesanteur que nous avons assignée à l’atmosphère, que le corps de pompe ne peut avoir plus de 32 pieds; mais dès que l’eau a dépassé le piston, on peut l’élever indéfiniment.

1 37- La pompe foulante, fig. 41, est composée d’un tuyau T, plongeant dans l’eau, et qui permét son introduction jusqu’à une certaine élévation, au moyen de petits trous. Si, lorsque ce tuyau est ainsi en partie rempli, on abaisse rapidement le piston , l’eau se trouvera pressée et se précipitera dans le canal C, où une soupape lui livrera passage. En élevant le piston, cette eau tendra à retourner dans le premier tuyau ; mais la soupape , s’abaissant aussitôt ,'lui interdira le retour; en sorte que, par cette action répééée., elle sera élevée jusqu’à l’orifice O, placé à telle hauteur qu’on “voudra.

196. La pompe composée fait l'office des deux précédentes, dont elle réunit les avantages ; il suffit de jeter les yeux sur la fig. 42 pour la concevoir parfaitement , et il serait inutile de la décrire. Toutes ces pompes sont d’un usage continuel pour élever l’eau et la distribuer où l’exigent

150 PROPRIÈTÉS PARTICULIÈRES.

le besoin des arts et les commodités de la vie. En combinant la pression du piston et l’élasticité d’une masse d’air comprimée, on est parvenu à rendre le jet de ces pompes continu; ce qui est très utile, particulièrement pour celles à incendie.

190. La machine pneumatique n’est réellement autre ‘Chose qu’une pompe. $i on élève le piston dans un canal semblable à une seringue dont louverture sera plongée dans un liquide, celui-ci , en vertu de la pression de l'air , s’y introduira et en remplira la capacité. Il est évident que si cette ouverture , au lieu de plonger dans un liquide , est fermée, la méme opération fera le vide dans le tuyau ; tel est le principe de la machine pneumatique. En effet, ajoutons à ce corps de pompe un ballon, comme on le voit fig. 43, ou faisons-le communiquer à un récipient ordinaire, fig. 44, sur lequel on peut placer une cloche, ou visser » des tubes, des ballons, attacher des vessies , etc. ; au bas du corps de pompe, ou mieux dans le piston lui-même , faisons une ouverture munie d’une soupape, de même que l’entrée du canal qui conduit au récipient ; dans cet état , en élevant le piston P, Pair contenu dans le ballon se raréfiera ; mais, en l’abaissant, la soupape S' lui interdira le retour ; il ouvrira celle ajustée au piston, et s’échappera ; si l’on élève de nouveau Île piston ; cette seconde soupape S fermera l’ouverture , et l’air du ballon sera de nouveau raréfié. En continuant ce jeu alternatif, on pourra le dilater de facon que sa densité soit presque insensible.

Dans une telle machine, la pression de Pair, surtout vers la fin de l’opération, oppose une résistance qu’on ne peut vaincre qu’en employant une très grande force, puisqu'elle est à peu près égale à celle qu’il faudrait pour soulever une colonne d’eau de 32 pieds; c’est dans le seul but

d'annuler cette résistance que l’on construit les machines pneumatiques telles que le représente la fig. 45; deux pistons s'élèvent et s’abaissent alternativement, de sorte que la pression de l’air sur celui qui s’abaisse compense et détruit la résistance exercée par la même force sur celui qui s'élève.

140. Pour apprécier le degré de raréfaction de l'air contenu sous le récipient de la machine pneumatique, on y fait communiquer un tube barométrique H, plongeant dans une cuvette remplie de mercure. À mesure que l’air se raréfie, le mercure monte dans le tube et indique le degré de dilatation. On se sert aussi, pour le même objet, d’une éprouvette, fig. 463 c’est une espèce de baromètre destiné à cet effet. On doit aussi, dans toutes les expériences de ce genre, placer sous le récipient des substances dessiccatives , pour absorber, la vapeur d’eau qui se forme constamment par sa force d’expansion, et remplit le vase. Cette précaution est indispensable.

141. Nous ne décrirons pas les pompes à compression, au moyen desquelles on condense Pair et les gaz; on conçoit qu’elles doivent être formées par le même mécanisme que la machine pneumatique, mais agissant en sens contraire. Tous ces instrumens donnent des preuves irrécusables du ressort énorme des gaz. Une vessie flasque, à cause de la pression de l'air, mise sous le récipient de la machine pneumatique, s’y gonfle, et bientôt en remplit toute la capacité ; une autre vessie, gonflée à l’air hibre et mise sous le récipient d’une pompe à compression, devient flasque comme la première dans l'air.