SUR LA COMPRESSIBILLITÉ DES GAZ

Les expériences de M. Despretz, et surtout celles de M. Regoault sur la compressibilité des gaz, conduisent à des résultats intéressants, que nous croyons devoir étudier (1).

Si l’on suppose un gaz dans un état de dilatation extrémement considérable, ce gaz suivra très-sensiblement la loi de Mariotte pour des variations restreintes de pression.

Lorsque l'accroissement de pression aura un peu accru la condensation du gaz, celui-ci ne suivra plus la loi de Mariotte pour des augmentations nouvelles de pression. Les volumes obtenus par expérience seront un peu plus grands que les volumes calculés, et le gaz opposera une résistance élastique d'autant plus forte que son état de condensation sera devenu plus considérable.

Cette résistance élastique du reste n’augmentera pas indéfiniment avec la condensation. Lorsque cette condensation sera arrivée à un certain point, il se fera un changement dans la constitution moléculaire du gaz; et de ce changement il résultera que les volumes obtenus par l’expérience pour des augmentations nouvelles de pression, au lieu d’être plus grands que les volumes calculés, seront

(1) Voyez les communications de M. Regnault et celles de M. Despretz à l'Académie des sciences. Comples-rendus, 1846, 2 semestre, t. xx111; p. 787-798, 840-844, 1014-1017.

au contraire plus petits; en un mot, le gaz s'écartera encore de la loi de Mariotte, mais en sens inverse.

Si la condensation du gaz continue encore à s’accroître, sa compressibilité ira de même croissant. Plus on le comprimera, plus il se laissera comprimer pour des augmentations égales de pression, jusqu’à ce qu’enfin il revête l’état liquide. Une fois le gaz passé à l’état liquide, la scène change; la compressibilité absolue diminue dans une proportion énorme, car la compressibilité des liquides est bien moindre que celle des gaz ; et, de plus, cette compressibilité va en décroissant. Il y a donc quatre périodes très distinctes dans la compressibitité des gaz.

Dans la première, ils suivent la loi de Mariotte. Les volumes sont inversement proportionvuels aux pressions. La compressihilité des gaz est égale à l’unité.

= Dans la seconde, les volumes obtenus par l'expérience sont plus grands que les volumes fournis par la loi de Mariotte,. La compressibilité a diminué ; elle est plus petite que l'unité. |

Dans la troisième, les volumes obtenus par l'expérience sont plus petits que les volumes fournis par la loi de Mariotte. La compressibilite est plus grande que l'unité.

Enfin, dans la quatrième, la compressibilité va toujours croissant jusqu’au moment où les gaz passent à l’état liquide. Alors la valeur de l’unité de compressibilité diminue considérablement, et va toujours en diminuant pour des augmentations nouvelles de pression.

Tel est l’ensemble des déductions que l’on peut tirer des expériences de M. Despretz et surtout de celles de M. Regnault. Nous ferons observer seulement que ce dernier physicien paraît croire qu'entre la seconde et la troi-

sième période il y aurait un certain état de condensation pour lequel les gaz suivraient de nouveau la loi de Mariolte. En d’autres termes, il admet qu'entre la seconde période où la compressibilité est plus petite que l’unité, et la troisième où elle est plus grande que lunité, il doit y en avoir une intermédiaire où elle se retrouvera égaie à l'unité. Or, nous ne le pensons pas, ou du moins s’il y en a une, nous croyons qu’elle a une durée extrêmement courte; nous croyons que le passage de la seconde à la troisième période doit se faire très rapidement.

Nous allons essayer, du reste, d'indiquer la manière dont nous concevons l’explication de ces phénomènes en prenant pour base les idées de Peltier sur la constitution des corps et en nous exprimant avec toute la réserve nécessaire dans un pareil sujet.

Si l’on suppose un gaz renfermé dans un ballon, et que ce ballon s’aggrandisse indéfiniment de manière à augmenter graduellement sa capacité intérieure, l’élasticité des sphères éthérées qui enveloppent chacune des molécules gazeuses, n'étant plus contrebalancée par une force suffisante, contraindra les molécules de ce gaz à s'éloigner les unes des autres et le gaz tout entier augmentera de volume. À mesure que les molécules gazeuses s’éloigneront, les sphères éthérées qui les enveloppent se pénétreront de moins en moins, les couches qui se pénétreront encore seront de moins en moins denses, et conséquemment leur élasticité ira toujours diminuant. Il y aura donc une limite à cette augmentation de volume de gaz, ce sera quand la pesanteur des molécules du gaz fera équilibre au peu de force expansive qui restera aux couches les plus périphériques des sphères éthérées moléculaires. Alors,

en effet, les molécules seront autant sollicitées dans un sens par la force d'expansion de l’éther moléculaire, qu’en sens contraire par la pesanteur, il y aura équilibre et le gaz n’augmentera plus de volume, quand bien même la capacité du ballon continuerait à s’accroitre.

Dans le cas de dilatation extrême où nous venons de supposer un gaz, il est évident que les molécules qui le constituent doivent êlre à de grandes distances les unes des autres. Les sphères éthérées qui enveloppent chacune d’elles ne ses pénétrent donc plus que par leurs couches les plus périphériques. Les sphères éthérées ne se pénétrant presque plus, les mouvements homologues qui ont lieu dans leur intérieur cessent de s’attirer assez pour contrebalancer l'action des circonstances pertubatrices ambiantes. Les molécules gazeuses se trouvent dès-lors jouir de toute l’indépendance, de toute l’individualité dont elles sont susceptibles. Rien ne les enchaîne plus les unes aux autres, elles n’ont plus aucune solidarité entre elles. Devenues ainsi complètement libres, ces molécules obéissent à la moindre action du dehors; car la moindre action du dehors est plus forte que le peu d'attraction qui existe encore entre les mouvements similaires de leurs sphères éthérées. La moindre élévation de température suffit pour faire changer les molécules de position relative entre elles ; elles cessent donc de se présenter les unes aux autres par les mouvements homologues de leurs sphères éthérées ; les zones dans lesquels s’opèrent les mouvements simulaires s’écartent et font entre elles les angles les plus variés.

Supposons maintenant que l’on augmente la pression. Que va-t-il arriver ? Les molécules gazeuses se rapprocheront peu à peu les unes des autres; les sphères éthérées

moléculaires se pénétreront de plus en plus. La densité des couches qui se pénétreront ainsi ira toujours croissant, et avec la densité la force d’expansion. Toutefois, pendant un certain temps, cet accroissement sera peu cunsidérable, et le volume de gaz pourra être considéré comme inversement proportionnel à la pression. Les gaz, dans cette première période de leur compression, suivront donc la loi de Mariotte.

Si l’on continue d'augmenter la pression, les molécules matérielles se rapprocheront, les sphères éthérées moléculaires se pénétreront davantage , des couches éthérées de plus en plus denses se trouveront en contact et la résistance commencera à devenir sensible. Selon Peltier, la résistance provenant de la densité croissante de l’éther et de son élasticité n’est cependant pas la principale. D’après lui la résistance viendrait surtout de la discordance des mouvements qui ont lieu dans les couches éthérées arrivées au contact. Les sphères éthérées en effet se présenteront par les zones jouissant de mouvements discordants, car il serait impossible d'admettre que dans un milieu aussi mobile que les gaz, soumis à l'influence de tant de circonstances perturbatrices ambiantes, les sphères éthérées fussent restées, en présence par les zones de leurs mouvements homologues, surtout si l’on réfléchit que la grande dilatation du gaz que nous avons d’abord supposée a détruit toute solidarité et rendu chaque molécule à son indépendance.

La discordance des mouvements amènera une résistance de plus, et cette résistance ira croissant rapidement, car le nombre des mouvements discordants en présence, augmentera dans une proportion considérable à mesure que

les sphères éthérées se pénétreront davantage. Dans cette seconde période de leur compression, les gaz éprouveront donc une diminution de volume moindre que celle qu’ils devraient éprouver d’après la loi de Mariotte; leur compressibilité s'affaiblira pendant un certain temps à mesure que la pression augmentera. Les gaz se conduisent alors comme le fait un ressort métallique, qui offre en effet une résistance d’autant plus grande à la compression qu'il se trouve déjà soumis à une pression plus considérable.

Si la pression va toujours croissant, les molécules matérielles se rapprocheront encore, les sphères éthérées se pénétreront davantage; sous ce point de vue la résistance ira encore croissant. Mais si la pression est suffisante, les sphères éthérées seront amenées, seront forcées, par la pression exercée sur elles, à se tourner, à se placer dans les plans des mouvements concordants. Dés lors, au lieu de la répulsion qu'engendrait la présence de mouvements discordants, il y aura une attraction produite par la concordance de mouvements similaires et concourant ensemble, il y aura done un passage brusque de la répulsion à l'attraction ; par suite, les gaz se laisseront plus comprimer que ne l’indiquerait la loi de Mariotte : c’est la troisième période.

Si la pression continue à s'accroître, le gaz continuera à se laisser ecomprimer ; et en effet, tant que les sphères éthérées moléculaires n’ont pas dépassé par leur pénétration réciproque ces molécules elles-mêmes, tous les mouvements qui s’exécutent sont concordants; ils deviennent même plus intimes, plus attractifs en raison de l’augmentation de densité des couches centrales, les deux molécules continuent donc à se rapprocher,

Cette force attractive toutefois ne tarde pas à se trans: former en force répulsive. Par suite du rapprochement des molécules, en effet, les couches extrêmes de chaque sphère éthérée moléculaire dépassent bientôt les molécules voisines, celles qui servent de centres aux sphères éthérées les plus proches; elles pénètrent dans le secteur opposé où elles rencontrent les mouvements en sens inverse résultant du mouvement circulaire qui revient. Au lieu de mettre en présence des mouvements concordants, cette pénétration extra-centrale met en présence des mouvements discordants, et la force répulsive commence. Plus les sphères éthérées se pénètrent, moins il y a de couches à mouvements harmoniques dans l’espace qui sépare les deux molécules, et plus il y en a de désharmoniques dans les deux secteurs extra-centraux. La compressibilité diminue donc rapidement et dans une proportion énorme; puis ensuite elle va toujours s’affaiblissant ; c’est ce qui arrive quand les gaz sont passés à l’état liquide.

En résumé, dans la première période, les couches éthérées se pénètrent à peine; les gaz suivent la loi de Mariotte, la compressibilité est égale à l’unité.

Dans la seconde période, la discordance des mouvements éthérés en présence oppose un obstacle à la pression ; les gaz ne suivent plus la loi de Mariotte, la compressibilité est plus petite que l’unité.

Dans la troisième période, l'intensité de la pression a forcé les molécules à se tourner dans les plans de leurs mouvements homologues; au lieu d’être discordants, les mouvements sont devenus concordants ; la répulsion s’est

NOTES. 397 changée en attraction ; la compressibilité est plus grande que l’unité.

Dans la quatrième, la pénétration des sphères éthérées à continue à s’accroître ; les gaz ont fini par passer à l’état liquide, mais alors les sphères éthérées ont dépassé les molécules voisines, de concordants qu'ils étaient les mouvements sont devenus discordants dans la portion extracentale, la résistance s’est accrue rapidement et la compressibilité a diminué dans une proportion énorme.

Telle est selon nous l'explication la plus plausible de ces phénomènes, |

Peut-être nous objectera-t-on que nous faisons jouer un bien grand rôle aux mouvements des spères éthérées moléculaires ; à cela nous répondrons que si on ne veut pas placer la cause de ces phénomènes dans les sphères éthérées moléculaires, il faudra la placer dans les molécules elles-mêmes , que dès-lors on sera amené à supposer à celles-ci des facettes, et à chacune de ces facettes des propriétés particulières.

Note 11, page 458.