CHAPITRE XIV

Nous n'avons encore traité qu'un cas de la formation des vapeurs, le plus général, il est vrai, c'est-à-dire celui où la vapeur se forme à la surface du- liquide d'une manière insensible à l'œil. Mais si l'on amène ce liquide k une température convenable, alors l'aspect du phénomène change complètement ; la production des vapeurs a lieu dans toute la masse liquide. Elles se dégagent en bulles qui montent k la surface et y crèvent.

Mettons, par exemple, de l'eau dans un vase en ferblanc avec un thermomètre qui donne la température du liquide, et plaçons le vase sur un fourneau. Nous verrons le thermomètre monter progressivement; vers 60° des bulles gazeuses s'échappent de l'eau, partant des différents points de la paroi sur laquelle on les a vues apparaître un instant avant qu'elles montent à la surface du liquide. C'est l'air dissous dans l'eau qui s'en dégage. Avec de l'eau qu'on aurait fait bouillir déjà une première fois, en la laissant ensuite refroidir k l'abri de l'air, ce phénomène étranger k l'ébullition ne* se manifesterait pas, par la raison que cette eau ne contiendrait pas d'air en dissolution.

La température continuant k s'élever et approchant de 100°, on voit bientôt une agitation particulière se manifester dans la région inférieure de la masse liquide : des bulles apparaissent au fond du vase et disparaissent presque aussitôt; en même temps le liquide fait entendre un son particulier ; Veau chante, comme on dit vulgairement. Enfin k 100° environ, les bulles se forment d'abord petit k petit, puis rapidement et en grande quantité, et viennent monter et crever k là surface du liquide.

ËBULLLTION. DISTILLATION*. TUBES DE SURETE. 22i>

A partir de ce moment, et tant que durera l'ébullition, le thermomètre conservera une température invariable, pourvu toutefois que pendant la durée de l'opération la pression atmosphérique ne change pas. Nous retrouvons donc là ce caractère de fixité que nous avions signalé dans la fusion. Mais il nous faut remarquer qu'il n'appartient pas au phénomène général de la transformation d'un liquide en vapeur, mais seulement au cas particulier de l'ébullition. En outre, .nons avons eu soin de poser comme condition que la pression ne changeât pas. Car, comme nous allons le voir, la température d'ébullition d'un liquide n'est pas toujours la même; elle dépend surtout de la pression qu'il supporte; elle s'élève si la pression devient plus grande, s'abaisse si la pression diminue.

Tant que la pression supportée par le liquide sera supérieure à la tension de sa vapeur, à la température qu'il possède, cette vapeur ne se formera que lentement; il y aura simplement èvaporation. Mais si la température du liquide est telle, que la tension maximum de sa vapeur soit égale à la pression qu'il supporte, alors la vapeur se forme simultanément et tumultueusement dans la masse; il y a êbullition. On peut s'en convaincre en met- tant de l'eau dans une cornue dont le col communique avec un récipient un peu grand, où l'on renferme de l'air sous une pression déterminée, moindre ou plus grande que la pression atmosphérique, et mesurée par un manomètre. -On fait couler de l'eau froide sur le col de la cornue, pour condenser la vapeur au fur et à mesure qu'elle se forme et l'empêcher d'augmenter la pression dans l'appareil. Par une tubulure de la cornue passe un thermomètre engagé dans un bouchon, et dont le réservoir effleure la surface du liquide. On porte l'eau à l'ébullition et l'on note la température du thermomètre lorsque l'ébullition est bien établie. Si on mesure alors la pression donnée par le manomètre, et si l'on cherche ensuite, dans la table des forces élastiques maximum de la vapeur d'eau, la tension qui correspond à la température

de l'ébullition, on la trouve exactement égale à la pression que Ton vient de mesurer.

Donc la température de Vèbullition est celle pour laquelle la tension maximum de la vapeur fournie est égale à la pression que supporte le liquide.

On comprend très-bien qu'il ne peut se former, au sein du liquide, des bulles de vapeur, nécessairement saturée, si la pression est supérieure à la tension maximum de cette vapeur, car elles se condenseraient immédiatement.

influence de la pression. — D'après le principe que nous venons de poser , on voit que si la pression diminue, comme la force élastique de la vapeur fournie par le. liquide à l'ébullition est égale à cette pression, la température de l'ébullition devra elle-même s'abaisser.

Mettons sous le récipient de la machine pneumatique, de l'eau à 30°; pour que l'ébullition puisse avoir lieu, il suffira de réduire la pression à 31 millimètres; pour qu'elle ait lieu à 10°, il faudra amener la pression à n'être plus que de 9 millimètres. Et enfin si l'on voulait faire bouillir l'eau à 0°, il faudrait que le vide fût porté à 4™ m ,6.

La vapeur formée ajoute sa force élastique à celle de l'air renfermé dans le récipient, et arrêterait promptement l'ébullition, si on cessait de faire marcher la machine de manière à enlever la vapeur au fur et à mesure qu'elle se forme. Pour obtenir l'ébullition à des températures voisines de zéro, il faudrait placer sous le récipient de la machine, a côté du vase qui contient l'eau, une substance avide d'humidité, comme de la chaux vive, ou plutôt de l'acide sulfurique (huile de vitriol), aussi concentré que possible.

Puisque, lorsque la pression diminue, l'ébullition se produit à plus basse température, sur les montagnes l'eau doit bouillir à une température d'autant moins élevée que la montage est plus haute. C'est ce qui a lieu en effet, comme l'indique le tableau suivant, où nous don-

nons la température moyenne d'ébullition sur quelques lieux élevés du globe.

Noms

Hauteur au-dessus

Point

des locdités.

de l'Océan.

d'ébullition.

Hospice du Saint-Gothard. .

Bains du Mont-Dore

Paris (observatoire 1 er étage).

A Paris la hauteur barométrique varie annuellement entre les deux limites extrêmes 0 m ,730 et 0 m ,770; la température d'ébullition varie alors entre 98°,8 et 100°, 4. On voit d'après cela qu'on ne doit pas, lorsqu'on veut mettre une grande précision dans la construction d'un thermomètre, marquer 100° au point d'ébullition de l'eau, à moins que la pression atmosphérique ne soit exactement 760 millimètres. On pourrait, si la pression était voisine de la limite inférieure, commettre une erreur de plus d'un degré.

L'influence de la pression sur la température d'ébullition une fois bien établie, on peut en déduire une méthode propre à fournir la mesure des tensions maximum. Il suffit en effet pour cela de mettre une chaudière , contenant de l'eau , en communication avec un récipient renfermant de l'air dont l'élasticité, mesurée par un manomètre, peut être à volonté augmentée ou diminuée ; et de déterminer au moyen de thermomètres très-exacts la température de la vapeur fournie par le liquide en ébullition. Cette température est précisément celle pour laquelle la vapeur a une tension maximum égale à la pression indiquée par le manomètre.

Il faut avoir soin de faire condenser la vapeur à mesure qu'elle se forme pour empêcher qu'elle n'ajoute sa propre force élastique à celle de l'atmosphère gazeuse qui presse sur le liquide. On y parvient en établissant la communication de la chaudièreau manomètre par un tube montant qu'entoure un manchon traversé par un courant d'eau froide. De cette façon la vapeur condensée retourne sans cesse à l'état liquide à la chaudière.

C'est par cette méthode que M. Regnault a dressé la table

des forces élastiques que nous avons donnée dans le chapitre précédent.

Les différents liquides volatils ayant a une même température des tensions très-inégales, il en résulte que leurs températures d'ébullition à l'air libre, températures pour lesquelles la tension des vapeurs qu'ils fournissent devra être égale à la pression atmosphérique, seront aussi différentes. Ainsi sous la pression de 0 m ,76

L'eau bout à

L'alcool

L'éther

L'essence de térébenthine

Le mercure

L'acide sulfurique

Marmite de Papin. — Si le liquide volatil est renfermé dans un vase complètement clos, alors l'ébullition sera indéfiniment retardée; c'est-à-dire que, à quelque température que Von porte le vase, l'ébullition ne pourra point avoir lieu. Et cela doit être, puisque la vapeur reste au-dessus du liquide et maintient l'espace saturé a

toutes les températures par lesquelles il passe. La marmite de Papin, . connue aussi sous le nom de digcs- ' leur , remplit précisément ces conditions; on s'en sert pour porter l'eau a des températures plus élevées que 100°, et lui faire attaquer ou dissoudre des substances sur lesquelles elle n'agirait point dans les circonstances habituelles de son ébullition.

Cet appareil se compose d'un cylindre a fortes parois (fig. 130), fermé par un couvercle qui est maintenu |par une vis de pression. Une soupape de 'sûreté est adaptée à ce couvercle, pour régler cette pression et empêcher les explosions. On peut , au commencement, chasser l'air par l'ouverture r.

Fig. 130.

Fig.l3l.

La marmite autoclave (fig. 131) est un vase qui présente à sa paroi supérieure une ouverture elliptique. Cette ouverture se ferme par un couvercle intérieur maintenu par une vis qui agit, non plus en pressant comme dans la

marmite de Papin, mais au contraire en soulevant le couvercle pour le faire appuyer de bas en haut sur les bords. Une soupape à poids garantit également contre les explosions. Cette soupape est d'autant plus nécessaire ,que la vapeur, par la pression qu'elle exerce sur le couvercle, se ferme à elle-même la sortie.

Il est une circonstance où l'ébullition en vase fermé est possible; c'est lorsque la portion de paroi qui 'forme la chambre de vapeur est refroidie en un de ses points de telle sorte que la température y soit moins élevée que celle du liquide. Prenons pour exemple un ballon en

verre à long col , rempli d'eau à moitié ; portons cette eau en pleine ébullition , de manière à chasser complètement l'air ; fermons alors le col avec un bouchon de bon liège, et plongeons-le, renversé, dans une terrine pleine d'eau pour empêcher la rentrée de l'air; î'ébullition s'arrête rapidement ; mais elle se reproduit dès l'instant où l'on condense la vapeur en mettant un corps froid en contact avec le fond du ballon. Ainsi, en faisant couler un filet d'eau fraîche sur le fond (fig. 132), on maintiendra I'ébullition. Si on interrompt l'écoulement, I'ébullition cesse au bout de quelque temps, parce que la paroi se réchauffe par le contact de la vapeur et surtout par sa condensa-

Fig. 132.

tion. Dès lors cette condensation ne peut plus se produire, et la pression se trouve rétablie.

Influence des substances dissoutes. — La présence

de matières étrangères en dissolution dans l'eau a pour

e , ffet d . ^ lever le P oint d'ébullition. Le retard apporté à l'ébullition par une substance donnée est d'autant plus grand, que la proportion de matière dissoute est plus considérable. Il varie d'ailleurs avec la nature de ces substances. Ainsi, en dissolvant 41 grammes de sel de cuisine dans 100 grammes d'eau pure, on amène le point d'ébullition à 108°. Avec 335 grammesde salpêtre dissous dans 100 grammes d'eau, on fait remonter la température d'ébullition à 116°. Enfin, avec du chlorure de calcium dans la proportion de 325 pour 100, l'ébullition n'a plus lieu qu'à 180°. La vapeur fournie par ces dissolutions est identique avec celle que donne l'eau pure elle-même.

Pour chacun de ces liquides, au moins lorsque l'eau est saturée, aussi bien que pour l'eau pure, le point d'ébullition est constant, parce que au fur et à mesure que l'eau s'évapore, la quantité de sel qu'elle tenait en dissolution retourne à l'état solide, de telle sorte que la dissolution reste au même point de saturation. Aussi les emploie-t-on pour faire des bains-marie ayant une température supérieure àl 00°, etconstante. Pour cela on plonge dans le liquide en ébullition le corps, ou le vase contenant le corps, que l'on veut maintenir à cette température fixe.

Remarquons aussi que puisque la dissolution saturée de sel marin bout à 108°, c'est seulement à cette température que la tension de la vapeur d'eau fournie par cette dissolution est égale à 760 mm ; et que la dissolution de chlorure de calcium ne fournit de la vapeur d'eau ayant cette tension de 760 mm qu'à 1 80° seulement. Il suit de là qu'à température égale, l'eau pure, la dissolution de sel marin et la dissolution de chlorure de calcium fournissent de la vapeur d'eau avec des tensions très-différentes. La tension de la vapeur sera d'autant plus faible, à cette température, que le liquide qui la donne bout à une température plus élevée.

Influence de la matière du vase. —La nature du vase

qui renfermele liquide n'est pas sans influence sur la température d'ébullition. On a remarqué que l'eau bout à plus haute température dans un vase en verre que dans un vase en métal; la différence va bien à 1° ou 1°,5, suivant la nature du verre. Aussi n'est- il pas indifférent , pour marquer le point 100° du thermomètre, d'employer un ballon en verre ou une étuve de laiton ; mais on a constaté que la vapeur fournie a sensiblement la même température dans les deux cas, et aussi la même tension. Rien ne prouve mieux l'influence de la matière solide en contact avec l'eau sur le point d'ébullition, que l'expérience suivante : on fait chauffer à côté l'un de l'autre deux petits ballons de verre plein d'eau, munis chacun d'un thermomètre, et quand ils arrivent tous les deux à 100°, on projette dans l'un des deux une pincée de limaille de fer ou de tournure de cuivre. Immédiatement l'ébullition s'établit dans ce ballon, tandis que l'eau du second reste calme et n'entre en ébullition qu'à environ 101°,25. On peut aussi, après avoir porté de l'eau à l'ébullition dans un ballon en verre, le retirer du feu, attendre que l'ébullition soit arrêtée, et jeter alors un peu de tournure de cuivre dans le ballon; l'ébullition recommencera aussitôt.

Distillation.— L'eau des puits, des rivières, des mers, est loin d'être pure ; elle contient en dissolution une assez forte proportion de matières étrangères non volatiles. Lorsqu'on abandonne k l'air libre une certaine quantité decette eau, elle s'évapore , et laisse comme résidu la totalité des matières dissoutes. En élevant la température, on activera l'évaporation. Si le vase où s'opère l'évaporation est fermé et mis en communication par sa partie supérieure avec un espace refroidi , alors , d'après le principe de Watt, l'eau ira se condenser dans cet espace froid à l'état de pureté complète. Cette opération qui est d'un usage continuel dans la science et dans l'industrie , est connue sous le nom de distillation. Elle s'applique non pas seulement h l'eau, mais à tous les liquides volatils , alcool , éther, essences, etc., mélangés k des substances fixes, ou beaucoup moins volatiles.

Lorsqu'on n'a à opérer que sur de petites quantités de liquides , voici comment on dispose son appareil. On établit sur un fourneau à feu nu, ou sur un bain-marie, sui-

Fig 133.

vant la température nécessaire, une petite cornue contenant la matière à distiller (fig. 133). Le col incliné de cette cornue s'engage dans le col d'un ballon à deux tubulures.

Fig. 13<*.

La seconde tubulure laisse sortir l'excédant de vapeur qui échappe à la condensation. Le ballon est plongé dans une terrine contenant de l'eau froide.

Lorsqu'on veut obtenir une condensation plus complète, on fait passer la vapeur, dans son trajet de l'appareil distillateur au récipient de condensation , dans un tube de verre incliné et enveloppé d'un cylindre ou manchon en laiton, au travers duquel on fait circuler un courant d'eau froide (fig. 134). L'eau entre par l'extrémité inférieure et ressort par l'extrémité supérieure du manchon.

Alambic. — Pour opérér en grand, on emploie Yalambic (fig. 135). Le vase distillatoire est une chaudière en métal

Fig. 135.

appelée cucurbite, d'une capacité souvent très-considérable. Elle est établie sur un fourneau en maçonnerie, et surmontée d'un couvercle voûté, appelée chapiteau, qui par un tuyau latéral, se rattache à un long tube replié en serpentin dans un vase plein d'eau froide, nommé réfrigérant. L'eau froide du réfrigérant est sans cesse renouvelée par un tube latéral qui débouche au fond. Elle repousse l'eau chaude, plus légère à la partie supérieure , où se trouve un petit tuyau de déversement ou trop-plein qui la porte au dehors. Si l'alambic était employé à distiller de l'eau, on ferait passer cette eau , déjà échauffée ,

dans la chaudière , ce qui évidemment économiserait le combustible. Le serpentin a son ouverture au bas du réfrigérant; un vase placé au-dessous reçoit l'eau résultant de la condensation de la vapeur.

chaleur latente. — Nous avons dit que pendant l'ébullition la température restait constante. Cette fixité de la température de Fébullition s'explique de la même manière que la fixité de la température de fusion, en admettant qu'un kilogramme d'eau a l'état de vapeur exige , pour être à une température donnée , plus de chaleur qu'il ne lui en faut à l'état liquide à cette même température. La différence des deux sommes de calorique s'appelle chaleur latente de vaporisation. On l'appelle latente parce qu'on admet que cette quantité de chaleur ne remplit dans le corps gazéiforme qu'un rôle purement mécanique, et n'agit point sur le thermomètre. On considère ainsi la somme totale de chaleur possédée par le kilogramme de vapeur comme composée de deux parties : l'une ( chaleur sensible) qui donne a la vapeur sa température, l'autre (chaleur latente) qui est insensible au thérmomètre et a pour effet de maintenir annulée la cohésion et d'établir entre les particules la force répulsive qui caractérise les gaz.

Quel que soit le sens qu'on attribue d'ailleurs à ce mot de chaleur latente, il n'en faut pas moins reconnaître que . la transformation en vapeur, à une certaine température, n'a lieu qu'à la condition que la source de chaleur fournira un excédant de calorique. Si la source fournit plus de chaleur qu'il n'en faut, toute la masse liquide se transformera progressivement en vapeur, et prendra de plus une certaine élévation de température. Si la source ne fournit pas la quantité de chaleur voulue, il y aura bien toujours évaporation progressive , mais en même temps la température du liquide et de la vapeur descendra à mesure qu'il y aura plus de vapeur produite.

Supposons qu'un poids de 100 grammes d'eau fournisse 60 grammes de vapeur ; il restera 40 grammes d'eau liquide. Or, en admettant que la masse totale du liquide

fût dans le principe à 20°, 60 grammes de vapeur exigenj plus de chaleur pour être à 20° que 60 grammes d'eau liquide. Donc la somme de chaleur possédée par les 100 grammes d'eau est insuffisante pour maintenir 40 grammes d'eau et 60 grammes de vapeur à 20°, mais elle sera suffisante pour les maintenir a une température plus basse. Aussi y aura-t-il refroidissement, et refroidissement progressif, parce que la vapeur ne se forme ellemême que progressivement.

Si le liquide volatil est en contact avec un corps, il faudra dans ce cas considérer la somme totale de chaleur possédée par le liquide et par le corps. Elle sera insuffisante pour leur conserver leur température primitive si une partie du liquide se vaporise; il y aura donc refroidissement simultané pour la vapeur, pour le liquide restant et pour le corps. C'est ce qui explique le froid produit par l'évaporation de l'éther, de l'alcool et même de l'eau mise sur le front. Et si les deux premiers liquides donnent une sensation de froid plus, grande que l'eau , cela tient à ce que la tension et la densité de leur vapeur sont plus grandes que celles de la vapeur d'eau , et surtout à ce que leur évaporation est beaucoup plus rapide.

Les alcarazas sont des vases en terre poreuse qu'on remplit d'eau et qu'on suspend autant que possible dans un courant d'air. L'eau suinte lentement au travers des pores et se vaporise à la surface extérieure, refroidissant ainsi et le vase et le liquide qu'il contient.

Congélation de l'eau dans le vide. — Le refroidissement produit par l'évaporation peut être assez grand pour congeler le liquide. Il faut pour cela que le changement d'état ait lieu rapidement, pour ne point laisser au liquide le temps de se réchauffer sous l'influence des corps qui l'entourent. Mettons sur la platine de la machine pneumatique un vase en verre large et peu profond contenant de l'acide sulfurique concentré à 66° du pèse-acide de Baumé; disposons au-dessus une petite capsule excessivement mince en laiton ou en verre , dans laquelle nous

verserons une mince couche d'eau (fig. 136); puis recouvrons le tout avec la cloche et mettons en mouvement les

pistons. La vapeur se formera dans ces conditions avec une très-grande rapidité, à cause de la raréfaction de l'air de l'absorption par l'acide de la vapeur déjà produite. Aussi verra- t-on assez promptement se former à la surface de l'eau des cris- Fig. i36. taux de glace.

L'expérience de la congélation de l'eau réussit aussi très-bien avec le cnjophore (fig. 137). C'est un tube contenant de l'eau dans sa partie A; il a été fermé en B;

pendant que l'eau était en pleine ébullition, de telle sorte qu'il ne reste point d'air. Lorsqu'on enveloppe d'un B mélange réfrigérant ou même simplement de glace la partie B , l'évaporation s'établit rapidement en A d'après le principe de Watt, et bientôt on voit apparaître dans cette par- Fig. i37. tie A des aiguilles de glace.

Prenons maintenant le phénomène en sens inverse et supposons que la vapeur vienne se condenser sur un corps froid ; elle devra nécessairement élever sa température. En effet, la somme de chaleur possédée par la vapeur et par le corps est plus grande que celle que devraient renfermer le corps et l'eau liquide à la température qu'avait le corps dans le principe; donc ils prendront tous les deux une température plus élevée, jusqu'à ce que cette température soit la même que celle que possède la vapeur à son arrivée ; alors elle ne se condensera plus, et réchauffement se trouvera limité.

La quantité de chaleur qu'abandonne un kilogramme de vapeur à 100° en devenant eau à 100° serait susceptible de porter de0° à 100° environ 5 kilogrammes et demi d'eau. Aussi emploie-t-on fréquemment ce mode de chauffage. Ainsi, pour chauffer le sirop de sucre, on fait arriver

la vapeur dans un serpentin qui circule au milieu du liquide. Pour chauffer les bains de teinture, on fait arriver la vapeur dans le sein même du liquide. On comprend le motif qui détermine ces différences dans le mode Remploi de la vapeur. Dans le premier cas on veut concentrer le sirop, c'est-à-dire chasser en partie l'eau qui tient le sucre en dissolution. Ce serait donc agir précisément contre le but de l'opération que de faire arriver de l'eau dans la liqueur. Dans le second cas le même inconvénient * n'existe plus, et la vapeur est introduite dans le bain même.

Absorption. Tubes de sûreté. — Nous avons dit que

Fig. J 38.

lorsqu'un espace fermé, contenant de la vapeur à saturation, se trouvait refroidi en un de ces points, la vapeur prenait tout k coup une tension plus faible , la tension maximum correspondante à la température du point froid.

Supposons donc un ballon contenant un liquide volatil porté à une température un peu élevée et envoyant, par un tube abducteur, cette vapeur au milieu d'une masse liquide où elle se condense (fig. 138). Tant que la température sera assez élevée pour que la tension de la vapeur soit supérieure k la pression atmosphérique , le niveau du liquide dans le tube sera refoulé au-dessous du niveau

dans le vase de condensation; mais si une .cause quelconque, comme un courant d'air froid qui frapperait la surface du ballon, vient à abaisser la température de ce ballon, il en résultera une diminution de tension et par suite l'élévation du liquide dans le tube.

Pour fixer les idées, supposons de l'eau dans le ballon et dans le vase de condensation. La température de l'ébullition est 100°; la tension de la vapeur est par consé- • quent de 760 ,um . Admettons que la température du ballon et de l'eau qu'il contient baisse seulement de deux degrés. A 98°, la tension de la vapeur d'eau n'est plus que 707 mM environ. C'est donc une diminution de tension équivalente à 53 millimètres de mercure, ou à 53 œiu X 13,5 millimètres d'eau=715 mm . Ainsi l'eau pourra monter dans le tube à plus de 7 décimètres de hauteur. Le tube vertical est loin en général d'avoir cette dimension. Alors pour un simple abaissement de température de 2°, l'eau sera projetée dans le ballon.

Le même effet peut se produiri avec un appareil à dégager les gaz ; seulement, comme la force élastique varie moins rapidement que la tension de la vapeur d'eau, il faudra pour produire le même effet un abaissement de température plus considérable. L'accident sera moins a craindre, à moins qu'il n'y ait un ralentissement dans le dégagement du gaz.

Ce phénomène, connu sous le nom d'absorption, peut avoir de graves inconvénients ; car il amène en contact avec les substances contenues dans le ballon un élément nouveau qui peut modifier singulièrement les réactions chimiques. De plus, le liquide arrive froid sur les parois chaudes du vase, et il les fera presque inévitablement casser. On a donc en chimie un grand intérêt à prévenir les absorptions. Voici les moyens, très-simples d'ailleurs, que l'on emploie.

Si les matières contenues dans le ballon producteur sont liquides, on adapte au bouchon qui porte le tube abducteur un second tube droit qui plonge dans le liquide (fig. 139). S'il y a diminution de tension dans le

ballon , en même temps que la pression atmosphérique fait monter le niveau du liquide de la cuve dans le tube

abducteur, elle refoule le liquide du ballon dans le tube droit que porte le bouchon ; et l'air arrivera évidemment au bas de ce tube bien avant que l'eau soit montée au haut de la branche verticale du tube abducteur; dès lors l'air rentrera dans le ballon et y rétablira la pression. Ce petit tube, qu'on appelle tube de sûreté, se retrouve encore dans l'appareil de Woulf (fig. 140) dont on fait usage pour préparer les dissolutions de gaz. Il s'adapte à la tubulure du milieu

Fig. 139.

Fig. iko.

des flacons où s'opère la dissolution, et prévient une diminution de force élastique qui ferait remonter dans ce flacon la liqueur du flacon suivant.

On emploie aussi comme tubes de sûreté les tubes de Welter ou tubes en S , représentés dans les figures 141 et 142. Ce sont de véritables manomètres à air libre. La courbure inférieure de ces tubes est occupée par un liquide quelconque, eau ou acide. Tant que la pression intérieure est supérieure à la pression atmosphérique, le liquide se maintient élevé dans la branche

droite à une certaine hauteur; le diamètre assez considérable de la boule soufflée au milieu de la branche moyenne restreint dans les limites étroites les variations du niveau

Fig. Fig. 142.

dans cette branche, et empêche le gaz de repousser le liquide jusqu'au bas de la courbure et de s'échapper au dehors. Si une diminution de pression a lieu à l'intérieur de l'appareil , le niveau redescend dans la grande branche, et quand il arrive au bas de la courbure, il livre passage à l'air qui rentre dans l'appareil et y rétablit la pression.

Appareil Derosne. — Nous ne pouvons mieux terminer ce chapitre qu'en donnant le dessin et la description sommaire d'un appareil d'une haute importance industrielle , et où nous trouverons mis en pratique les différents principes que nous avons exposés dans ces deux dernières leçons ; nous voulons parler de l'appareil à concentrer les sirops, de MM. Derosne et Caïl (6g. U3).

Il se compose d'une grande chaudière A, à double fond, contenant le sirop. Un tube amène la vapeur, fournie par un générateur, dans un serpentin horizontal, dont les replis offrent au milieu du liquide un développement considérable. La vapeur d'eau qui s'échappe du sirop est conduite par un gros tuyau B au condenseur G. Ce condenseur se compose de tubes horizontaux superposés et rajustés à leurs extrémités , de manière à former un serpentin. L'extrémité inférieure communique par le

tube K avec une pompe aspirante , qui enlève l'air et la vapeur condensée, et fonctionne par conséquent comme machine pneu-

ta

matique. Nous trouvons donc déjà là l'application du chauffage à la vapeur, du principe de Watt, des règles relatives à l'éva-

poration, de l'influence de la diminution de pression sur l'activité de l'évoporation et l'abaissement de la température d'ébullition. De plus, pour ménager le combustible et amener le sirop déjà chaud dans la chaudière, on le fait couler sur la surface du serpentin. Il est amené par des tuyaux dans un bassin D placé au-dessus de ce serpentin et coule tout le long des tubes; il prend part à réchauffement résultant delà condensation des vapeurs à l'intérieur, et arrive dans le bassin inférieur E , déjà échauffé et en partie concentré. Il passe de là dans le réservoir F. Maintenant , quand la cuite est terminée , on ouvre le robinet à deux voies AI , de manière à laisser écouler le sirop prêt à cristalliser dans les bassins G , où s'opérera la cristallisation. Puis, la chaudière étant vide, on tourne le robinet dans l'autre sens, de manière à établir la communication avec le réservoir F, et on suspend un instant le chauffage de la chaudière. Alors, la diminution de tension de la vapeur détermine l'absorption du liquide dans la chaudière. Comme nous le voyons, il n'est, pour ainsi dire , pas un seul des principes exposés précédemment, qui ne trouve dans ce remarquable appareil son application.

Mesure des quantités de chaleur* — Jusqu'à présent nous n'avons donné aucune idée des moyens de mesurer les quantités de chaleur nécessaire pour produire tel ou tel effet physique dans les corps, élévation de température avec dilatation, ou bien changement d'état sans élévation de température.

Les principes qui ont guidé les physiciens dans la mesure des quantités de chaleur sont les suivants.

Nous pourrons admettre d'abord comme évident que la quantité de chaleur nécessaire pour donner à une masse de deux kilogrammes de cuivre, une certaine élévation de température, est double de celle qu'il faudrait fournir à un kilog. seulement du même corps pour subir la même élévation de température; en un mot, que les quantités de chaleur qu'il faut fournira des masses différentes d'un même corps , pour leur faire subir la même variation de température, sont proportionnelles à ces masses.

Maintenant nous ne pouvons pas admettre de même a priori que les quantités de chaleur qu'il faut fournir à une même masse d'un certain corps, pour lui faire subir des variations de température plus ou moins grandes, sont proportionnelles à ces variations de température. Car s'il faut pour élever un corps

de 0° à 10° une certaine somme de chaleur, rien ne nous peut assurer a priori qu'il faudra la niême quantité de chaleur pour le porter de 10° à 20°. Il est même probable qu'il faudra une quantité de chaleur différente; car le corps n'est plus à 10° ce qu'il était à zéro ; il a changé, tout au moins dans ses dimensions, dans sa densité. . C'est donc à l'expérience à décider la question.

Or, si nous prenons un kilogramme d'eau à 0° et un kilogramme d'eau à 50°, et si nous les mélangeons ensemble, nous obtenons une masse de deux kilogrammes d'eau à 25°; l'un des deux kilogrammes d'eau a monté de 0° à 25°; l'autre a descendu de 50° à 25°; et évidemment ce que l'un a gagné en chaleur, l'autre l'a perdu. Ceci prouve donc qu'un kilogramme d'eau qui monte de 0° à 25°, exige précisément la quantité de chaleur que perd un kilogramme d'eau qui descend de 50° à 25°, et qui est la même que celle qu'il devrait prendre pour monter de 25° à 50°. Dès lors la loi de proportionnalité est établie, au moins dans ces limites de température. Cette restriction est nécessaire : car si l'on prenait un kilogramme de mercure à 0° et un kilogramme de mercure à 300°, on n'obtiendrait pas une masse à 150°; la température du mélange serait un peu supérieure à 150°, environ 153°. Cela montre que la même quantité de chaleur qui fait monter un kilogramme de mercure de 0° à 153°, ne le fait plus monter ensuite que de 153° à 300°, et non de 153° à 306°. Il faudrait donc , pour faire monter ce/ kilogramme de mercure, de 0° à 306°, plus du double de la quantité de chaleur nécessaire pour le porter de 0° à 153°. La loi de proportionnalité ne se soutient donc que dans des limites de températures plus ou moins restreintes.

Chaleurs spécifiques. — Unité de chaleur* — Maintenant une autre question se présente , et nous avons déjà , à l'avance , indiqué sa solution; faut-il, pour élever de 0° à 10°, par exemple, un kilogramme de chaque espèce de corps , la même quantité de chaleur ? J'ai déjà dit que l'expérience donnait une réponse négative. Voici comme on peut faire cette expérience si importante. Prenons un kilogramme de mercure a 100° et un kilogramme d'eau à 0°, et mélangeons-les ensemble , nous trouverons pour température du mélange, non pas 50°, mais seulement 3° environ. Ainsi, pour faire monter l'eau de 0° à 3°, il faut la quantité de chaleur qu'abandonne un poids égal de mercure qui descend de 100° à 3°; ou , ce qui revient au même, qu'exigerait ce poids de mercure pour monter de 3° à

100°. La môme quantité de chaleur qui fait monter la température d'un kilogramme de mercure de 97°, ne fait monter celle , d'un kilogramme d'eau que de 3°; si donc on voulait faire monter l'eau et le mercure pris sous le même poids du même nombre de degrés, il faudrait fournir à l'eau ou 32 fois environ, autant de chaleur qu'au mercure.

Ainsi, la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré la température de l'unité de poids d'un corps, varie avec la nature de ce corps. On l'appelle.sa chaleur spécifique. Ces quantités de chaleur se mesurent par comparaison comme toutes les quantités possibles, et l'unité adoptée est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 0° à 1° la température d'un kilogramme d'eau. C'est là ce que l'on appelle unité de chaleur ou calorie.

Représentons par A la chaleur spécifique d'un corps quelconque, du cuivre, par exemple, c'est-à-dire la quantité d'unités de chaleur nécessaire pour élever de 0° à 1°, ou plus généralement d'un degré (puisque nous admettons la loi de proportionnalité), la température d'un kilogramme de cuivre. Pour élever d'un degré la température de N kilogrammes , il faudra NA unités de chaleur, et pour la faire monter de t° à T°, c'està-dire pour élever la température de T — t degrés, il faudra N. A. (T — t) unités de chaleur. Cette expression représenterait aussi évidemment la quantité de chaleur abandonnée par N kilogrammes de cuivre , qui descendraient de T° à t°.

S'il s'agissait de l'eau au lieu du cuivre , A , serait l'unité de chaleur, et alors l'expression se réduirait à N. (T— t).

Supposons d'après cela une masse d'eau de M kilogrammes à la température t, et une masse d'un corps quelconque N à la température T, soit 6 la température du mélange, A la chaleur spécifique du corps en question : la variation de température sera : pour l'eau , 0 — t degrés ; pour le corps , T — 0 degrés ; la quantité de chaleur gagnée par l'eau est M (0 — t); celle qu'a perdue le corps estN.A (T — 6). Ces deux quantités de chaleur sont égales. — D'où

MX (0—0= N X A X (T — 0).

C'est là ce qu'on appelle l'équation des mélanges.

Elle permet 1°, connaissant par des déterminations expérimentales faites avec la balance et le thermomètre, M, N,T, t y 8, de calculer A la chaleur spécifique; 2° connaissant A, N, M, *,

6, de déterminer T ; elle devient ainsi une méthode thermométrique.

Nous nous bornerons à donner ici les chaleurs spécifiques de quelques corps solides et liquides, déterminées, d'après cette méthode, par M. Regnault.

Verre , 0,197

Fer 0,113

S re ::::::::::::::::::::::::| <m~

Argent 0,057

Plomb 0,031

Étain . 0,056

Laiton 0,094

Soufre 0,202

Mercure 0,033

Fonte 0,130

Charbon.- 0,241

Essence de térébenthine 0,426

Alcool (M. Despretz) 0,622

Cette méthode peut évidemment aussi s'appliquer à la mesure des chaleurs latentes, soit de fusion , soit de vaporisation. Nous en donnerons quelques exemples commentés à la fin du volume.