CHAPITRE XXIX

Du Baromètre et de la Machine' Pneumatique,

S I. 1> ous devons maintenant nous instruire plus particulièrement des propriétés mécaniques de Fair. Pour cela, nous allons d’abord examiner avec attention deux instrumens qui sont d'une grande importance pour la Physique, et dont la destination propre est de faire reconnaître les propriétés mécaniques de l’air, c’est-à-dire, sa pesanteur et sa dilatabilité. Ces instrumens se nomment le Baromètre et la Machine Pneumatique,

Du Baromètre .

§ 2. On remplit de mercure un tube de verre AB , (fig. 4- ) , long de trente pouces ou davantage, large au moins d'une ligne et fermé hermétiquement à l’une de ses extrémités A : on bouche ensuite avec le doigt l'orifice B du tube, on le renverse et on le plonge par cette extrémité dans un vase CD qui contient du mercure, en prenant bien soin qu’il n’y entre point d'air : alors , si l’on retire le doigt qui fermait l'orifice, le mercure descend dans le tube, mais non pas jusqu’au niveau CD du vase ; il reste élevé à une hauteur EF de 28 pouces environ. Si la surface du mercure CD n’était exposée à aucune pression, il devrait descendre jusqu’en E,d après leslois de l’Hydrostatique (pag. 121,122 , §§ 2, 3,) j la colonne de mercure EF ne peut donc être soutenue que par la pression de l'air extérieur sur la surface libre CD du mercure. Cette expérience que Torricelli fit le premier à Florence, en 1644, ne sert pas seulement à prouver que l'aie exerce une pression, mais elle en donne encore la mesure exacte; car on voit que cette pression est justement équivalente à celle qu exerce une colonne de mercure de la hauteur EF. Lorsque l’opération est laite avec le soin nécessaire, il y a dans le tube, au-dessus du point F, un espace entièrement vide d’air : c'est ce qu’on nomme le vide de Torricelli .

lyO CINQUIÈME SECTION»

L’appareil entier se nomme le Tube de Torricelli , et quand il est pourvu d’une échelle pour mesurer la hauteur PéF, il prend le nom de baromètre,

J 3. On peut voir dans les dictionnaires de Gelder et de Fischer , a l’article Barometer, les différentes formes qu’on a données au tube, les diverses manières de le purger d’air , et les perfectionnemens qu’on a imaginés pour rendre sensibles les plus légères variations de la hauteur EF. Après tous ces essais, on est revenu aux plus simples dispositions qui sont représentées (fig. 48; 49 ct 5o) '• la fig, 48 montre le baromètre à cuvette : GBH est un vase de bois ou de verre qui est joint au tube en GH : il peut y avoir , en cet endroit , une petite ouverture pour faciliter le passage de l’air dans l’intérieur du vase, quoiqu’il pénètre fort aisément, même au travers d’un bois très compacte. La fig. 49 représente le baromètre nommé, a cause de la forme du tube, le baromètre à fiole ; celui de la fig 5o. consiste en un seul tube ABG, d’une largeur aussi égale que possible, et il se nomme le baromètre à siphon : c’est celui de ces instrumens qui est le plus en usage pour les expériences exactes (i). On conçoit facilement que l’échelle divisée en pouces , qui est jointe à chacun de ces baromètres , pour mesurer la colonne EF , doit être faite avec une très-grande exactitude. Sur le continent d’Europe, on ne se sert, jusqu’à présent, que des anciennes mesures françaises pour ces divisions : les Anglais seuls emploient les leurs (2). Au reste, ce qui est exigé dans chaque Bon baromètre, c’est qu’il ne pénètre point d’air dans l’espace AF, et de plus que le diamètre intérieur du tube, soit large d’une ligne, ou davantage; car dans les tubes plus étroits , le mercure

(1) Son principal avantage est d’être indépendant des effets de la capillarité. Si le tube est sensiblement d’un diamètre égal dans ses deux branches , la convexité de la surface du mercure produit dans Tune et dans l’autre une action égale, ce qui ne trouble point l’équilibre 5 et le poids de l’atmosphère est exactement représenté par la différence de longueur des deux colonnes,

(y) La plupart des baromètres français portent maintenant deux échelles, l’une en mètres et millimètres, l’autre en pouces et lignes. On y adapte des vernier3 qui donnent les dixièmes de millimètre, avec une très- grande précision. A cet égard , rien de plus simple , de plus exact et de plus commode que les baromètres portatifs de Fortin, à Paris.

DES CORPS ALRIFORMES. ï ^ I

reste trop bas, même quand ils sont vides d’air, à cause de la capillarité (i).

(J 4. Bientôt après l’invention du baromètre, on remarqua que la pression de l’air est variable , et que le mercure monte ou descend de deux pouces environ au-dessus ou au-dessous de sa hauteur moyenne en F : on observa aussi un certain rapport entre l’état du baromètre et l’état du ciel, parce qu’en effet lorsque le mercure est élevé dans le baromètre, le temps est ordinairement serein, et qu’il devient variable quand le baromètre baisse. Cette règle n’est pourtant par certaine; mais elle s’observe plus fréquemment qu’elle ne manque. L’explication plus détaillée de ceci, doit se rapporter à la Géographie physique (2).

(1) Dans le texte, on s’est contenté de supposer que l’on versait du mercure dans le tube, et qu’on le renversait ensuite, en posant le doigt sur l’extrémité ouverte ; mais de cette manière , on n’aurait qu’un baromètre très-imparfait : d’abord le mercure absorbe l’air qui se combine avec sa propre substance : d’une autre part, l’attraction du mercure pour l’air et d’ailleurs la pression de l’atmosphère , sont les deux causes qui retiennent cet air engagé ; mais une fois le mercure versé dans le vide barométrique , la pression de l’atmosphère étant supprimée , l’air fait effort pour se dégager et il s’échappe en effet en bulles qui traversent le mercure et viennent créver à sa surface : cet air se répendant dans l’espace vide , contrebalance en partie par son élasticité, la pression exercée par l’air du dehors, et oblige ainsi la colonne à descendre plus bas qu’elle ne descendrait , si le vide intérieur était parfait : ensorte que la hauteur de la colonne n’exprime plus la véritable pression de l’atmosphère. 11 faut donc commencer par chasser tout l’air engagé entre les molécules du mercure : c’est à quoi on parvient en chauffant le mercure jusqu’à le faire bouillir; la chaleur augmentant l’élasticité de l’air, le force à se séparer du mercure ; on ferme alors avec soin le vase sur lequel on a fait l’opération, et on le laisse refroidir. Il y a aussi une précaution à prendre pour dépouiller le tube de la petite couche d’eau et d’air qui adhèrent fortement à sa paroi intérieure : elle consiste à le chauffer fortement avant d’y verser le mercure purgé d’air par le procédé ci-dessus.

(2) Je connais , en Suisse , un propriétaire fort instruit qui tient ainsi , depuis plusieurs années, un tableau très-exact d’observations barométriques , faites trois fois par jour , avec un fort bon baromètre. Il a eu soin de noter l’état de l’atmosphère , près de chaque observation : or, à l’inspection de ce tableau , on voit que, dans le très-grand nombre des cas, lorsque le baromètre a baissé , il est tombé de la pluie ; et au contraire, lorsqu’il s’est élevé, le temps est derenu

l'J'i CINQUIÈME SECTION.

Les baromètres ordinaires du commerce, auxquels on joint seulement une indication de l’état du ciel, sans échelle divisée en pouces , sont des instrument qui ne peuvent servir au physicien ; mais ils sont bons pour l’usage auquel on les applique vulgairement , qui est d’indiquer seulement les variations de la pression atmosphérique. En effet, si l’on prend pour point de départ la hauteur moyenne du baromètre dans le lieu ou l’on est, lorsqu’il se trouve au-dessus de celte hauteur , le temps est ordinairement serein et constant, et au-dessous il est presque toujours variable.

Mais les variations de Eétat du baromètre, ne sont pas égales par toute la terre : sous l’équateur et sur les très-hautes montagnes, il ne varie que très-peu; scs changemens deviennent plus considérables à mesure qu’on s’approche des pôles , et particulièrement dans les contrées basses. C’est a la Géographie physique qu’il appartient encore de donner des c'claircissemens sur ce phénomène.

§ 5. On remarqua aussi , peu de temps après l’invention du baromètre, que le mercure s’y abaisse lorsqu’on le porte sur un lieu plus élevé : en effet, il descend d’une ligne environ pour 78 pieds. D’après cette observation, on peut comparer la pesanteur de l’air avec celle du mercure ou de l’eau; car une ligne de mercure exerce la meme pression que yS pieds d’air; et comme 78 piedszzrii 282 lignes, on voit combien de fois le mercure est plus lourd que l’air. Si l’on divise ce nombre par i/j , parce qu’un volume de mercure est fois aussi pesant qu’un égal volume d’eau ( pag . 1 1 1 ) , le quotient 802 indique combien de fois l’eau est plus pesante que l’air (1).

Cette observation a donné aussi naissance à l’idée ingénieuse de mesurer les hauteurs avec le baromètre. Les principes d’après lesquels se fait cette opération, seront exposés dans la suite.

§ G. On peut déterminer exactement, parle baromètre, la pres-

serein. On aperçoit par intervalles des exceptions à cette régie ; mais elles sont beaucoup moins nombreuses que les cas dans lesquels elle se^ vérifie. Cette connaissance peut etre fort utile à l’agriculture , et la personne dont je parle en tirait elle-même un très-grand parti.

(1) Nous avons trouvé, M. Arago et moi , par une expérience fait avec soin, qu’a la température de la glace fondante, et sous la pression de om,^6, le poids de l’air est à celui de l’eau, connue 1 à 770.

DES CORPS AERIFORMES. I y3

sion qu’exerce l'air sur une surface d’une grandeur donnée. Lç calcul suivant se rapporte à une évaluation qui peut faire connaître en même temps, la méthode qu’il faudrait suivre dans un calcul plus exact. Quand le baromètre est élevé de 28 pouces , l’air presse sur la surface d’un pouce carré , autant que presserait le poids d’une colonne de mercure qui aurait un pouce carré de base , et 28 pouces de hauteur : cette colonne comprend donc 28 pouces cubiques. Maintenant comme un pouce cubique d’eau , mesure de Paris, pèse 373,4 grains à 4° ( Pag* I27 note), un pouce cubique de mercure pèsera 373,4 X 4 = 5228 grains, ou environ 9 onces ; par conséquent, 28 pouces cubiques pèseront \5,g livres. Telle est donc la pression de l’air sur un pouce carré de Paris , et par conséquent la pression sur un pied carré, est équivalente à 2287 livres, ou près de 23 quintaux (*).

§ 7. Si l’on voulait faire un baromètre avec de l’eau, au lieu de mercure, il faudrait qu’il fut 14 fois plus long. Si l’on multiplie la hauteur moyenne du baromètre , c’est-à-dire, 28 pouces ou 2^ pieds par 14 , on a 32# pieds : l’instrument devrait donc être de 3o et quelques pieds. Par plus d’une raison , un baromètre à eau serait un instrument très-incommode; mais il est important de savoir à quelle hauteur une colonne d’eau peut être portée par la pression de l’air. Par exemple, c’est d’après cette connaissance qu’011 conçoit pour-

(*) La pression de l’air sur la surface du corps d’un homme de moyenne grandeur, surpasse trente trois milliers de livres, ou environ seize mille kilogrammes : l’interieur de notre corps est rempli d’air aussi élastique que celui du dehors et qui contre-balance son poids. Si l’on nous déchargeait tout-a-fait et subitement de cette pression, en nous plaçant dans le vide, l’air intérieur se dilaterait, nous gonflerait et nous ferait infailliblement périr. Il existe dans dans la mer, des poissons qui vivent habituellement à des profondeurs de 2 ou 3 mille pieds au-dessous de la surface et qui supportent ainsi le poids de près de 80 atmosphères, sans en être écrasés ; c’est qu’ils sont intérieurement remplis et pénétrés de liquides qui résistent à cette enorme pression; d’ailleurs la plupart d’entr’eux ont une vessie remplie d’un gaz produit et sécrété par un résultat de leur organisation : ils périssent à de petites profondeurs. Quanta la facilité des mouvemens sous cette pression , elle tient à ce que le corps du poisson est également pressé par dessus et par dessous , à droite et à gauche ; de sorte que la pression se contre-balançant d’elle-méme , h lui est ausssi aisé de se déplacer que s'il nageait à la surface.

quoi les tubes aspirans de toutes les espèce de pompes à eau, ne doivent pas excéder la longueur d’une trentaine de pieds.

$ 8. Pour les observations barométriques très-exactes, il faut faire une petit correction à cause de la chaleur; car, puisque la chaleur dilate le mercure, on conçoit que la pression restant la même, si le mercure s’échauffe, la colonne barométrique s’allongera davantage, et son sommet montera plus haut dans le tube qui la soutient. On n’aurait besoin d’aucune correction , s’il était possible de conserver toujours le mercure à une même température, par exemple à o°; mais comme cela ne se peut, il faut ramener par le calcul, l^s diverses hauteurs de la colonne de mercure à une température déterminée. On choisit ordinairement, pour cela , la température o°. IV après les observations de Velue , une colonne de mercure , haute de 27 pouces, se dilate justement d’un demi-pouce, lorsque le baromètre est échauffé de o jusqu’à 8o° de Velue ; ou si l’on divise chaque pouce en 160 parties, la colonne de 27 pouces en contient 4820 ; et elle se dilate depuis le point de congélation jusqu’à celui d’ébullition, de 80 de ces parties; c’est-à-dire, qu’à chaque degré du thermomètre de Velue , elle se dilate de -^20 de sa longueur. Ainsi, pour réduire une hauteur de baromètre à la température o°, on doit, pour chaque degré au-dessus de o, soustraire -p^cjde hauteur de la colon-

ne, et en ajouter autant pour chaque degré au-dessous de o°. Cette règle 11’est pas tout-à-fait exacte, mais elle suffit dans presque tous les cas. Pour avoir la température du mercure aussi précisément qu’il est possible, on attache un thermomètre de correction sur la même planchette oîi est le baromètre (1).

(j) Réellement, lorsque la température du mercure est à t degrés du thermomètre de Deluc au-dessus de o, on devrait, pour la réduire à ce dernier terme,

m soustraire non pas — — , mais de sa longueur pour chaque degré ;

et lorsque la température est à t degrés et au-dessous de o, on devrait ajouter

7-7 pour chaque degré. Car, soit l la longueur de la colonne à zéro , V sa

longueur , a t degrés, on aura

DES CORPS AERIFORMES.

La Machine Pneumatique.

§ g. Dans l’année i65o, Gueriche de Magdebourg inventa un des instrumens de physique les plus importuns, la Machine Pneumatique au moyen de laquelle on peut enlever tout l’air qui se trouve dans une vase, ou, du moins, on peut le raréfier à un très-haut degré. Les bornes de cet ouvrage ne nous permettent par de décrire sa construction primitive, ni les divers changemens qu’on y a faits dans la suite : on peut voir ces détails dans Gehler et Fischer , article Luft pumpe. Nous allons seulement indiquer ici les parties essentielles du plus simple appareil de ce genre. ABDC, {fig. 5i), est un cylindre de métal qui doit être calibré avec une exactitude extrême: le piston EF peut être élevé et abaissé dans l'intérieur de ce cylindre, au moyen de la poignée G, sans que l’air puisse y pénétrer : ce pistou est percé dans le milieu en HI ; un morceau de taffetas gommé est tendu en H, au-dessus de l’ouverture, et attaché à ses deux bouts, de sorte que l'air qui vient de dessous par l’ouverture Ht, puisse le lever et s’échapper , et que l’air qui vient d'en haut le presse contre l’ouverture, et se bouche ainsi lui-même le passage. Cet appareil, adapté au piston, se nomme une soupape. Dans le fond du cylindre, il se trouve une seconde soupape de cette espèce, qui laisse passer

d’où Ton tire

La vraie valeur de la dilatation du mercure, trouvée par MM. Lavoisier et

Laplace , est— — pour chaque degré du thermomètre centigrade. Cette évalua-

tion ne s’éloigne pas beaucoup de celle de Deluc ; car si la dilatation est de

pour chaque degré du thermomètre centésimal , elle sera plus grande pour un degré de Deluc , dans la proportion que ces degrés ont entr’eux , c’est-à-dire,

comme 10 à 8 ; elle deviendra donc

ou

, fraction qui, étant

divisée haut et bas par 10, se réduit à