JO

CIUQUIEME SECTION.

l’air de dessous dans le cylindre, mais qui ne lui permet pas de revenir; l’ouverture de cette soupape correspond avec le tube KLM N ; et à l’extrémité N de ce tube, on assujétit un plateau de glace dépolie OP : mais l’ouverture du tube s’élève un peu au-dessus du plateau en N, et l’on y place extérieurement une vis pour pouvoir la boucher, s’il est nécessaire. Dans Ja plupart des expériences, on pose sur le plateau un récipient de verre Q, dont les bords sont usés à l’émeri, pour qu’ils puissent s’appliquer exactement contre le plateau de glace : alors il suffit de presser un peu le récipient , en le posant sur le plateau, pour qu’il y adhère.

Enfin, on fait encore à quelque endroit du tube, par exemple en L, une ouverture qu’on ferme avec un bouchon usé à l’émeri, ou mieux encore avec une vis bien exacte, afin de pouvoir établir à volonté une communication entre le tube et l’air extérieur.

Au heu des deux soupapes, il y a dans quelques machines pneumatiques, un simple robinet placé dans le tube KL, immédiatement au-dessous du cylindre : on le perce de manière qu’on peut faire, si l’on veut, communiquer ensemble le cylindre et le tube, ou le cylindre et l’air extérieur , ou enfin l’air extérieur et le tube. Cette disposition a quelques inconvéniens , mais elle a aussi de certains avantages.

§ io. Supposons le récipient placé , l’ouverture en L fermée , et le piston abaissé jusqu’au fond du cylindre : si l’on élève ce dernier, il se fait un espace vide au-dessous de lui; l’air qui se trouve dans la cloche et dans le tube , n’éprouvant ainsi aucune contre-pression au-dessus de la soupape K, ouvre cette soupape, et se répand en partie dans le cylindre : de cette manière, la masse d’air renfermée se trouve déjà raréfiée. Si l’on enfonce de nouveau le piston, l’air qui est entré dans le cylindre , ne peut pas retourner dans le tube, mais il s’échappe par la soupape du piston. Si l’on continue d’élever et d’abaisser successivement le piston, il passe, à chaque fois qu’on l’élève, quelque peu d’air du récipient dans le cylindre, et à chaque fois qu’on l’abaisse, l’air passé dans le cylindre est chassé au-dehors. L’air est donc de plus en [»lus raréfié. Cependant, il est impossible de faire le vide parfait ; car, après un certain temps, on arrive à un point oii l’on ne peut plus produire aucun effet : c’est lorsque l’air est si raréfié, que sa force n’est pas suffisante pour élever la soupape

DES CORPS A&UFORMES. I nn

| K. Quand on veut faire rentrer l'air extérieur dans le récipient, on i -ôte le bouchon placé en L (i).

§ ii. Une partie de la machine pneumatique, qui est très-nécessaire pour les expériences exactes , c’est un petit baromètre à siphon , «ou éprouvette, qui consiste en un tube recourbé ABC, ( fig . 52), dont l’une des branches AB est fermée , et l’autre BC est ouverte. L’espace ABF est rempli de mercure; et comme tout l’instrument est seulement haut d’environ cinq à six pouces, la pression de l’air dans la branche ouverte, fait monter le mercure dans l’autre, jusqu’au sommet À. Ce tube est attaché à un petit support, de manière qu’on peut le poser sur le plateau de la machine, et placer le récipient par dessus : entre les deux branches du tube, se trouve une échelle DE qui est divisée en pouces et en lignes. Lorsque Ton met cet appareil sous le récipient, tandis qu’on fait le vide, on s’aperçoit bientôt que l’air ne presse plus assez le mercure pour le faire monter jusqu’en A? il descend donc de ce côté, et s’élève au-dessus de F; de sorte qu’au moyen de l’échelle, on peut voir à chaque instant quelle est la haui teur de la colonne de mercure à laquelle l’air raréfié fait encore équilibre.

Cet instrument indique proprement la pression que l’air raréfié exerce par sa dilatabilité; mais nous verrons dans le chapitre suivant qu’elle est proportionnelle a la raréfaction elle-même. Si l’on compare la colonne de mercure à laquelle équivaut l’air raréfié , avec la hauteur du baromètre , on trouve le rapport de la raréfaction. Supposons que le baromètre soi ta la hauteur de 28 pouces, et que l’éprouvette j placée sous le récipient, marque 6 lignes ou | pouce; on en conclut que l’air est raréfié dans le rapport de ^ à 28, ou de sa 5ô. Les

(1) On voit, d’apres cela, que tous les changemens qui tendront à rendre la soupape plus sensible , on même à la remplacer tout-à-fait , comme on peut le faire, par exemple, par des plateaux polis, glissant Tun sur l’autre, doivent être autant d’améliorations à la machine , et lui donner une plus grande force [ d’exhaustion. Rien de plus parfait , à cet égard , que les machines pneumatiques que construit Fortin , à Paris : elles font le vide avec une telle exactitude, que ! la tension indiquée par l’éprouvette , n’est jamais que celle inévitablement produite par la vapeur d’eau qui se dégage toujours des parois des vases où elle était attachée.

.i'jS cinquième section.

machines pneumatiques où l’air peut être raréfie jusqu’à ce que l’éprouvette n’indique plus qu’une élévation de i ligne ~ à 2 lignes , son considérées comme de très-bons instrumens (1). Ordinairement on est satisfait quand l’air intérieur, dans sa plus grande raréfaction, n’exerce plus qu’une pression équivalente à 4ù 5 lignes de mercure.

§ 12. Au lieu de poser cette éprouvette sous le récipient, il vaut encore mieux l’adaptera la machine elle-même. Pour cela, la branche ouverte du tube doit s’élever plus que l’autre, et être pourvue d’un robinet: celle extrémité ouverte doit correspondre, par quelque moyen, au tube LM. (Jïg . 5i ) dans lequel l’air est raréfié de même que dans le récipient ; de sorte que quand le robinet est ouvert, l’éprouvette communique librement avec ce tube. Cet appareil a l’avantage qu’on peut connaître la raréfaction de l’air dans telle espèce de vase qu’on veuille placer sur le plateau , au lieu du récipient (2).

§ i3. On a objecté contre l’emploi de l’éprouvette , qu’elle ne peut donner aucun résultat exact, parce que l’humidité toujours adhérente au plateau de glace et» aux parois des récipiens, produit des vapeurs élastiques tandis qu’on fait le vide, et que, par conséquent, ce qu’on observe n’est pas le simple effet de l’air raréfié : mais, outre que cette quantité peut se calculer par la formule que M. de Laplace a déduit des expériences de liai ton , 011 peut, si on veut l’évaluer avec tout le soin nécessaire, employer l’éprouvette de Smectthon 3 dont on trouve la desription dans Gelder et Fischer , sous le nom de Birnprohe (3).

(1) Nous avons souvent employé, M. Arago et moi , une machine faite par Fortin , qui fait le vide jusqu’à un millimétré ou un millimètre et demi en hiver, lorsque le temps est froid, et que la tension inévitable due à la vapeur d’eau, est peu considérable : c’est un peu moins qu’une demi-ligne.

(2) On a même soin , dans de bonnes machines , d’avoir un baromètre entier qui communique avec leur intérieur, afin de connaître ainsi, à chaque instant, la raréfaction de l’air, que l’éprouvette n’indique que lorsqu’elle est très-considérable.

(3) C’est un petit malras de verre, auquel sont soudés deux tubes de verre opposés l’un à l’autre, et dont Fun est ouvert, l’autre fermé hermétiquement à son extrémité, et divisé eu parties égales : tous deux communiquent au matras. Cet instrument est suspendu dans le récipient, elle vide s’y fait comme dans tout le reste de l’appareil. Alors , au moyen d une lige de métal qui traverse une boîte à cuirs , et (fui peut être ainsi introduite sous le récipient , on plonge

DES COLPS AlifUfOUMES.

La Pompé de compression .

§ 1 4* On peut seulement rare'fier l’air au moyen de la machine qu’on ■vient de décrire : pour le condenser, l’instrument peut être encore plus simple. Le piston EF (fig> 5 1) n’a pas besoin de soupape; mais il suffit que l’air puisse pénétrer dans le cylindre par une petite ouverture percée dans sa paroi latérale, immédiatement au-dessous du point le plus élevé ou le piston puisse atteindre. La soupape K doit être disposée de manière à ce que l’air puisse passer du cylindre dans le tube KL, mais à ce qu’il ne puisse pas revenir. Si l’on veut comprimer l’air dans un récipient, il faut ajouter un appareil pour fixer ce récipient très-fortement sur le plateau, parce qu’autrement la force de l’air comprimé le renverserait. On doit aussi avoir soin de n’employer, pour ces expériences, que des vases très-solides, parce qu’ils sont fort exposés à se rompre. Pour connaître le degré de condensation de Y air, on adapte au récipient un baromètre beaucoup plus long [ que ceux qui servent pour la pression ordinaire de l’atmosphère.

Sur les propriétés mécaniques de V Air,

§ i5. Les propriétés mécaniques de l’air , qui sont, ainsi que lui, i non perceptibles pour nos sens, se manifestent par leurs “effets au i moyen du baromètre et de la machine pneumatique. Toutes les proi priétés mécaniques de chaque gaz, peuvent se réduire à deux, la pei sauteur et la dilatabilité. Ce qui concerne la première , a été exposé i suffisamment ci-dessus (chap. VU, pag. 20 et suiv.); et ensuite, en ; traitant du baromètre (pag. 1690t suiv., §§ 1 — 6), il a été prouvé | qu’elle est au nombre des propriétés de l’air atmosphérique. Nous de- 1 Tons donc parler premièrement de la dilatabilité de l’air.

: l’orifice ouvert dans un vase qui contient du mercure, et on laisse rentrer l’air i dans le récipient. Cet air ne pouvant pas rentrer dans l’éprouvette, y fait monter 1 le mercuVe qui condense l’air et précipite la vapeur qui peut y être restée. L’air I ainsi reloulé, occupe dans le tube gradué une petite place dont on juge par l’échelle des parties égales ; et comme la vapeur d’eau a été précipitée , en grande partie, par la condensation de l’espace , il ne reste que la tension produite par , l’air ; seulement cette tension est réduite proportionnellement à la pression ds I Latmosphère.

iBo

A. Dilatibilité de V Air.

g 16. La dilatabilité de l’air consiste en ce que tout volume d’air renfermé, montre une tendance à se dilater dans un plus grand espace. Comme chaque liquide exerce par sa seule pesanteur, une pression contre les parois du vase qui le renferme, de même chaque volume d’air, si petit qu’il soit, presse également toutes les parois qui le contiennent, parla force de sa dilatabilité : cette force est d’autant plus considérable, que le volume d’air est plus condensé. Un liquide n’a besoin d’être contenu que par le fond et sur les côtés; un fluide aériforme doit l’être de toutes parts. La plus petite masse d’air se dilate dès qu’on lui en laisse la possibilité, et se répand dans tout l’espace qui lui est offert. Même à l’état de la plus forte raréfaction que nous sachions produire, l’air exerce encore contre les parois qui le contiennent, une certaine pression qui peut être mesurée avec l’éprouvette. Réciproquement toute masse d’air peut être comprimée dans un espace moindre que celui qu’elle occupe; seulement elle produit une pression d’autant plus considérable contre les parois qui la retiennent, qu’elle est condensée plus fortement.

Aucune expérience immédiate ne peut faire décider quelles sont les limites de cette condensation et de cette raréfaction , ou même s’il en existe. Quant à la loi qui donne les rapports de la densité et de la dilatabilité, elle ne sera examinée que dans le chapitre suivant. Au contraire, la dépendance qui existe entre la pression et la dilatabilité, est claire en elle même. Dans l’état de l’équilibre, elles doivent être en rapports égaux; car si l’on suppose l’air comprimé dans un cylindre au moyen d’un piston , la force de pression doit , pour que le piston reste en repos , être justement aussi grande que la force que lui oppose l’air dilatable. Par conséquent, si l’air est contenu de tous côtés par des parois solides, ces parois, selon la troisième loi de Newton (pag. iq, ÿ 8), doivent résister avec une force égale à celle que l’air dilatable exerce contre elles : si leur force de cohésion est plus faible que cette pression , elles se brisent.

Puisque la pression qu’exerce une masse d’air, peut être mesurée par le baromètre, nous avons en même temps, de cette manière, une mesure pour la dilatabilité.

DES CORPS AERIFORMES.

§ 17. (*) « Si Ton prend {fig 53) , un vase profond AB ouvert par le haut, qu’on le remplisse de mercure, que l’on introduise dans son intérieur un tube CD fermé par en haut et ouvert par en bas et aussi rempli de mercure , excepté le volume d’air occupant l’espace C a, et , si l’on enfonce les deux tubes l’un dans l’autre, jusqu’à ce que le mercure soit au meme niveau dans le petit tube et dans le vase , il est évident que l’air intérieur au petit tube, n’éprouvera aucune pression de lapait du mercure, et que, dans cet état, il occupera Je volume déterminé par la pression atmosphérique ordinaire, puisque les poids des colonnes de mercure se font équilibre. Mais si l’on vient à élever peu-à-peu le tube CD, le mercure intérieur à ce petit tube , s’élèvera avec lui, et en même temps le volume de l’air intérieur augmentera ; si l’on s’arrête au moment oii la colonne de mercure du petit lube, sera élevée de pouces au-dessus de son niveau dans le grand vase, on trouvera que le volume d’air dans le tube, a doublé : en effet, la colonne de mercure de i4 pouces , élevée dans ; le petit tube, représente et emploie la moitié delà pression atmosphérique exprimée par 28 pouces; l’autre moitié réagissant contre l’air primitivement renfermé dans l’espace C a, le volume de cet air doit donc devenir double et son élasticité devient moitié moindre. C’est ainsi que se vérifie la loi de Mariotte que nous ferons bientôt connaître, soit au-dessus, soit au-dessous des pressions atmosphériques ordinaires. »

On voit par là combien il est facile de donner à une masse d’air renfermée, une dilatabilité égale à celle de l’air extérieur ou à sa pression. Les différens gaz agissent de même que l’air atmosphérique dans les mêmes circonstances.

J 18. Au moyen delà machine pneumatique, on peut observer la dilatabilité de l’air de plus d’une manière, et avec des raréfactions et des condensations très-considérables.

i.° L’opération de la raréfaction et de la compression, démontre déjà par elle-même la dilatabilité de l’air.

i.° Une vessie dont on a ôté presque tout l’air, s’enfle lorsqu’on l’enferme sous un récipient où l’on fait le vide.

(*) On a cru devoir substituer ce paragraphe à celui de l’autcui

3.° On nomme ballon de Héron , un vase ferme AB, [fig* 54), dont la forme est arbitraire , qui est environ à moitié' rempli d’eau et auquel on joint un tube CD dont l’ouverture inférieure touche presque au fond, et dont l’ouverture supérieure se termine par une pointe assez fine. L'orifice OO du vase est exactement bouché partout , excepté dans l’endroit ou passe le tube. Si dans un tel instrument ; l’air est d'abord condensé au-dessus de l’eau, au moyen du soufile ou d’une pompe de compression, lorsqu'ensuite on le laisse revenir sur luiméme, l’eau estchassée par l'ouverture D, et jaillit d’autant plus haut que l’air intérieur est plus condensé. Si l'on met un petit ballon de Héron avec de l’air non condensé, sous le récipient de la machine pneumatique, et qu'on raréfie l’air extérieur, on obtient les mêmes effets.

4*° La force de l’air comprimé se remarque d’une manière frappante dans l’effet du fusil à vent. ( Voyez Gehler et Fischer, art. // 'indbusche ) (i).

B. Pression de V Air.

§ 19. Puisque la pression de l’air et sa dilatabilité sont toujours en rapports égaux ( pag. 180, § 16), c’est la même chose de dire que la pression que l’air exerce sur une surface quelconque, est l’effet de la pesanteur de l'atmosphère, ou qu’elle est produite par la dilatabilité de l’air. L’air qui nous environne est pressé par tout le poids de l'atmosphère, et il acquiert ainsi, dans chaque point, une dilatabilité qui est égale au poids qui le comprime : cette force de dilatation doit être toujours la même pour des hauteurs égales. Par conséquent, à d’égales hauteurs au-dessus de la surface terrestre, le baromètre doit aussi s’élever au même degré, soit à l’air libre, soit dans les espaces renfermés, pourvu que ceux-ci aient la plus petite communication avec l'air extérieur, et que les lieux ou l’on observe ne soient pas trop éloignés les uns des autres. La force de cette pression a déjà été déterminée (pag. 172, § G.)

(1) On trouve une infinité de jeux physiques qui se rapportent à l’effet de la raréfaction et de la condensation, dans les Leçons d'Adam sur la Physique expérimentale , traduit de l'anglais en allemand par Geistlcr , Leipsick , 17 98, tom. I , pag. 5o — 67.

DES CORPS AERIFORMES. 103

§ 20. Au mojen de la machine pneumatique, on peut observer cetîe pression de diverses manières :

1. ° Si l’on place sur le plateau de la machine pneumatique un cylindre de métal ouvert par les deux extrémités, et qu’on attache une vessie sur son ouverture supérieure, cette vessie sera fortement comprimée, et meme rompue, lorsqu’on fera le vide au-dessous d’elle. Un plateau de verre qu’on assujétirait sur le cylindre avec de la cire , serait brisé encore plus facilement.

2. ° Si Ton pose sur le plateau un cylindre de verre ouvert par les deux extrémités, et qu’on ferme l'ouverture supérieure avec un vase de bois disposé exprès et rempli d’eau, lorsqu’on fait le vide, l’eau pressée par le poids de l’air extérieur, pénètre à travers le bois, et tombe goutte à goutte. Dans les mêmes circonstances, le mercure s’échappe comme une fine pluie d’argent.

3. ° Le phénomène qu’on observe au moyen des Hémisphères de Magdebourg, se rapporte sur-tout à ceci. Deux hémisphères de métal sont disposés de manière que leurs bords peuvent se joindre très-exactement j à l’un est attaché un fort anneau, à l’autre un robinet qui peut être vissé à la machine pneumatique ; on enduit les bords a^c quelque substance grasse, de sorte que l’air ne peut s'introduire entre les deux hémisphères. Tant que l’air intérieur a la même dilatabilité que l’air extérieur, on peut les séparer très-facilement; mais si l’on fait le vide intérieurement, ils tiennent si fortement ensemble par la pression de l’air extérieur, qu’il faut un grand poids pour les séparer : on peut évaluer ce poids en livres, en multipliant par 5o le carré du diamètre de la sphère, exprimé en pouces (i).

(i) Si le diamètre de la sphère est r , le plan du grand cercle où doit se faire la séparation, sera — rs^r, tt étant la demi-circonférence dont le rayon est l’unité. Si r est donné en pouces, tiy(i) 2 est la surface exprimée en pouces carrés. La pression de l’air sur chaque pouce carré, est environ de 16 livres (pag. 1 72 , § 6) : par conséquent la pression totale = i6/-“7t; mais iG^restégalà 5o, 24, puisque cr — 3, 1 4- Ce résultat est toujours un peu plus fort que la pression véritable , parce qu’on ne peut pas épuiser exactement tout l’air ; mais il est augmenté par la cohésion des hémisphères qui adhèrent fortement l’un à l’autre par leur attraction, indépendamment de l’action de l’air.

On voit , dans la Physique expérimentale d’Adam , des expériences qui se rapportent à ceci, tom. I, pag. 17 — 33.

4.0 Les differentes espèces de baromètres à siphon, offrent des phénomènes qui 11e peuvent être expliqués que par la pression de l’air, [Voyez , dans Gehler et Fischer les articles Heber et Stechheber,)

G. Pesanteur de V Air,

§ 21, Si l’air est un fluide pesant, chaque corps qui s’y trouve plongé, doit perdre autant de son poids que pèse la partie de fluide dont il occupe la place (pag. 125, $9)« Ainsi , qu’on attache à une petite balance très-sensible, un corps léger et qui a beaucoup de volume, par exemple un morceau de liège, et qu’on le mette en équilibre; qu’on place ensuite la balance sous le récipient de la machine pneumatique, et qu’on fasse le vide, le corps tombe sensiblement, parce qu’il perd d’autant moins de son vrai poids, que l’air environnant est plus raréfié.

En pesant un corps dans l’air, on trouve son poids trop petit, quand sa densité est moindre que celle du poids qu’on lui oppose , parce qu’alors son volume étant plus considérable que celui du poids qui l’équilibre, il perd une plus grande partie de son poids: on le trouve un peu trop fort dans le cas opposé, et tout-à-fait exact quand sa densité est égale à celle de la matière dont est formé le poids.

§ 22. Pour peser l’air exactement, on se sert d’un ballon de verre aussi léger qu’il est possible, et d’environ 5 à 6 pouces de diamètre : à son orifice est adapté un robinet au moyen duquel il peut être vissé sur le plateau de la machine pneumatique. L’espace cubique compris dans le ballon, après que le robinet est fermé, doit être déterminé de la manière la plus exacte (p. 120, § 9). On fait le vide ensuite aussi parfaitement qu’il est possible; on ferme le robinet, on enlève le ballon, et on le pèse avec une balance très-exacte; on ouvre alors le robinet, et on laisse le ballon se remplir d’air; il devient ainsi plus pesant, et l’on estime avec précision a combien de grains monte cette augmentation. De cette manière, on connaît le poids de l’air que contient le ballon : en divisant ce poids par . la capacité du ballon, exprimée en pouces cubiques, on a le poids d’un pouce cubique d’air.

Si l’expérience doit être extrêmement précise, il faut joindre à la machine pneumatique une éprouvette qui indiquera combien depouces

DES CORPS AJiRIFORMES. lB5

cubiques d’air sont restés dans le ballon, afin de les soustraire de la capacité cubique du ballon.

En outre, comme la pesanteur de l’air varie avec l’état du baromètre et du thermomètre, l’expérience doit être faite à une hauteur déterminée de ces deux instrumens , si l’on ne veut faire aucun calcul de réduction. On choisit ordinairement pour cela une température de io° de P élue , et une hauteur de 28 pouces de Paris : mais il vaut mieux recourir aux réductions, car il est presque impossible de réunir exactement ces deux circonstances. ( Voyez la Physique de Biot, tome I.)

D. Poids spécifiques des autres Gaz .

§ 23. Après que le ballon est pesé, si l’on y fait entrer quelque autre gaz, on peut en trouver le poids de la manière indiquée dans l’article précédent. On peut de même diviser ce poids en pouces cubiques, et nous avons déjà remarqué en un autre endroit (pag. 21, ÿ 5) que c’est ainsi qu’on exprime habituellement le poids spécifique des gaz.

$ 24. Nous allons donner les poids spécifiques de quelques gaz, d’après les expériences de Lavoisier, faites à une hauteur barométrique de 28 pouces , et à 1 o° de Deluc .

Poids d’un pouce cubique de Paris, en grains de Paris.

Poids d’un pouce cubique duodécimal de Brandebourg, en grains d’Allemagne.

Air atmosphérique

o,/jdoo5

Azote.

Oxigène

Hydrogène

Acide carbonique

Voyez le Système de Chimie de Lavoisier.

Si l’on voulait réduire ces poids spécifiques au poids de l’eau, on n’aurait qu’à diviser les nombres de la dernière colonne, par 288, pour les poids de Brandebourg (1), et par 3y3,4 pour les poids de

(1) La réduction des poids et mesures français en poids et mesures d’Allemagne, et réciproquement, peut se faire d’apres la formule suivante : si N est le

Paris , parce que ces quantités expriment le poids d’un pouce cubique d’eau (* *)

§ i5. Une autre manière très-commode de déterminer le poids et la densité d’une masse d’air dans certaines circonstances, est l’emploi du Wanomètre de Guericlce, sur-tout lorsqu’il est construit d’après les perfectionnemens que Fischer et Gehler y ont apportés : on nomme aussi cet instrument une Balance à air . ( Voyez Gehler , III, i35; V, 623; et Fischer , art. Manomètre .)