PAR M. V. REGNAULT

MEMBRE DE l'ACÂDÊMIE.

Je réunis dans ce mémoire les nombreuses expériences que j'ai faites, dans une période de 20 ans, pour déterminer les pertes de chaleur qu'un gaz subit lorsqu'il se détend dans les conditions si diverses où ce phénomène se réalise dans la nature et dans les expériences de nos laboratoires. J'indiquerai brièvement l'idée qui m'a fait entreprendre ces recherches; le lecteur comprendra plus] facilement ainsi les phases successives par lesquelles elles ont passé.

Lorsque je commençais en i84îî mes expériences pour déterminer la capacité calorifique des gaz, je croyais avoir

58o MEMOIRE

trouvé une méthode sûre et facile pour déterminer, avec le même appareil, et sans pétition de principes :

I® La chaleur spéciHque d^in gaz sous pression constante et à volume variable ;

12^ Sa chaleur spécifique sous volume constant, la pression variant de manière à laisser le volume constant.

Jai décrit, tome II, page 58, les expériences que j'ai faites ppur déterminer la chaleur spécifique d'un grand nombre de gaz et de vapeurs sous pression constante , mais avec variation de volume; les figures 6, 7, Set lo (Planche I) représentent l'appareil que j'ai employé à cet effet. Je n'ai pas besoin d'y revenir.

Pour obtenir avec le même appareil la chaleur spécifique sous volume constant, je lui faisais subir les modifications suivantes :

Je terminais le serpentin de la Grande Cuve ABCD (fig. 7) par une petite plaque pleine, percée d'un orifice capillaire. Je remplaçais le petit manomètre MNM' qui, dans les expériences sur la chaleur spécifique sous pression constante, ne servait qu à régulariser la vitesse du courant d'air par un autre de plus grandes dimensions, permettant de mesurer des pressions de plusieurs atmosphères.

Cela posé, je me propose de déterminer la chaleur spécifique de lair atmosphérique sous volume constant, entre la température T qui est celle du bain ABCD et la température 6 qui est la température moyenne prise par le calorimètre dans chaque expérience.

Je calcule la force élastique H +/* que l'air doit avoir à T^ pour que, changeant librement de volume, et sa température descendant à 6®, sa force élastique devienne, dans le calori-

mètre , égale à celle H de latmosphère extérieure. Il suffit pour cela de poser

ou

i + aT"^ i+aÔ '

d'où Ton tire

•^~ I+aô

Le bain ABCD est maintenu à la température T pendant la durée de l'expérience; on opère comme il a été dit t. II, page 78, mais on manœuvre la vis régulatrice U de façon que le manomètre MNM' montre constamment l'excès de pressiony. Ainsi, dans ce cas, le gaz présente dans le serpentin de la cuve ABCD une température T et une force élastique H +/"; tandis qu'il descend dans le calorimètre, sans changer de volume, à la température d et à la pression H. Avec les idées que j'avais alors sur la mécanique des gaz, et qui étaient d'ailleurs admises généralement par les physiciens, je croyais avoir réalisé ainsi les conditions dans lesquelles on peut obtenir directement la chaleur spécifique d'un gaz sous volume constant»

Je me proposais de faire ces nouvelles expériences lorsque celles qui donnaient les chaleurs spécifiques sous pression constante seraient terminées. Mais ces dernières m'occupèrent pendant plusieurs années et je me décidais, le 17 juillet 1848, à déposer à l'Académie des sciences un paquet cacheté qui contient la description complète de ma méthode pour déterminer successivement^ avec le même appareil, la

chaleur spécifique d'ua gaz sous pression constante et celle de ce gaz sous volume constant. {Comptes rendus, t. XXVII, p. 77.)

Quoi qu'il en soit, la première expérience que je fis ainsi, le fi2 octobre 1849, me donna un résultat bien différent de celui que j'attendais : je trouvais pour le gaz subissant la détente dans le calorimètre la même capacité calorifique que celle qiHïl me donnait lorsqu'il traversait le calorimètre sans y subir de détente.

Pour rendre ce fait plus saillant, j'augmentais beaucoup la pression sous laquelle le gaz chaud arrive à Torifice capillaire. Je reconnus alors que la chaleur, abandonnée par le gaz chaud lorsqu'il subit une forte détente dans le calorimètre, est même un peu plus grande que celle qui est donnée par le même gaz quand il traverse ce calorimètre en conservant sa force élastique.

' Ainsi, dans les conditions où mes expériences étaient faites y la chaleur spécifique d'un gaz sous volume constant est sensiblement égale à la chaleur spécifique de ce gaz sous pression constante. J'ai annoncé ce fait à l'Académie dans sa séance du 18 avril i853(i). (Voyez comptes-rendus de l'Académie, t. XXXVI, p. 680.)

Je devais conclure également de mes expériences que si l'air comprimé arrive dans le calorimètre en équilibre de tem^ pérature avec lui^ la détente doit se faire dans le calorimètre sans lui faire subir un changement sensible de température.

(1) Les expériences dont il est ici question ont été faites avec la coopération de MM. Izarn, Soret et Descos, qui ne m'ont plus prêté leur concours depuis Tannée 1853.

C'est, en effet, ce que je prouvais par un grand nombre d'expériences que j'inscrirai plus loin.

En résumé, mes recherches me démontraient que, lorsqu'un gaz se détend dans les conditions de mes expériences^ c'està-dire lorsquil sort de t appareil calorimétrique avec la ta* talité du mouvement que la détente lui a donnée j le phé^ nomène calorifique est bien différent de celui qui a lieu pour le même gaz lorsquil est contenu^ à Uétat de repos, dans un cylindre indéfini et que F on fait varier son volume en dépla^ çant un piston.-

Aujourd'hui la théorie mécanique de la chaleur explique parfaitement ces différences; elle montre qu'il ne suffit pas de considérer les densités initiale et finale du gaz, mais qu'il faut tenir compte des changements survenus dans le mouvement de translation du gaz, et même dans ses mouvements moléculaires.

Il est facile de définir, théoriquement^ un certain nombre de conditions dans lesquelles un gaz peut subir le même changement de densité et éprouver^des variations différentes . de température. Mais il est beaucoup plus difficile, souvent même il est impossible, de réaliser ces conditions par l'expérience, en conservant la simplicité de V énoncé théorique. Le plus souvent on fait naître des phénomènes secondaires , qu'on ne peut pas encore définir nettement aujourd'hui , et dont il est encore plus difficile de mesurer ou de calculer les effets.

Je distinguerai dans ce mémoire deux espèces de détente, parce que j'ai dû employer pour chacune d'elles une méthode spéciale :

i^ La détente simple, que j'appellerai détente statique;

c'est celle que subit un gaz ea repos quand, à laide dun travail extérieur^ on agrandit l'espace qu'il occupe, le gaz reprenant Xétat de repos après la détente. La même mxisse de gaz est donc à l'état de repos dans le réservoir calorimétrique au commencement et à la fin de l'expérience.

2® La détente que j'appellerai dynamique; c'est lorsqu'un gaz, en repos ou en mouvement, se détend en traversant un orifice et qu'il échappe ensuite aux appareils calorimétriques avec toute la vitesse acquise. La masse de gaz contenue dans le réservoir calorimétrique vH est pas constante pendant l'expérience; une portion arrive ou échappe avec une vitesse variable, déterminée par l'excès variable de pression.

Je commencerai par la détente dynamique, bien qu'elle soit la plus complexe ; mais c'est celle que j'ai étudiée d'abord, comme se présentant fréquemment dans toutes mes recherches sur les gaz. Les nombreuses expériences qui s'y rapportent doivent être divisées en deux parties :

La première partie comprend celles dans lesquelles un gaz comprimé et en mouvement arrive dans le calorimètre et en sort avec son mouvement primitif modifié par l'effet de la détente. Le calorimètre contient donc, au cp mmencement et à la fin de l'expérience, une même quantité, très* petite, de gaz; sa température est modifiée uniquement par les effets calorifiques que subit le gaz qui le traverse.

La seconde partie se rapporte aux expériences où la quan* tité totale du gaz est contenue dans un réservoir calorimétrique, soit au commencement, soit à la fin de l'expérience. Je distinguerai ici deux cas :

Premier cas. Le gaz comprimé est à l'état de repos dans le réservoir calorimétrique. Oii le laisse sortir en ouvrant

SUR LA DJ^TBNTB DBS GAZ. 585

un orifice plus ou moins capillaire; il s'échappe dans l'atmosphère avec la vitesse variable produite par sa détente successive.

Second cas. Le réservoir calorimétrique contient le gaz en repos sous la pression de l'atmosphère extérieure. Le gaz comprimé dans un grand réservoir s'échappe par un orifice capillaire et se rend, à une température connue, dans le réservoir calorimétrique, dont il comprime successivement le gaz jusqu'à ce que la force élastique soit devenue la même dans les deux réservoirs.

DÉTENTE DYNAMIQUE