SOUS DIVERSES PRESSIONS

A la suite de mes recherches sur là chaleur spécifique des gaz sous diverses pressions et de celles sur la chaleur spécifique des vapeurs sous la pression de l'atmosphère, expériences qui ont été publiées tome 11^ pages ]63 et ao5, j'ai fait construire en i858 un appareil spécial pour déter^ miner la chaleur spécifique des vapeurs sous des pressions élevées. Cette détermination présente un haut intérêt pour la théorie des machines à vapeur, parce qu'elle permet de connaître les effets calorifiques et physiques qui se passent pendant la détente des vapeurs. J'ai fait, dans les années i858 et 1859, un grand nombre d'expériences sur la vapeur d'eau, sur la vapeur de benzine et sur la vapeur du sulfure de. carbone, me promettant de'les étendre plus tard à un plus grand nombre de substances. Je me proposais même de publier dans le tome II les expériences déjà faites , et , sous cette préoccupation, j'ai fait graver le dessin de l'appareil sur Tune des planches annexées à ce volume. Malheureusement le tome II avait déjà atteint lepaisseur réglementaire, et je dus remettre la publication du nouveau mémoire à un prochain volume.

Il trouverait naturellement sa place à la suite du mémoire sur la détente des gaz, mais aujourd'hui le même obstacle se présente, et je suis obligé encore de différer cette publica->

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tion. Je me résigne d'ailleurs facilement à ce retard, parce que j'aurai le temps de compléter mon travail et de faire disparaître ou d'expliquer certaines anomalies que je trouve dans les expériences faites jusqu'ici.

Je me contenterai aujourd'hui d'exposer la méthode et de décrire l'appareil qui est représenté tome tl , planche II , figures 7 et 8.

Une première cuve M, en cuivre rouge, renferme un double serpentin efg h. Ce serpentin est formé par un tube de cuivre rouge, sans soudure, de 10"^ intérieur. Une première branche verticale ^/descend d'abord jusqu'au fond de la cuve; le tube tourne ensuite en spirale pour s'élever jusqu'au haut de la cuve; il redescend de nouveau en ligne droite jusqu'au fond pour remonter une seconde fois en spirale jusqu'en h. Cette double spirale constitue la chaudière de vaporisation du liquide.

Une seconde cuve N est placée près de la première; elle contient un autre serpentin foniié d'une spirale simple en cuivre rouge, d une section égale à celle du premier serpentin.

Les serpentins des deux cuves sont réunis, aux environs de h, à l'aide d'une forte soudure à l'argent, et d'un manchon de cuivre qui recouvre la soudure.

Ija seconde extrémité de ce serpentin traverse la cuve N, à l'aide d'un appendice conique que l'on voit sur la figure, et vient s'ajuster, par soudure, au récipient C du calorimètre.

Le calorimètre se compose du récipient C, dans lequel on recueille la vapeur condensée pendant l'expérience, et qw» est surmonté d'un serpentin en cuivre rouge, se terminant

par une branche verticale m. Le récipient C est terminé en bas par une tubulure, munie d'un robinet r, à Taide de laquelle on peut faire sortir le liquide provenant de la condensation de la vapeur.

Ce système est maintenu fixement dans la cuve du calorimètre, qui est enveloppée elle-même d un cylindre en laiton mince, lui servant d'écran. Le calorimètre reçoit toujours la même quantité d'eau pour chaque expérience. Un thermomètre à mercure très-sensible t est observé à l'aide d'une lunette horizontale. Enfin un agitateur remue constamment Teau du calorimètre d'un mouvement uniforme.

Les cuves M et N sont remplies d'huile de palme; on les chauffe avec des lampes à gaz, disposées de façon que l'on puisse les régler à volonté, soit pour donner aux bains d'huile une marche plus ou moins rapidement croissante, soit pour les maintenir à une température sensiblement constante. Des agitateurs , mus par la machine , tiennent l'huile dans une agitation continuelle. Chaque cuve possède un thermomètre à mercure t'y t", qui conserve une position absolument fixe dans toutes les expériences. Ces thermomètres à mercure ont été comparés avec le thermomètre à air dans une seule N des deux cuves, en leur donnant exacte* ment la position qu'ils devront conserver dans les expériences, ainsi qu'il a été dit tome II, page 63.

Les deux cuves sont maintenues solidairement par un même couvercle, fixé à l'aide de boulons; elles communiquent par une rigole, dans laquelle se trouve la réunion entre les serpentins dés deux cuves; mais deux petites plaques, qui ne sont pas marquées sur la figure 7, empêchent la communication de l'huile des deux cuves.

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Le liquide volatil qui doit être soumis à l'expérience est contenu dans un récipient ab, qui était en verre pendant une partie de mes expériences. Ce récipient est maintenu dans un cylindre de verre rempli d'eau. Le récipient ai est mastiqué dans une pièce métallique a, munie d'une première tubulure jsj par laquelle on peut faire communiquer le récipient avec le réservoir à air comprimé V, et d'une seconde tubulure qui est traversée par un fil capillaire d'argent cde^ descendant jusqu'au fond du récipient ab. Ce fil capillaire, très- facilement flexible, est ajusté, à l'aide d'une pièce métallique e, à rintérieur de la branche verticale ef du double serpentin de la première cuve à huile M.

On se sert du système des deux gros réservoirs à air accouplés, disposés comme le montre la figure 7. Il sert, à la fois, à maintenir dans tout l'appareil une pression constante produite par une atmosphère artificielle, et à faire écouler, avec une vitesse uniforme que l'on peut modifier à volonté, le liquide contenu dans le récipient ab.

Le gros réservoir W communique, par le gros tube R"R, avec le serpentin du calorimètre, par suite avec la totalité de l'appareil. Le grand manomètre à air libre 9 y &, disposé, comme le montre la figure, indique la pression qui existe dans le gros réservoir W', par suite dans le système calorimétrique entier.

Un petit manomètre différentiel ap à mercure est intercalé entre le plus petit réservoir V et le grand manomètre à air libre. Il indique constamment la différence de pression qui existe entre les réservoirs V et W.

Cela posé, supposons l'appareil disposé pour une expé-

SUR LA DiÊTfiNTE DES GAZ. 91^

rience, c'est-à-dire: Je récipient ab chargé de la quantité • de liquide que Ton veut vaporiscF ;

La cuve M est chauffée à une température T, supérieure à celle d'ébullition du liquide que Ton veut vaporiser sous la pression F ; on règle la lampe à gaz de manière que la tëm* pératurë du bain- d'huile M continue à monter lentement, afin de compenser plus tard la chaleur priâe par la vaporisation du liquide ;

La cuve N est chauffée à une température T' supérieure aussi à la température d'ébullitioa du liquide sous la pression F, mais qui peut être plus haute ou plus basse que T. La lampe à gaz a été réglée pour que la température T' reste sensiblement constante pendant toute la durée de l'expérience ;

Enfin le calorimètre est chargé de sa quantité normale d'eau, et les agitateurs sont en mouvement régulier.

Lorsque, à Taide de la machine, on a amené l'air à la pression F indiquée par le grand manomètre à air libre, les robinets R, R',R", S, S' et s soat ouverts; par conséquent, une pression uniforme règne dans tout l'appareil, et le manomètre différentiel a^ marque aéro. On ferme alors les robinets R' et S' ; la machine continuant à fonctionner n'envoie plus d'air que dans le petit réservoir V, le manomètre différentiel commence à marcher.

On arrête la pompe foulante et l'on ferme le robiiiet S quand le manonikre différentiel iiMiirque un e&cès de pression y, qui est celui que L'on a reconnu comme produisant la vitesse d'écf^ulement la plus< convenable du liquide contenu, dans le récipient a b.

On est alors prêt pour l'expémnce. •

gaO MEMOIRE

On cornmence par suivre, pendant lo minutes, la varia^ tion que le thermomètre t du calorimètre subit par l'influence des causes extérieures ; puis on ouvre les robinets S' et s. Sous l'influence de l'excès de pression du petit réservoir V, le liquide du récipient a b est poussé dans lé serpentin double de la cuve M; la très-petite section du fil capiU laire d'argent rallentit naturellement l'écoulement. Le liquide coulant en un filet mince le long des parois chaudes du serpentin, se vaporise • prom ptement ; la vapeur parcourt le serpentin double, deux fois en descendant et deux fois en montant, avant d'arriver au serpentin de la seconde cuve N. Elle traverse le long serpentin de la cuve N et vient se condenser dans le récipient G du calorimètre.

Lorsqu'on se sert du récipient en verre a b, on voit le moment où le liquide s'est écoulé à peu près en entier; on ferme alors les robinets S' et s.

On continue à observer, de minute en minute, le thermomètre t du calorimètre jusqu'à lo minutes après la cessation de l'écoulement; ce temps est nécessaire pour que le liquide condensé dans le récipient G se soit mis sensiblement en équilibre de température avec l'eau du calorimètre.

Enfin on suit, comme à l'ordinaire, la variation de température que subit le calorimètre sous l'influence des causes perturbatrices extérieures»

On fait écouler le liquide du récipient G et on le recueille dans le flacon, en suivant exactement toutes les précautions que j'ai développées avec détail tome II, page 771, pour des expériences faites dans des conditions analogues. On détermine le poids P de ce liquide.

Soient

M la valeur en eau du calorimètre, 6 la température îuitiale du calorimètre, 6' sa température finale,

AOla variatioQ de température qVil a subie, mais après correction des effets dus aux causes perturbatrices extérieures;

la quantité de chaleur gagnée par le calorimètre est Maô, et elle est produite par un poids P de vapeur, à la température T^ et sous la pression F; cette vapeur se condense en un liquide qui reste à la température 6' et sous cette même pression F.

Supposons, comme exemple, qu'on opère sur l'eau et que Ton veuille connaître la chaleur spécifique de sa vapeur sous la pression de cinq atmosphères.

La température t d'ébuliition de Teau sous cinq atmosphères est T= i52®,22 pour F = SSoo'^jO (t. I, p. 625). On portera donc la pression de l'air dans le grand réservoir W, par suite dans tout l'appareil, à 38oo"", environ. Ou chauffera le premier bain d'huile M à une température T, supérieure, de lo, 20, 3o... 5o®, à la température d'ébullition de Teau sous la pression F, et Ton maintiendra, au contraire, le second bain d'huile N à une température constante d'environ 162 degrés pour toute une série d'expériences. On calculera, pour chaque expérience et d'après les éléments qu'elle a fournis, la quantité totale de chaleur que la vapeur a abandonnée au calorimètre dans ces circonstances.

On fait varier beaucoup, à dessein, la température du premier bain d'huile, non-seulement pour être ccï^tai/i de n'envoyer dans le second serpentin que de la vapeur sèche, mais T. m. 116

de plus pour reconnaître si la vapeur prend bien régulièrement la température de Thuile du bain N, quand elle passe par le serpentin qui y est plongé, avec la vitesse d*écoulement qu'on produit dans Texpérience, sans être influencée par la température qu'elle avait prise dans le premier bain M.

On fait maintenant une seconde série d'expériences sous la même pression F = 38oo"°, mais en maintenant le bain d'huile de la cuve N à une température beaucoup plus élevée T", par exemple, à a6o ou 270 degrés, la première cuve M restant à peu près à la même température que pour la première série. L'expérience sera d'ailleurs conduite exactement de la même manière.

Si l'on chauffe la première cuve M à une température beaucoup plus élevée, •par exemple, voisine de 260 degrés, les résultats ne doivent pas en être influencés, si le serpentin de la seconde cuve N ramène toujours exactement la température de la vapeur qui le traverse. On s'assurera de ce fait.

Si Ton retranche le résultat moyen obtenu dans les expériences de la première série du résultat moyen donné par les expériences de la seconde série^ on aura une différence qui représentera la capacité calorifique de la vapeur d'eau possédant une force élastique F=:38oo™"^^ quand, sans changer de pression^ elle passera de la température T' à la température T". Bien entendu que Ton a ramené, par le calcul, le résultat de chaque expérience, a un même poids de vapeur, celui de i kilogramme par exemple, et la température finale variable ô' de l'eau condensée, à o**.

On fera donc ainsi, chaque fois, deux séries d'expériences

SOUS une même pression F, mais à des températures trèsdifférentes, et l'on reconnaîtra comment la chaleur spécifique de la vapeur varie avec la pression.

Pour obtenir une valeur suffisamment précise de la capacité calorifique de la vapeur, il faut que la différence T" — T' soit la plus grande possible. Or cette condition est difficile à réaliser pour Feau sous de grandes pressions, car un bain d'huile ne peut pas être chauffé au-dessus de 3oo*. Les expériences sont déjà extrêmement pénibles à cette température ; de plus on doit toujours craindre la rupture de quelque soudure à cette haute température et sous une si forte pression.

Je viens d'indiquer l'obstacle principal que Ton rencontre dans ces expériences. J'ai fait bien des tentatives pour me passer des bains d'huile. On ne peut pas songer aux bains formés par des métaux liquides, car tous attaqueraient les serpentins et les mettraient hors de service. On ne réussirait pas mieux avec des bains formés par des alcalis ou des sels fondus. J'ai essayé les courants d'air très-chauds, parcourant successivement plusieurs enveloppes concentriques pour éviter le refroidissement extérieur*; mais ils n'ont pas assez de masse et ils maintiennent bien difficilement à une température constante un long serpentin, lorsque celui-ci est parcouru par un courant gazeux plus froid. Malheureusement aussi, les soudures métalliques s'altèrent promptement dans un courant d'air très-chaud. Quoi qu'if en soit, je décrirai dans mon mémoire les dispositions qui m'ont le mieux réussi.

J'ai souvent remplacé le récipient en verre ah par un récipient métallique de plus grande capacité^ qui peut tenir la quantité de liquide nécessaire pour plusieurs expériences.

Dans ce cas je n'emploie plus un fil capillaire d'argent simple, amenant le liquide depuis le récipient ab jusque dans le serpentin. Je donne au récipient la forme indiquée par la figure 10, planche V, tome III.

Le récipient ab se termine en bas par une tubulure munie d'un robinet u ; c'est par cette tubulure que Ton introduit le liquide dans le récipient, sans qu'il soit nécessaire de détacher celui-ci de Tappareil. Dans la tubulure supérieure i on a soudé un tube en laiton c i, qui est muni d'un robinet d et qui continue jusqu'à la bridç e* C'est seulement à partir de cette bride que commence le fil capillaire en argent e/, qui s'étend dans la branche verticale e/ du serpentin du premier bain d'huile , fig. 7 , planche V , tome III. La présence du robinet d est ici nécessaire pour arrêter complctement l'arrivée du liquide dans le serpentin.

APPAREIL POUR DÉTERMINER LA CHALEUR LATENTE DE VAPORISATION DES UQUIDES QUI PROVIENNENT DE LA CONDENSATION DES GAZ