DES GAZ

fiquement très-légers, occupent un grand espace, sont en général invisibles, se contractent et se dilatent d’une manière pour ainsi dire infinie, du moins pour plusieurs d’entre eux. Tous les phénomènes qu’ils présentent sont des conséquences inévitables des modifications qu’entraîne «à sa suite une telle manière d’étre. C’est ce qui se développera d’une manière évidente , dans les articles suivans.

Notre tâche â l’égard des gaz est déjà remplie jusqu’à un certain point, car leur étude est en partie mélée avec celle des vapeurs , puisqu’ils ne diffèrent les uns des autres que par le plus ouïe moins de constance dans leur fluidité élastique. D’un autre côté, il appartient à la chimie de faire connaître la nature, les combinaisons, les effets des différens gaz, de rechercher les lois de leur composition , d’apprendre à les distinguer les uns des autres. Pour nous, nous les considérons dans les propriétés qui leur sont communes; Y air atmosphérique est le gaz qui joue le rôle le plus important dans la nature; il nous servira donc d’exemple, mais ce que nous en dirons pourra s’appliquer à un gaz quelconque. Nous étudierons successivement sa densité, sa dila-

tation, sa pression, son élasticité et sa comprëssibilité.

Article premier. »

De la pesanteur spécifique de l'air .

Les fluides élastiques, aussi bien que les autres corps, n’ont pas tous la même densité à une température égale , c’est-à-dire que des masses différentes sous un même volume font équilibre à la pression de l’atmosphère. On a choisi pour unité ou terme de comparaison la pesanteur spécifique de l’air, qui, sous ce rapport, peut être considéré comme le même partout et dans toutes les circonstances. On aurait pu la rapporter à celle de l’eau , comme nous l’avons fait pour les solides et les liquides; mais , à cause de la grande légèreté de ces corps, pour éviter des nombres trop petits , il est plus commode de comparer tous les gaz à l’un d’entr’eux.

L’air atmosphérique est donc le terme de comparaison auquel on rapporte la densité de tous les autres gaz. Pour la connaître exactement, après avoir préalablement bien desséché un ballon de verre d’une capacité connue, on

wT

DENSITÉ DE l’aIR. 2o3

le pèse ainsi plein d’air en l’accrochant au plateau d’une balance bien exacte (fig. a). On y fait ensuite le vide le plus parfait possible, et en le pesant de nouveau dans cet état, la différence de poids indique le poids de l’air qui remplissait le ballon. On peut ainsi , le poids de l’air une fois connu , y rapporter celui de tous les autres fluides élastiques; on peut encore, par ce moyen, connaître en grammes le poids de tel gaz ou telle vapeur qu’on voudra.

En opérant de la sorte avec tout le soin possible, les physiciens ont trouvé qu’un litre d’air pèse à o° , et sous la pression de 76 cm. f 1 6 r * , 3 . De même, MM. Arago et Biot ont déterminé que, la densité de l’air étant prise pour unité, celle de l’oxigène était 1,1, celle de T azote 0,969 , celle de l’hydrogène 0,073, celle de la vapeur d’eau 0,6 2 3 .

Mais pour arriver à ces résultats précis , pour obtenir un degré d’exactitude rigoureux, il est indispensable de tenir compte d’un grand nombre de causes d’erreur dont l’effet serait considérable, vu la légèreté des substances qui nous occupent. 11 faut donc avoir égard d’abord à la température et à la pression, tant

ao4 “ES CORPS GAZEUX,

de l’air extérieur que du gaz qu’on pèse, car le poids d’un même volume varie sous l’influence de ces circonstances : le thermomètre , le baromètre , l’éprouvette, doivent donc être consultés dans ces sortes d’expériences. L’état hygrométrique de l’air et des gaz doit être connu très-exactement, car la vapeur d’eau se mêle aux substances aériformes; elle a sa pesanteur propre; celle du mélange serait donc loin de fournir la densité réelle du gaz qu’on soumet à l’expérience. Enfin , non seulement il faut connaître la capacité du vase qu’on emploie, mais encore il faut tenir compte des variations de dimension qu’il éprouve en raison de la température.

Article II.

De la dilatation des fluides aériformes.

Nous avons constaté que les fluides élastiques, non-seulement sont soumis, comme tous les corps, à l’action du calorique, mais que ces substances chez lesquelles tout lien d’affinité est rompu, sont même entièrement sous la dépendance de la chaleur. Par suite on devait s’attendre que , pendant toute la

DILATATION DES GAZ. 2o5

durée de l’état gazeux, la dilatation et la contraction seraient en rapport immédiat avec la température; et c’est ce que l’expérience a confirmé.

M. Gay-Lussac en France, et M. Dalton en Angleterre, par des recherches très-délicates , sont parvenus à prouver en même temps d’une manière expérimentale, que tous les fluides élastiques, aussi bien les gaz perrnanens que les vapeurs, se dilatent et se contractent en raison de la température, d’une manière uniforme et constante, pourvu que la pression demeure la même : ils ont trouvé que cette dilatation depuis la température de la glace fondante jusqu’à ioo°, était égale à. 0,375 ou -5- de leur volume primitif à o°. Elle est indépendante de la nature des gaz, en sorte que l’action du calorique peut être regardée comme la seule cause de cette dilatation.

D’après cette uniformité , il y aurait donc de l’avantage à prendre cet effet pour mesure de température, et aucun corps ne serait plus propre que les gaz à servir de thermomètre : on en construit en effet en introduisant dans un tube , dont on a d’abord raréfié l’air et qu’on place horizontalement,

ao6 DES CORPS GAZEUX.

une goutte d’esprit-de-vin coloré, qui avance ou qui recule dans le tube en raison des variations de 'chaleur. La sensibilité de ces thermomètres à air est si grande , qu’il siif* lit d’en approcher de deux ou trois mètres pour les faire marcher par la chaleur du corps ; aussi ne peut-on s’en servir que pour apprécier de très-légères différences, autrement il faudrait que ces instrumens eussent une longueur démesurée. On préfère généralement les thermomètres à liquides pour l’observation des températures ordinaires ; mais on ne doit point rejeter ceux-ci pour la mesure des températures très-hautes et très-basses, et pour l’appréciation des plus petites variations.

Article III.

De la pression de t air : du baromètre.

L’air, comme les autres gaz, est un corps pesant, mais qui n’ayant qu’une très-faible pesanteur spécifique en comparaison des solides et des liquides, a dû être rejeté à la surface du globe; là il forme Y atmosphère dont nous devons mesurer la hauteur et le poids.

Tant que la physique marcha incertaine sans le secours des observations et des expériences, c’est-à-dire jusqu’à Galilée , on n’eut aucune idée exacte de la pesanteur et de la pression de l’air : ou supposait que tout espace était rempli de matière pesante, et que la nature avait horreur du vide; c’est ainsi qu’on expliquait l’ascension de l’eau dans les corps de pompe. Ce fut Toricelli , disciple de Galilée, qui eut la gloire de lever tous les doutes par l’invention du baromètre. Peut-on concevoir qu’aucun physicien 11’ait eu avant lui l’idée d’ une expérience aussi simple et aussi décisive ?

Dans la construction des fontaines et des aquéducs, on avait remarqué que l’eau s’élevait, dans les corps de pompe, jusqu’à 32 pieds ; mais ne dépassait jamais ce terme. Le physicien que nous venons de nommer, t la même expérience sur le mercure. Pour cela, il remplit de ce liquide un assez long tube fermé à une de ses extrémités ; il le renversa en plongeant son extrémité ouverte dans un vase où il y avait aussi du mercure.

Aussitôt il vit s’abaisser la colonne liquide

a °8 DES CORPS GAZEUX.

renfermée dans le tube, mais après plusieurs oscillations , elle demeura suspendue, ayant une élévation de 28 pouces ou 76 centimètres. Le mercure a une densité i 3 fois 4 plus foi te que celle de l’eau : en comparant donc le poids de cette colonne de 28 pouces de mercure avec celle d’eau de 3a pieds, on reconnut qu’elles se faisaient exactement équilibre, et il fut démontré par-là que la même cause, la pression de l’atmosphère, produisait l’ascension des deux liquides.

Telle fut l’origine du baromètre , l’un desinst ru mens les plus importans de la physique, auquel on doit une multitude de découvertes et d indications de tout genre, et que nous devons par conséquent décrire avec quelque détail.

Cet instrument a successivement éprouvé un grand nombre de perfectionnemens ; car,

1 expérience de Foricelli, telle que nous l’avons indiquée, formait un véritable baro- * mètre , mais il était imparfait , parce que ce physicien négligeait un grand nombre de conditions indispensables. Voyons quelles précautions on doit prendre pour la construction d’un bon baromètre, c’est-à-dire d’un ins-

trument dont on puisse regarder les indications comme la vraie mesure du poids de l’atmosphère.

Il faut commencer par bien sécher le tube dont on veut se servir en le chauffant fortement et en soufflant dedans avec un soufflet neuf. On y introduit ensuite le mercure par petites portions, et on l’y chauffe au point de l’y faire bouillir, afin de chasser l’air qui peut être mêlé avec lui, et surtout la légère couche d’humidité qui reste attachée aux parois du tube : sans ces précautions , l’ascension du baromètre est au-dessous de la vérité; car, dès que le tube est renversé, le vide se forme au-dessus du mercure , et l’air ainsi que l’humidité, par leur force expansive, s y portent et y font en partie équilibre à la pression de l’atmosphère.

Dans le baromètre de Fortin , le plus complet et le plus sûr dans ses indications, le tube est enveloppé d’un cy lindre de cuivre et plongé dans une cuvette dont on augmente ou diminue la capacité , de manière à faire toujours correspondre le niveau du liquide de la cuvette avec le zéro de l’échelle. Lorsqu’on transporte l’instrument , ce méca-

nisme permet aussi de faire remonter le mercure jusqu’au haut du tube.

Quant à la division qu’on applique à cet instrument, c’est une échelle métrique partagée en centimètres et en millimètres, sur laquelle on fait glisser un curseur muni d’un vernier , ce qui permet de porter la précision des observations à des 2o« de millimètre. Quelquefois de l’autre côté de l’enveloppe ou de l’appui du tube , on trace l’ancienne division en pouces et lignes, et on ajoute les indications vulgaires, pluie, variable, beau temps.

Le vernier dont nous venons de parler (fig. 36 ), est un instrument d’un usage général en physique et en astronomie pour apprécier les plus petites variations d’une mesure quelconque : il est composé de deux règles dont l’une , le vernier proprement dit , portant sur son échelle un plus grand nombre de divisions, et par conséquent des divisions plus petites, fournit sur-le champ les fractions des divisions faites sur la règle principale avec laquelle on le fait coïncider à une des extrémités. Le vernier s’applique à toutes sortes d’instrumens; on en a proposé de dif-

férens genres , mais celui-ci , qui est le plus simple , est aussi le plus précis.

M. Gay - Lussac a beaucoup perfectionné le baromètre à siphon (fig. 33), et l’a rendu le plus portatif et le plus commode pour les voyageurs , puisqu’on peut le mettre dans une canne. Il est peu sujet aux accidens , et d’une exactitude à peu près égale à celui de Fortin. Le tube en siphon de cet instrument offre plusieurs parties amincies et effilées , dont le but est d’empécher l’introduction de l’air dans la longue branche lorsqu’on renverse le tube, et d’éviter sa fracture. Les deux extrémités sont fermées , et l’air pénètre par un orifice rentrant et capillaire, de sorte que le mercure ne peut s’échapper. Le baromètre est accompagné d’une échelle mobile dont on place le o°, au niveau du mercure de la branche la plus courte et qui doit être munie d’un vernier.

A l’aide d’un de ces instrumcns , on reconnaît que la pesanteur de l’air à Paris , ou la pression moyenne de l’atmosphère, pendant les diverses époques de l’année, équivaut à une colonne de mercure de 76 cm.^ ou a 8 pouces. Les variations naturelles de cette

hauteur dans un même lieu sont d’environ a pouces 6 lignes. Les plus considérables qui aient eu lieu à Paris , ont été observées par M. Arago, le a 5 décembre 1821, jour où le baromètre est tombé à 26 pouces 4 lignes ; et le 9 février suivant, où il s’est élevé à 28 p. 10 lig. A une température égale, cette pesanteur de l’atmosphère , mesurée au niveau des mers, est à fort peu près la même dans tous les lieux du globe, c’est-à-dire égale à 76 «n., 3 de mercure.

La discussion de nombreuses observations barométriques a fait reconnaître dans tous les lieux de la terre où elles ont été faites, que la pression de l’air, et par suite la hauteur du baromètre , sont soumises à plusieurs périodes régulières d’abaissement et d’élévation à certaines heures ou à certains jours. On ne peut les attribuer qu’à une sorte de flux et reflux de l’air de l’atmosphère. Sous l’équateur, où l’influence des circonstances particulières est moins puissante, ces périodes sont si sensibles que la marche du baromètre pourrait indiquer les heures.

Un bon baromètre doit toujours être accompagné d’un thermomètre qui fait corps

avec lui ; car, puisque la clialeur dilate le mercure, elle le rend moins pesant sous un volume égal. Dans la pression de l’air, on a donc toujours à faire une correction en raison de la température; pour ramener les opérations à celle de o°, il faut retrancher pour chaque degré «au-dessus de la colonne observée, et l’ajouter pour chaque degré audessous , cette quantité étant celle de la dilatation du mercure, à toutes les températures ordinaires.

A mesure qu’on s’élève, soit sur les montagnes, soit dans les aérostats, l’air étant déchargé du poids des couches inférieures , doit être moins pesant. C’est en effet ce que l’expérience démontre, et c’est sur ce principe qu’est fondée la mesure des hauteurs par le moyen du baromètre.

Rien ne serait plus simple que la mesure de ces hauteurs ainsi que de celle de l’atmosphère, si l’air était partout d’une égale densité, puisqu’on sait qu’à la température de o°, et sous la pression de 76 centimètres, le mercure pèse io4d3 fois plus que l’air. Mais ce gaz étant éminemment compressible et dilatable , se raréfie à mesure que la quantité

ai 4 DBS CORPS GAZEUX.

des couches supérieures qu’il a à supporter est moindre; car Mariotte a reconnu la loi suivante : que les gaz se compriment et se dilatent dans le rapport des poids dont ils sont chargés. Il faut donc faire entrer cet élément dans la mesure des hauteurs estimées au moyen du baromètre; on doit encore tenir compte des changemens occasionés par la température. M. de Laplace a donné la formule qui résout cette difficulté. Au reste , les physiciens ont dressé des tables où les réductions sont toutes faites.

Quant à la hauteur de l’atmosphère qui serait d’environ deux lieues , si l’air avait . partout la densité que nous venons d’indiquer, on peut la fixer, d’après l’observation des crépuscules , à 1 5 lieues.

Au reste , son poids égale celui d’une colonne d’eau de 3 a pieds: tous les corps exposés à l’air sont donc pressés à leur surface comme ils le seraient par une colonne d’eau de cette élévation. C’est d’après cela qu’on a calculé qu’un homme supporte sur son corps une pression d’environ ao,ooo kilog. (40,000 livres. ) On dira peut-être qu'il est impossible d’admettre une telle pression, puisque nos

Dü BAROMÈTRE.

mouvemens paraissent entièrement libres , mais les poissons qu’on a retirés cl’une profondeur de 3,ooo pieds , étaient chargés du poids d’une colonne d’eau de cette hauteur, c’est-à-dire 80 fois plus lourde que notre atmosphère, et cependant leurs mouvemens n’en étaient pas moins libres que ceux des espèces qui habitent la surface des eaux et que ceux des animaux qui vivent dans l’air.

Pour eux comme pour nous , la pression du milieu qu’ils habitent s’exerçant en tous sens, se compense, se détruit entièrement, au moyen de l’impénétrabilité des molécules des organes : la densité des fluides et des solides , dans les corps organisés , est appropriée à celle du milieu qu’ils doivent habiter; ces êtres y sont donc dans un état d’équilibre et de liberté parfait ; ils 11e souffrent que quand la densité de ce milieu vient à changer. C’est ce que nous voyons lorsqu’on amène à la surface les habitans des abîmes des mers ; c’est ce que nous voyons lorsqu’on place un animal, une plante sous le récipient de la machine pneumatique : les gaz, renfermés dans leurs organes se dilatent , les li-

2l6 des corps gazeux.

quides tendent à se réduire en vapeurs, une désorganisation complète a lieu. C’est par la inême cause qu’en s’élevant sur les hautes montagnes, ou dans les airs au moyen des ballons , bientôt la respiration se trouve gênée, le sang sort par le nez, par les yeux, par les oreilles , quelques pas de plus, il s’ensuivrait une mort certaine.

Mais mille phénomènes que nous avons chaque jour sous les yeux , prouvent , aussi bien que l’expérience du baromètre , la pression , la pesanteur , la résistance de l’air. L’ascension des liquides dans les pompes , leur suspension et la cessation de leur écoulement dans les vases qui n’ont pas de communication avec l’extérieur, l’élévation des aérostats et des corps légers dans l’air, sont des preuves de cette pression. Lorsqu’on voit crever une peau épaisse sous laquelle on fait le vide; lorsqu’on voit se briser le vase qu’on prive d’air; lorsque la plus grande force est impuissante pour séparer les hémisphères de Magdebourg quand on y a fait le vide ; lorsqu’on voit l’homme le plus robuste avoir peine à soulever le piston