Ï12 COMPOSITION DE L'ATMOSPHÈRE

des o,oa5, donne le volume, du gaz azote de Pair analysé. En retranchant ce volume de celui primitif de la masse d'air essayé , on a la proportion du gaz oxigéoe contenu dans cet air \

Les différentes expériences faites avec cet eudioraètre s'accordent toutes dans leur résultat , et elles indiquent constamment que les proportions des parties constituantes de l'air sont toujours les mêmes ; savoir : environ 0,2 1 de gaz oxigène, et 0,79 de gaz azote.

Schéele et Lavoisier trouvèrent 0,27 d'oxigéne; mais leur méthode n'était pas susceptible de précision. L'air ne varie donc pas dans sa composition ; la proportion entre ses parties constituantes est constante dans tous les lieux et à toutes les hauteurs. Gay-Lussac a pris de l'air à une élévation de plus de 6400 mètres au-dessus de Paris, et il s'est assuré qu'il était précisément composé de la même manière que l'air pris à la surface de la terre *.

Mais a 10 centimètres cubes de gaz oxigène pèsent a8i milligrammes ; et le poids de 790 centimètres cubes de gaz azote est de 925 milligrammes ; en réunissant ces deux quantités on aura pour le poids de 1000 centimètres cubes ( 1 décimètre cube) d'air commun, i|*ao6. Ce résultat excède un peu celui des expériences de Shuckburg , qui ne trouva que i*ao5; la différence, très-peu sensible , provient vraisemblablement d'une petite erreur dans les pesanteurs spécifiques des différens gaz. Suivant^on évaluation , 1 00 parties d'air se composent, en poids , de

23,299 Oxigène.

76,701 Azote.

déiertmn.tion Dans toutes les analyses de l'air, il est nécessaire - de coule i'aîM«rtf naître la densité de celui sur lequel on opère , et d'avoir soin

ieq<3«ioa op«r« Qt)e k résidu ne soit ni plus condensé ni plus dilaté que ne 1 était l'air lorsqu'il fut mis en expérience. S'il en est autrement, les résultats des expériences ne méritent aucune cou-

* M. Ptpys a inventé un appareil très- convenable pour les expériences eudiomêtriques. Il en a donné la description dans les Transactions philosophiques pour 18C7.

! m. Mag. XXÏ , 22$.

▲ m. si3

fiance, quelqu'attention qu'on ait mise d'ailleurs à les bien faire. Or il est trois circonstances qui peuvent altérer le volume de Pair et d'autres fluides élastiques : i°. un changement dans l'élévation du baromètre ; a°. une augmentation ou une diminution dans la quantité de ces fluides ; le vaisseau qui les contient restant le même, et posant sur la même quantité d'eau ou de mercure j 3°. un changement dans la température de Pair.

j . La densité de l'air et d'autres fluides élastiques , est Con-mtot toujours proportionnelle à la force qui comprime. Or cette l'air à une pr«*force est le poids de l'atmosphère , dont l'élévation du baromètre est la mesure. Si ce poids diminue, la densité des fluides élastiques décroît dans la même proportion, et par conséquent leur volume augmente j de même que cette densité devient plus grande , et leur volume moindre, en raison de ce que la pression augmente par le poids plus considérable de l'atmosphère. En conséquence, si, pendant qu'une expérience se fait , l'élévation du baromètre varie, le volume du résidu ne sera plus le même qu'il l'eût été si ce changement n'avait pas eu lieu -, ou fera donc erreur, à moins qu'on ne ramène le résidu à ce qu'il aurait dû être sans cette altération , ce à quoi on parv ieut facilement par une formule trèssimple.

Il a été constaté en physique que les volumes d*air sont toujours eu raison inverse des forces qui compriment. Soit donc m la hauteur du baromètre au commencement d'une expérience, n cette hauteur à la fin, v le volume du gaz le baromètre étant à «, et x son volume en supposant le baro-

mètre à m ; on a n * m \ *x • 1;, et par conséquent x s= J

ru

de manière que pour trouver le volume cherché il ne faut que multiplier le volume obtenu par l'élévation actuelle du baromètre, et diviser ensuite par celle qu'il avait au cora mencement de l'opération; et en général, pour réduire un volume d'air à celui qu'il occuperait, en supposant le baromètre à 76 centimètres , il suffit de l'emploi de la formule ci-dessus, en substituant a m 76 centimètres.

2. Lorsque de l'air est renfermé dans une cloche placée commet sur l'eau ou sur le mercure, sa densité n'est pas la mêraecn£i iV*' que celle de l'atmosphère, à moins que sa surface inférieure i*a^l^*'1'

3l4 COMPOSITION D« l'àTM OSPHiRB.

dans la cloche ne soit exactement de niveau avec la surface

du liquide sur lequel elle pose.

Soit A une cloche contenant de Pair , I) et B C la surface de l'eau ou du mer- — 1D

cure dans la cuve sur laquelle la cloche y >— s f

est renversée. L'air dans la cloche ne \ Mk / sera de la même densité que l'air exté- \ / rieur qu'autant qu'il remplira exactement cette partie de la cloche au-dessus de BC. S'il n'en remplit seulement que la portion entre A et Z>, tandis que l'eau ou le mercure s'élève jusqu'en Z>, l'air sera plus dilaté que celui extérieur , parce qu'il n'est alors comprimé que par le poids de l'atmosphère , diminué de celui de la colonne de mercure ou d'eau Dm; d'un autre côté, si l'eau ou le mercure ne s élève dans la cloche qu'en Ey l'air y sera plus dense que l'air extérieur , parce qu'il est comprimé et par le poids de l'atmosphère et par celui de la colonne de mercure ou d'eau m E. 11 importe donc, dans tous les cas, de mettre la surface inférieure de l'air dans la cloche en niveau parfait avec la surface de l'eau ou du mercure daos la cuve. Mais dans les expériences eudiométriques cela est souvent impossible, parce qu'une portion de l'air étant absorbée, quoique l'eau ou le mercure sur lesquels la cloche est renversée ne s'élève d'abord qu'au niveau en m , cependant l'absorption qui a lieu fait monter le liquide de quelques millimètres D au-dessus de m. Il en résulte mie l'air qui reste après l'expérience se trouve être dans un état de dilatation qu'il faut réduire, par le calcul au volume que cet air aurait occupé s'il fût reste dans Je même état de compression qu'au commencement de l'expérience. On fera facilement cette réduction au moyen de la formule qui suit.

Supposons que l'expérience se fasse sur le mercure. Soit H l'élévation du baromètre au commencement de l'expérience, h la longueur de la colonne de mercure mDy v le volume de l'air dans AD, et x le volume que l'air aurait en supposant D en coïncidence parfaite avec m \ alors on a

JJlH—hl Iv^xet x = soit ainsi H = 760

millimètres. //= i2j millimètres, et vzzz&^vin cubes : alors * = aT^i Cubes ; de manière que sans cette correction

*JLV. 3l5

l'erreur ne s'élèverait pas à moins de 546 centimètres cubes , ou d'environ 0,1 5 du tout Lorsque l'expérience se fait sur l'eau , la même formule s'y applique ; mais alors ou devra multiplier H par |3,6, parce qu'il faut une colonne d'eau i3,6 fois plus longue que celle de mercure pour produire la même pressiou. Daus ce cas, eu supposant les nombres comme ci - dessus , on aurait x =s 3*^*237 cubes , de ma* nière que l'erreur dans l'expérience sur l'eau ne serait que de 4° centimètres cubes, ou d'environ les 0,01 25 du tout.

3. On peut plus aisément encore se tenir en garde contre c«»H«ratton un changement de tempérai lire dans les expériences eudio- u tj^^ufi métriques , puisqu'elles se font ordinairement dans l imé» ieur des maisons; mais lorsque ce changement a lieu, il en résulte altération daus le volume de l'air ; il est dilaté lorsque le changement de température est en augmentation, et condensé s'il est en diminution. On peut fncilement rectifier cette erreur à l'égard de l'air et de tous les autres gaz en augmentant ou en diminuant leur volume apparent par chaque degré de variation dans le thermomètre, suivant la table précédemment donnée des dilatations des gaz *.

SECTION IL

De ?Eau.

Il a ete connu de tout temps que 1 atmosphère contient de 1 eau. La pluie et la rosée qui s eu précipitent si fréquemment, ruaMpur*. les nuées et les brouillards qui l'obscurcissent si souvent , et qui déposent de l'humidité sur tous les corps qui y sont exposés, sont autant de phénomènes qui démontrent l'existence de l'eau dans l'air. Lors même que I atmosphère est parfaitement transparente, on peut lui enlever de l'eau en abondance à laide de certaines substances. C'est ainsi qu'en exposant à l'air de l'acide sulfurique concentré, il en attire par degrés assez d'humidité pour augmenter jusqu'à plus de trois fois son poids. Il devient acide étendu dont on peut séparer l'eau par distillation. Les substances qui ont la pro-

♦ Vol. 1, p. 78.

ai6 COMPOSITION DE l ATMOSPHERE.

priété d'attirer l'eau de l'atmosphère ont reçu la qualification Shygrosco piques 9 comme indiquant la présence de cette eau. Tels sont l'acide sulfurique, les alcalis fixes, les hydrocblorale.et nitrate de chaux, et en général tous les sels déliquescens. Il en est de même de la plupart des substances animales et végétales. Beaucoup de ces substances

}3rennent l'eau à l'air humide, mais elles la restituent à l'air orsqu'il est sec. Ces corps augmentent de volume en recevant 1 humidité, el perdent cette augmentation lorsqu'ils labaudounent ; d'où il suit qu'un en a employé quelques-uns comme hygromètres ou comme moyens de mesurer la quantité dliuindiqué» nudité contenue dans l'air environnant. Cette indication rél'hygromètre, suite du changement que les substances employées comme hygromètres éprouvent dans leur longueur par l'effet d'une addilion ou d'uue soustraction d'humidité , changement qu'oQ détermine avec précision, au moyen d'un index. Les hygromètres les plus ingénieusement établis et les plus exacts soot ceux de Saussure , de Deluc et de Wilson. Dans le premier, la substance employée pour dénoter 1 humidité est un cheveu, oui par ses contractions et ses dilatations fait mouvoir un index. Dans le second, au licu d'un cheveu, c'est d'uue lame de baleine extrêmement mince dont on se sert pour cet objet. En plaçant ces substances, d'abord dans un air le plus parfaitement desséché possible au moyen de sels, et ensuite dans un air saturé d'humidité, on a deux points extrêmes dont on divise l'intervalle en cent parties égales ou degrés. Le haut de cette échelle ainsi construite indique la sécheresse extrême, et son point le plus bas dénote lt* maximum de l'humidité. Dans l'hygromètre de Wilson , qui est le plus simple de tous , la substance hygrométrique est une vessie de rat , oui, en se dilatant ou se contractant, fait varier l'élévation d'une colonne de mercure dans un tube thermométrique qui y est attaché, la vessie et une partie du tube étant remplis de mercure.

Dès qu'on ne peut plus révoquer eu doute qu'il existe constamment de l'eau dans l'atmosphère, il ne reste plus, à cet égard, que deux choses à rechercher; i°. l'état dans lequel l'eau se trouve dans l'air ; a°. la quantité qu'un volume donné d'air en contient.

Eut a* î>,tt I. Relativement à l'état de l'eau dans l'air, il y a deux opi- «u... i âic. D|ons ^ Qnt ^ |»unc et i'aulrç appuyées par des savaos

très-distingués, i*. L'eau peut être dissoute dans l'air de la même manière qu'un sel est tenu en dissolution par l'eau. L'eau, aprèsqu'elle a été convertie en vapeur, peut être mêlée dans cet état avec l'air.

1. Le docteur Hooke donna l'idée de la première de ces opinions dans sa Micrographia ; elle fut proposée depuis par le docteur HaUey9ct beaucoup plus complètement développée par M. Leroy de Montpellier, en 1761. Le docteurHainilton de Dublin présenta , à-peu-près à cette époque,, la même théorie ; elle se trouva parfaitement d'accord avec les phénomènes. La quantité d'eau que l'air peut tenir en dissolution devieut plus considérable à chaque augmentation de température, et elle diminue par le froid ; ce qui est précisément analogue à la manière de se comporter de la plupart des autres dissolvans. Ce sont ces analogies, ainsi que plusieurs autres ressemblances faciles à saisir, qui firent adopter cette opinion par le plus grand nomb. e des physiciens.

2. La seconde théorie, qui consiste à considérer l'can comme existaut dans l'air à l'état de vapeur, me semble avoir été celle que Deluc a embrassée , au-moins j'en juge ainsi d'après son dernier Traité sur la Météorologie; mais c'est Dalton qui, parles explications les plus précises à ce sujet, et les raisonnemens les mieux fondés , a presque mis la vérité de cette opinion au-dessus de toute objection*.

En premier lieu , on ne peut douter que l'eau qui existe A Vét tt dans l'air ne provienne originairement des eaux qui . à la sur- d( vaPf Jfface de la terre, sont exposées à l'action de l'atmosphère-, et en effet, nous voyons que l'eau, lorsqu'elle est abandonnée à l'air, v éprouve peu-à-peu une diminution de volume, et finit par disparaître entièrement. Cette diminution de l'eau peut être due, ou à ce que ce liquide se dissout par degrés dans l'air, ou à sa conversion en vapeur. C'est particulièrement ainsi qu'on considère cet effet de diminution en l'attribuant dans le langage ordinaire à Yévaporation de l'eau. Lorsqu'on place de ce liquide sous le récipient de la machine pneumatique, il diminue de volume, même plus rapidement que lorsqu'il est exposé à l'air libre ; et comme alors il n'y a pas présence d'air, la diminution du volume de l'eau ne peut provenir que de sa conversion en vapeur ; et c'est eu

* Manchester** Mcm. V, 5^ t.

ai8 composition »i l'atmospe***.

efTet ce qui a lieu, puisqtr'en examinant le récipient, on le trouve rempli d'eau a 1 état de vapeur. La présence de cette vapeur fait cesser très - promptemertt , par son élasticité , l'évaporation de l'eau. Or, puisque l'eau aisparaît également, que l'air soit présent ou non, et exactement de la même manière, on peut avec raison attribuer sa disparition dans l'un et l'autre de ces cas à la même cause; mais dans le ré* cipient de la machine pneumatique l'eau est convertie en vapeur. Il est donc probable quelle est aussi convertie en vapeur à l'air libre. S'il en est ainsi, Peau doit exister dans l'air à l'état de vapeur.

En second lieu, si la disparition de l'eau par son exposition à l'air était un effet de dissolution et non d evaporation, il est certain que cet effet devrait avoir plus rapidement lieu lorsque l'eau est soumise à l'action d'une quantité d'air comparativement plus grande ; car la quantité d'un corps quelconque dissous est toujours proportionnelle à la quantité du dissolvant ; mais c'est précisément le contraire qui a lien relativement à l'eau contenue dans l'air. Saussure a prouvé qu'elle s'évapore beaucoup plus promptement à de grandes hauteurs quà la surface de la terre, lors même que la température et l'bumidité de l'air dans l'un et l'antre de ces lieux sont les mêmes. En comparant une suite d'expériences faites sur le Col du Géant, à la hauteur de 344om«tres au-dessus du niveau de la mer, avec des expériences semblables faites à Genève à 4<>o mètres également au-dessus du niveau de la mer , il s'assura , qu'en supposant la même température et le même état de sécheresse de l'air dans les deux points, la quantité d'eau évaporée à Genève est à celle évaporée sur le Col du Géant, dans le même temps et à circonstances égales l * 37 * 84 ou à-peu-près * * 3 * 7. Or , l'air sur le Col du Géant est des o,33 euviron plus rare qu'à Genève ; de manière qu'une diminution des o,33 environ dans la densité de l'air accélère de plus du double la marche de l'évaporation * ; c'est précisément ce qui doit avoir lieu si l'eau qui disparaît ne se mêle avec l'air qu'à l'état de vapeur, tandis que ce devrait être le contraire dans le cas où cette disparition de l'eau serait l'effet de la puissance dissolvante de l'air.

* Saussure , Voyage dans les Alpes. IV, a63.

En troisième lieu , il a été démontré par le docteur Black ue la vapeur est de l'eau combinée avec une certaine dose e calorique. Par conséquent lorsque l'eau est convertie en vapeur, une certaine portion de calorique s'y combine et disparaît. Si donc il y a la même déperdition de calorique, toutes les fois que l eau passe de sou état liquide dans 1 atmosphère comme partie composante , on en peut conclure avec raison qu'elle n'y entre ainsi qu'à l'état de vapeur. Or c'est un fait bien connu que l'évaporation spontanée produit toujours du froid •, c'est-à-dire , que l'eau , lorsqu'elle dis*» paraît, entraîne avec elle une certaine quantité de calorique. On sait aussi que lorsqu'un corps moite est exposé à l'air , sa température s'abaisse en vertu de l'évaporation qui s'opère à sa surface. C'est par cette raison que dans les pays chauds on fait rafraîchir l'eau en la mettant dans des vases poreux qu'on expose à l'air; cette eau pénètre à travers les vaisseaux, s'évapore à leur surface, et entraîne assez de calorique pour que , même dans certains cas, l'eau se gèle dans les vaisseaux. Saussure observa que l'évaporation à la surface de la neige fondante la faisait congeler de nouveau lorsque la température de l'air environnant était de quelques degrés au-dessous du terme de la congélation. Il a été rendu probable par le docteur Black , que la quantité de calorique qui disparaît pendant l'évaporation spontanée, est aussi considérable que ceHe qui est nécessaire ponr convertir l'eau en vapeur. On en peut donc justement conclure que l'eau, lorsqu'elle s'évapore spontanément, est toujours convertie en vapeur, et que par conséquent ce n'est que dans cet état qu'elle entre dans l'atmosphère.

En quatrième lieu , Dalton a démontré que l'eau qui existe dans Pair a précisément le même degré d'élasticité que lorsqu'elle est à l'état de vapeur dans le vide à la même température ; d'où il suit évidemment que ce n'est pas à l'état d'eau qu'elle est dans l'air , mais à celui d'un fluide élasti* que ou vapeur.

Ainsi donc nous sommes autorisés à conclure .que l'eau qui existe dans l'amosphère y est à l'état de vapeur.

II. On avait fait beaucoup de tentatives pour trouver le Quantit* moyen de mesurer la quantité d'eau contenue dans l'air ; vafli,r. mais ce n'est que par les expériences hygrométriques de Saussure qu'on a pu en avoir, pour la première fois, une

120 COMPOSITION I>E L ITMOSPHiRE. '

évaluation exacte. 1! résulte de ces expériences, qu'un décimètre cube d'air, saturé d'eau à U température de 190 centig., ne contient qu'environ 19 milligr. de ce liquide; mais les expériences de Dalton sur ce sujet étaient susceptibles d une précision encore plus rigoureuse. Comme la plus grande partie de l'eau de l'atmosphère est à l'état de vapeur dont l'élasticité dépend de la température, il est évident que celte élasticité , s'il est possible de la déterminer, doit être la mesure de la quantité de vapeur qui existe dans l'atmosphère, la température étant la même. Or, pour parvenir à celte évaluation de 1 élasticité ou de la force de la vapeur, Dalton employait le moyen suivant, imaginé originairement par Leroy. Mrtbode de 11 prenait un vase de verre élevé et cylindrique , bien sec à ^aSEriE^ l'extérieur, et il le remplissait d'eau de source, froide, fraicbel ël«p«!r.del*ment t,r^e Pu'ts- S 'I se formait immédiatement de la rosée sur les parois extérieures du vase, il en retirait l'eau et la laissait augmenter en température ; il essuyait et séchait bien l'extérieur du vase avec un linge , puis il y remettait l'eau, 11 continuait ainsi jusqu'à ce qu'il ne se formât plus de rosée; il observait alors la température de l'eau, et la quantité qui y correspond dans la table dont nous avons déjà parlé * , était la force de la vapeur dans l'atmosphère. 11 faut que cette expérience se fasse en pleiu air ou à une fenêtre, parce que l'air intérieur est généralement plus humide que celui du dehors. L'eau do source est ordinairement à environ io° cenîig., et conviendra la plupart du temps pour cet objet dans les trois mois les plus chauds de l'année; dans les autres saisons, il fout un mélange artificiellement refroidi.

Il résulte des expériences de Dalton, que la quantité de vapeur dans l'atmosphère est variable. Dans la zone lorride sa force est de i5 à a5 millimètres de mercure ; en Angleterre elle s'élève rarement à i5 millimètres, mais dans l'été elle est souvent de 12,5 millimètres, et en hiver elle est audessous de a^Si de mercure *.

Ces faits nous suffiraient pour connaître la quantité absolue de vapeur contenue dans l'atmosphère dans tous les temps, si nous étions, certains que la densité et l'élasticité des vapeurs suivent précisément la même loi que celle des gaz, ainsi que

« Vol. I , p. 1 1 3.

» Dation , Manchester** Mémoire. V, 547.