GO«IO

Au-dessus el au-dessous de la température de lOO*», point d'ébuilitioD sous la tension de O^'TG, la température d ekuHilion peut varier de l"" pour une variation de 0"*0267 dans la pression barométrique.

DE LA COMPRESSIBILITÉ DES FLUIDES ÉLASTIQUES. il

atmosphérique, à formuler, de la mauière suivante, cette loi qui a conservé le nom du dernier :

Les volumes quune même masse d'air présente^ à une température constantey sont inversement proportionnels aux pressions que le gaz supporte^ ou en d'autres termes, les densités de l'air, à température égale, sont proportionnelles aux pressions.

Un grand nombre d'autres physiciens se sont, depuis, occupés de la même question et ont soumis à Icxpcrieuce d autres gaz que Tair. Il semblait résulter de leurs travaux que Pair surtout et quelques autres gaz, comme l'oxygène, Thydrogcne, l'azote, l'oxyde de carbone et le bioxyde d'azote, se comporlaient suivant la loi de Mariette, au moins jusqu'à la pression de cent atmosphères; tandis que d'autres gaz, comme l'acide carbonique, l'hydrogène proto-carboné, etc., se comprimaient plus rapidement, c'esl-à-dire que, lorsqu'on réduisait leur volume, leur tension croissait moins rapidement que ce volume ne diminuait, au moins au delà de certaines limites de tension.

Dans ces derniers temps, M. Regnault a fait de nouvelles expériences sur différents gaz, à l'aide de procédés plus susceptibles de conduire à des résultats exacts, et ce sont ces résultats que nous adopterons, quoiqu'ils diffèrent notablement, en certains points, de ceux qui avaient été généralement admis jusqu'aujourd'hui.

Air atmosphérique. — D'après les expériences faites sur de l'air à la température constante de 4" à 5'', la tension de ce gaz croit plus lentement que son volume ne diminue; ainsi :

Un volume 1 sous la pression de 1" de mercure, réduit à ^ n'est porté qu'à la pression de l"997828au lieu de 2", » ai» » i'-gTOiAO » S"\

. à Vs « » 14-824843 » 15"',

d'après cela, le rapport de la tension effective à la tension calculée d'après la loi de Mariette, est:

Sous la tension de : 1™= 1,000000

i» DE U COMPRESSIBILITÉ DES FLUIDES ËUSTIQUES

Sous la tension de 5*" ^

ÏÔ 14,82484S

L'air se comprime donc plus rapidement que suivant la loi de Mariotte ou, en d'autres termes, sa force élastique croit moins rapidement que son volume ne diminue, et cet effet est d'autant plus prononcé que le gaz est déjà porté à une plus haute tension.

Azote. — Les expériences ont été faites à une température constante d'environ 3".

Un volume 1 sous la pression de 1" de mercure,

réduit à { n'est porté qu'à la tension de l'"998634 au lieu de S"*, » à J . » 4'»986760 » S",

» à ^ . . 9«'943390 . lO",

» à jV » » 14"'873770 » 13-",

Rapport de la tension effective à la tension d'après la loi de Ma-

riolte :

Sous la tension de l" rapport 1,000000

Acide carbonique. — Les expériences ont été faites à une température constante de 2° à 4° environ.

Un volume 1 sous la pression de 1 '° de mercure, réduit à | n'est porté qu'à la tension de 1"'98292aulieude 2">,

.ai . . 4-82880 » S",

à ^ . . i3'"1869Ji . IS",

à ^ . . 1 6-70540 . ae-".

Rapport de la tension eiïective à la tension d'après la loi deMariotte:

Sous la tension de 1*" le rapport =

Même résultat que pour l'air atmosphérique, mais beaucoup plus prononcé.

Hydrogène. Les expériences ont été faites à une température constante de 3*50 à 4''50.

Uu volume 1 sous la pression de 1 ■" de mercure, réduit à | est porté à la tension de 2"'001110aulieude 2", . à I » . 5-011615 » 5",

Rapport de la tension cfTective àla tension d'après la loi deJViariotle:

Sous lu tension de !■" le rapport =

Sous la tension de 10" le rapport == — '-—- = 1,005607

. .8» . !ïd|M? ,.009310

L'hydrogène s'écarte donc de la loi de iMariotte en sens inverse des autres gaz.

On voit, d'après ces expériences, que pour les trois premiers gaz, la loi de Mariette peut être considérée comme une loi limite qui n est rigoureusement observée que lorsque les gaz sont inûniment dilatés, et dont ils s'écarient d'autaut plus, qu on les observe dans un plus grand état de condensation.

Il en serait probablement de même pour Thydrogène, mais en s'écartant de Tétat d'extrême dilatation, il opposerait une résistance élastique d'autant plus grande que son état de condensation serait devenu plus considérable. Pour les autres gaz, on présume que leur état moléculaire subit des altérations bien avant qu'ils arrivent à un étal de condensation sufiSsant pour les réduire en liquides, en un mot qu'ils subissent, pour ainsi dire, un commencement de liquéfaction. Cette supposition est d'autant plus plausible que d'autres expériences montrent que plus les gaz sont pris à une haute température sous la même tension initiale, c'est-à-dire dans un état plus éloigné de leur point de liquéfaction, moins ils s'écartent de la loi de Mariette. Quant

ta cause de la sineulière anomalie nue présente riiydroiîène et ijpuI-

et que cel effet inverse irail en croissant jusqu'au moment de sa liquéraclion.

De ces remarquables expériences sur les quatre gaz que nous avons indiqués, on peut encore tirer la conclusion que: si, dans une capacité cylindrique fermée d'un côté par un piston mobile, on introduit de Fair, de Tacide carbonique ou de Tazole, à la température ordinaire, puis qu'on laisse le piston se mouvoir sous l'influence de la pression intérieure ou qu'on le mette en mouvement à l'aide d^une force, cette pression décroîtra moUis rapidement que suivant la loi de Mariotte, si on mainlient la température constanle, eiplus rapidementy si le gaz est de l'hydrogène. Dans les deux cas, la question se complique du refroidissement que subit tout gaz qui se dilate quand on ne lui restitue pas sa température initiale qui est abaissée continuellement par la dilatation; d'où résulte une diminution encore plus rapide de la tension.

Compressibilité des vapeurs. — Lorsque l'on fait varier le volume d'une vapeur, il peut se présenter deux cas différents; cette vapeur peut être à une température supérieure à celle qui correspond à sa tension, ou présenter précisément la température correspondante à cette tension, de manière à constituer l'élat de saturation.

Dans le premier cas, la vapeur est un véritable gaz permanent, au moins tant que sa tension n'atteindra pas la limite qui correspond à sa température, et on pourra diminuer, ou augmenter, son volume sans produire de condensation partielle. Aucune expérience n'a été faite, ou au moins publiée, jusqu'à présent, sur la loi que suit la teusion pendant les variations du volume des vapeurs de substances qui subsistent à l'état liquide aux températures ordinaires, mais il est présumable que ces vapeurs se comportent alors comme les gaz permanents et suivent approximativemcmeut la loi de Mariotte, lorsque les températures sont bien supérieures à celles qui correspondent aux tensions, et s'en écartent davantage quand les tensions se rapprochent de la limite qui constitue l'état de saturation ; en supposant, bien entendu, la température constante; de sorte que l'on peut, vraisemblablement dans la pratique, les traiter comme les gaz permanents, au moins jusqu'à l'époque où l'on aura véridé directement de quelle façon elles se comportent pendant les variations de volume.

Dans le second cas, c'est-à-dire lorsque la vapeur se Irouve à Télat de saturation, les phénomènes sont bien diiïérenls, suivant que Ton procède par voie d'augmentation ou de diminution du volume.

Si le volume augmente, la vapeur saturée diminue de tension suivant une loi qui est encore inconnue, et sur laquelle on n'a fait jusqu'à présent qu'un petit nombre d'expériences peu concluantes que nous aurons l'occasion de citer plus tard.

Si, au contraire, le volume diminue, une partie de la vapeur saturée se condense, de manière que si les parois du vase qui la renferme laissaient, à chaque instant, passer de dedans en dehors une quantité de chaleur égale à celle qui constituait à l'état de vapeur la portion qui se condense, la diminution de volume de la capacité représenterait, aussi à chaque instant, le volume de vapeur condensée. Dans ce cas, la température et la tension du surplus resteraient invariables.

Dans l'hypothèse où les parois du vase qui contient la vapeur que l'on comprime ne laisseraient passer aucune parcelle de chaleur, la partie condensée abandonnerait la chaleur qui la constituait à l'état de vapeur, et cette chaleur servant à élever la température générale dans l'intérieur du vase, il en résulterait que la tension de la vapeur non condensée irait en croissant, sans que celle-ci cessât d'être à l'état de saturation et, à chaque instant, la tension de la vapeur serait correspondante à la température intérieure.

Il est évident que cette imperméabilité à la chaleur des parois de la

lacilé qui conlictil b vapeur, ne nctit être réalisée dans la plupart

imperméables à la chaleur, il faudrait placer le vase lui-même dans an milieu qui présentât, à chaque instant, la même température que celle qui exisle dans son intérieur et qui varie suivant que Ton comprime ou que Ton dilate la vapeur qu'il contient. Les considérations qui précèdent suffiront pour analyser les phénomènes que présentent les vapeurs séparées du liquide générateur dans les différentes circonstances où Ton voudra les supposer placées.

Quant aux effets qui résultent de la compression ou de la dilatation des vapeurs qui sont en contact avec le liquide générateur, nous les avons exposés plus haut, lorsque nous nous sommes occupés de la saturation j et il est inutile dV revenir ici.

C'est à Wilke, physicien suédois, que Ton doit Timportante découverte des diverses capacités des corps pour la chaleur. Il prouva, eu 1792, par des expériences très-simples, que pour élever la température de 1 kil. de différents corps, de l'' du thermomètre à mercure, il fallait des quantités de chaleur très-variables.

Les quantités relatives de chaleur absorbées par un même poids des corps de nature quelconque, pour élever leurs températures de 1", se nomment les chaleurs spécifiques ou les capacités calorifiques de ces corps ; et pour mesurer ces diverses capacités, on a pris pour terme de comparaison la quantité de chaleur qu'absorbe 1 kil. d'eau à O"" pour passer à la température de 1°. Cette unité de chaleur a reçu, comme nous 1 avons déjà dit précédemment, le nom de calorie,

La chaleur spécifique d'un corps est donc d'autant plus grande qu'il exige plus de chaleur pour éprouver un changement de température de l"". Mais il faut remarquer que celte capacité caloriOque peut être variable pour un même corps, à diverses températures. Ainsi, il peut exiger plus de chaleur pour passer de la température 60'' à 61'' que pour passer de S*" à 5*"; on dit alors que sa capacité calorique est croissante.

5i DES CHALEURS SPÉCIFIQUES ET LATENTES.

Lorsque, sous linfluence de la chaleur, les corps cliangetil radicalemenl d'élal, passent de Télal solide à Télal liquide ou de lëlat liquide à Télal gazeux, il se présenle un nouveau phénomène; la chaleur qu^ou leur communique ne produit plus d'augmentation de température, elle ne sert qu'à accomplir Ténorme modification qui se produit alors dans Télat moléculaire de ces corps, et la quantité qui est employée à produire cet effet ne peut en aucune façon êlre pressentie par les indications du thermomètre qui demeure immobile, tant que l'opération n'est pas complète. La quantité de chaleur qui passe ainsi dans un corps pour produire sa transformation de solide en liquide ou de liquide en vapeur, et qui n'agit point sur le thermomètre, se nomme chaleur latente. Ce terme n'exprime que fort incomplètement le phénomène dont il s'agit, car si cette chaleur est latente, ou cachée, relativement au thermomètre, elle ne l'est nullement par rapport à tous les autres effets physiques ou chimiques qu'elle produit sur le corps; il vaudrait mieux employer l'expression déjà adoptée par quelques physiciens, de chaleur de liquéfaction ou de chaleur de vaporisation^ suivant qu'elle sert à l'accomplissement de l'un ou de l'autre de ces deux phénomènes.

Black, vers le milieu du dernier siècle, et avant que Wilke produisit les résultats de ses recherches sur les différentes capacités calorifiques, avait déjà fait des expériences pour mesurer les quantités de chaleur que l'eau, sans changer de température, absorbe pour se transformer en vapeur, mais le peu de précision que comportait son

pour déterminer à la fois la deosilé de la vapeur d'eau saturée sous différentes pressions et sa chaleur latente dans les mêmes circonstances, avaient cru trouver les preuves d'une loi bien différente, qui prit le nom de loi de Southern, et que voici :

La chaleur absorbée dans le passage de Vétat liquide à l'état gazeux, est constante pour toutes les pressions, et l'on obtient la chaleur totale nécessaire pour transformer en vapeur 1 kiL d'eau à 0°, en ajoutant à la chaleur latente, qui est de 550 calories, le nombre qui représente la température de la vapeur. Pendant longtemps la loi de Southern fut admise par les mécaniciens anglais et celle de Clément et Désorroes par les mécaniciens français, sans que Ton se préoccupât beaucoup de leur vérification, et quoiqu'il fut devenu probable, à la suite de quelques expériences de M. Desprctz et de M. Dulong, que la chaleur totale nécessaire pour transformer 1 kil. d'eau à 0** en vapeur, fut croissante avec la température, mais non aussi rapidement que suivant la loi de Southern.

Dans ces derniers temps, M. de Pambour crut trouver une confirmation de la loi de Clément et Désormes dans quelques expériences qu*il fit sur une locomotive. Il observa que la vapeur se formant dans la chaudière sous une pression absolue de 2,7 à 4,4 atmosphères et s'échappant, après avoir produit son travail, sous une pression de 1,40 à 1,03 atmosphères, présentait exactement, à sa sortie, la même température que si elle était à l'état de saturation ; d'où il conclut que la vapeur saturée contenant la même quantité de chaleur à toutes les tensions et à toutes les températures, un poids donné de vapeur devait, pendant son accroissement de volume, conserver son état de saturation et prendre successivement toutes les températures correspondantes à sa tension dans cet état de saturation ; tandis que, suivant la loi de Southern, un poids donné de vapeur saturée contenant d'autant moins de chaleur qu'il est à une plus basse pression, la chaleur pendant l'accroissement de volume se serait trouvée en excès pour maintenir l'état de saturation, et cette vapeur aurait passé à l'état non saturé en conservant une température supérieure à la température correspondante à sa tension dans l'état de saturation.

Cependant il est clair que ces expériences, dont les conséquences ont été formulées dans l'hypothèse de vapeurs entièrement dépouillées

de particules liquides, ne peuvent rien prouver pour ou contre Tune ou lautre des lois rappelées ci-dessus, dans les circonstances où elles ont été faites.

La vapeur, en passant de la chaudière dans le cylindre d'une machine, emporte toujours avec elle une notable quantité de particules liquides à la même température, ce qui est prouvé par un grand nombre d'observations diverses et, entre autres, par celle-ci : que dans les machines les mieux construites et les plus exemptes de fuites, il y a toujours une grande différence entre la quantité d'eau nécessaire pour alimenter les chaudières et la quantité représentée par la dépense de vapeur supposée sèche. Or, cette eau, à 1 état liquide et à la même température que la vapeur avant son accroissement de volume, joue un rôle très-important dans l'opération.

Lorsque la tension sur la surface de ces particules qui tapissent le cylindre à l'état de gouttelettes, vient à diminuer, elles se trouvent à une température supérieure à celle qui correspond à la pression qu'elles supportent, et elles se réduisent partiellement en vapeur en empruntant leur chaleur de vaporisation à la partie qui reste liquide et se refroidit, et aux parois du cylindre; de sorte que tout se passe, à peu près, comme dans une chaudière où la vapeur est en contact avec le liquide générateur, et il ne peut sortir du cylindre que de la vapeur saturée, quelleque soit la loi qui régisse la formation des vapeurs.

Ces expériences, où l'on a négligé le phénomène capital de la disparition d'une notable quantité de chaleur^ sur lequel nous revien-

de vaporisation proprement dite est égale à leur différence pour cette température.

Chaleur spécifique de Veau aux diverses températures. — Les physiciens ont généralement admis, jusqu'aujourd'hui, que la capacité calorifique de Teau liquide est constante, c'est-à-dire qu'il faut la même quantité de chaleur pour élever 1 kil. d'eau de 0° à 1° ou de 100° à 101'* ou de SOO'' à SOI''; mais les expériences, dont il est question ici, ont démontré que cette supposition n'était point exacte. La capacité calorifique des liquides augmente avec la température, d'autant plus rapidement que leur coefficient de dilatation est plus considérable, ce qui tient probablement à ce que, dans réchauffement de ces liquides, la chaleur se partage en deux parties dont l'une produit les effets thermométriques ou l'augmentation de température, et dont l'autre produit l'accroissement de volume ou la dilatation ; et comme ce dernier effet augmente avec la température, on peut croire, avec quelque apparence de raison, que la quantité de chaleur à laquelle il est dû doit augmenter en même temps. Cependant on peut voir par les nombres compris dans la colonne 4 du tableau général (page 27), qui n'est qu'un résumé des expériences de M. Regnault, que la loi d'accroissement est très-lente. Ainsi, par exemple : si pour élever 1 kil. d'eau de 0** à lOO"", il faut 100, S fois autant de chaleur que pour l'élever de 0** à 1*», ou 100,5 calories, il n'en faudra pas plus de 203,2 pour porter la température de cette eau de 0° à 200*». On pourra donc, dans la plupart des cas, considérer la chaleur spécifique de l'eau liquide comme constante, et il sera facile de reconnaître dans quelles circonstances l'erreur que Ton commettrait ainsi, deviendrait trop considérable pour être négligée.

Chaleur totale de la vapeur aux diverses pressions. — Nous avons inscrit, dans la colonne 6 du tableau général (page 27), les résultats des expériences de M. Regnault. Elles démontrent que la loi des chaleurs totales de la vapeur d'eau aux diverses pressions, n'est ni la loi de Southern ni la loi de Clément et Désorroes; elle tient une sorte de milieu entre les deux. Les chiffres contenus dans cette colonne ont été déterminés par la formule :

Q est la ehaleur totale de la vapeur à la température T; 606,5 le

nombre de calories que contient 1 kil. de vapeur saturée à O*". Celle formule, proposée par M. Regnaull, s'accorde parfaitement avec les résultats de ses expériences, et les petites différences qui peuvent exister entre ses indications et celles qui ont été recueillies directement, ne dépassent pas la limite des erreurs possibles dans ces expériences.

D'après cette formule, la chaleur totale renfermée dans 1 kil. de vapeur saturée à la température T, est égale à la quantité de chaleur que contient 1 kil. de vapeur saturée à 0°, augmentée du produit 0,305 T. La fraction 0,305 est donc une capacité calorifique particulière de la vapeur d*eau, différente des capacités calorifiques des gaz à volume constant, ou à pression constante, mais en relation intime avec ces dernières. C'est la fraction de calorie qu'il faut fournir à 1 kil. de vapeur saturée, pour élever sa température de !•, lorsque l'on comprime en même temps cette vapeur, de manière à la maintenir à l'état de saturation.

La colonne 5 du même tableau indique les quantités de chaleur nécessaires pour transformer en vapeur à une température quelconque 1 kil. d'eau pris à la même température. Les chiffres contenus dans celte colonne n'expriment, évidemment, que la différence entre la chaleur totale de la vapeur et la chaleur de l'eau liquide à celte température.

Dans les deux cas, la chaleur spéciGquc est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de l*' centigrade la température de 1 kil. dufluide.

La première de ces chaleurs spécifiques est la seule qui puisse être

assimilée à la capacité caloriOque des solides et des liquides, et c'est

aussi la seule qui ait reçu une détermination expérimentale directe.

On ne possède éticore aucune donnée bien positive sur la seconde qui

est la moins considérable des deux. Ainsi, pour citer un exemple : s'il

faut, pour élever de 1^ centigrade, la température d'une masse d'air

dont on maintient la tension constante en augmentant son volume, une

certaine quantité de chaleur, il ne faudrait, d'après quelques expé-

\ riences très-indirectes de M. Dulous, que . ,^^ = 0,7037 de celte

chaleur pour élever de 1° la température de la même masse d'air enfermée dans une capacité invariable. De plus, d'après MM. Gay-Lussac et Waller, il paraîtrait que le rapport de ces deux chaleurs spécifiques serait sensiblement constant à toutes températures et à toutes tensions pour un même gaz; mais ce résultat a besoin d'une vérification directe.

En attendant la publication complète des expériences entreprises par M. Regnault sur ce sujet, nous citerons quelques-uns des résultats qu'il a communiqués à TAcadémie des sciences sur la chaleur spécifique de quelques fluides élastiques, sous tension constante.

D'après ces expériences, la chaleur spécifique de l'air relativement a l'eau, est :

entre — 30*> et + 10% égale à 0,2379, entre + lO'' et + 100% égale à 0,2370, entre 0« et -f 225% égale à 0,2366.

Ainsi, contrairement à certaines expériences de Gay-Lussac, la chaleur spécifique de l'air ne varierait pas sensiblement avec la température. Des expériences sur d'autres gaz ont conduit aux mêmes résultats.

Dans d'autres expériences sur l'air atmosphérique, à des tensions variant de 1 à 10 atmosphères, M. Regnault n'a pas trouvé de différence sensible entre les quantités de chaleur qu'une même masse de gaz abandonne en se refroidissant d'un même nombre de degrés; donc.

fiO

coDlrairemcnt aux idées reçues , la cfialeur spécifique d'une même masse de gaz serait indépendante de sa densité.

Pour lermiuer ce que uous avons à dire sur ce sujet, nous indiquerons les résultats obtenus par M. Despretz sur la chaleur latente, ou de vaporisation, de Talcool, de Téther et de Tessence de térébenthine et ceux que M. Regnault a trouvés sur la chaleur spécifique de divers gaz et vapeurs.

TEIPtRATURE

D^éBOLLlTION tous 0«76

de mercure.