CHALEUR LATENTE DE VAPORISATION

Eau '. . . 636

Alcool absolu 264

Ether sulfureux 91

27. Chaleur de vaporisation et chaleur latente de vaporisation FOUR L*BAU. — D'après M. Regnault, la quantité de chaleur néces-^ saire pour élever 1 kilogramme d'eau de degré à t degrés et pour le vaporiser à cette température est donnée par la formule

Si l'on suppose que la capacité calorifique de l'eau liquide est constante, quelle que soit la température, et qu'elle est égale à 1 , la quantité de chaleur nécessaire pour élever 1 kilogramme d'eau de 0** à ^ est t ; par suite Q — t représente la chaleur latente pour la vaporisation à t degrés, et l'on a Q — < = 606,5 — 0,695 1. Donc la chaleur latente décroît quand la vaporisation est retardée.

D'une manière 'plus exacte, la chaleur latente de Teau égale Q diminué de la quantité de chaleur nécessaire pour élever l'eau de à t degrés et qui est t + 0,00002 fi + 0,0000009^. Représentons par L,,. la chaleur latente de vaporisation pour la température ^, on a

L,=606,5— 0,695 <— 0,000 02fi — 0,000 000 3 1\ Equivalence du travail et de la chaleur

28. Chaleur jy&vELow&R par le frottement. — Citons les faîta principaux qui prouvent l'équivalence du travail et de la chaleur Commençons par ceux qui dépendent du frottement.

Quand on met deux corps en contact, les aspérités qu'ils présentent s'engagent les unes dans les autres. Si on les fait se déplacer l'un sur l'autre, il en résulte une résistance d'autant plus forte que les surfaces sont moins unies et sont plus fortement pressées. Les sauvages obtiennent du feu en faisant tourner rapidement un fuseau de bois dur qui frotte sur du bois d'une autre essence.

Par le choc d'un morceau d'acier contre une pierre dure, on détache des parcelles d'acier qui sont portées à une température assez élevée pour qu'elles puissent brûler.

Quand on lime du fer ou quand on le tourne, il s'échauffe, ainsi que les outils. Rumfort fit forer la masselotte d'une pièce de canon sortant de la fonderie et mesura l'élévation de la température produite par le travail du foret.

M. Joule a obtenu une élévation de température dans un liquide frottant contre des corps solides constitués par des palettes mobiles attachées à un axe de rotation et des palettes fixes attachées aux parois du vase contenant le liquide.

29. Chaleur déqaqée dans les changehekts d']£tat des cobps.— Les corps qui passent à la filière s'échauffent.

Une lame métallique que l'on ploie en divers sens s'échauffe, même quand la flexion ne dépasse pas la limite d'élasticité.

Les métaux s'échauffent sous le choc des marteaux.

En rapprochant les faits cités dans ce paragraphe des phénomènes étudiés précédemment, on dira que toute la chaleur donnée à un corps pendant que sa température augmente n'est pas employée en totalité à cette élévation' de température, mais qu'une partie correspond au travail des forces intérieures ou forces moléculaires et au travail des forces extérieures. Ainsi, dans la fusion, il y a absorption de chaleur latente, parce qu'il se produit un travail moléculaire considérable. Dans la vaporisation, l'absorption de chaleur latente correspond à un travail moléculaire et à un travail de forces extérieures, car les molécules qui constituent la vapeur doivent soulever le poids de' l'atmosphère qu'elles supportaient dans l'état liquide. On s'explique encore que la capacité calorifique d'un corps varie avec l'état moléculaire, comme nous l'avons dit.

Parmi les changements d'état, nous pouvons placer ceux qui résultent de la combinaison des corps ou de leur décomposition. On sait que toute combinaison chimique s'effectue avec dégagement de chaleur. Nous ne pouvons entrer dans les détails des actions chimiques; nous donnerons seulement un tableau de la chaleur produite par la combustion de certains corps.

84 462 calories

CHALBUB DiOAOil PAR 1 OR. DB C01fBU8TIBLB.

Hydrogène

Oxyde de carbone

Gaz des marais

Charbon de bois

Charbon des comnes à gaz

Ghraphite naturel

Diamant. .

Soufre natif opaqae

Ether sulforiqae

Alcool

Esprit de bois

Acide stéariqne

30. Compression et expansion des gaz. — Quand on comprime un gaz qui ne reçoit ni ne cède de chaleur, sa|température augmente. L'expérience du briquet à air est bien connue.

Quand le volume d'un gaz augmente et qu'il ne reçoit ni ne cède de chaleur, sa température baisse. Produisons dans une chaudière de la vapeur à haute pression, puis laissons-la échapper par un petit orifice ; le jet qui se forme ainsi produit sur la main une sensation de fraîcheur.

Gay-Lussac a prouvé par expérience que l'élévation de température produite par une certaine augmentation de pression égale l'abaissement de température produit par une diminution de pression égale. On prenait deux ballons d'égales capacités ; dans l'un on faisait le vide et dans l'autre on mettait un gaz soumis à une pression de plusieurs atmosphères. Puis on mettait les deux ballons en communication, et le gaz se répandait dans le ballon vide jusqu'à ce que la pression fût la même dans les deux. Un [thermomètre, placé dans le ballon primitivement vide, indiquait alors une élévation de température; un thermomètre placé dans l'autre ballon indiquait un abaissement de température égal à l'élévation marquée par l'autre. M. Joule vérifia la même loi en plaçant les deux ballons dans un même calorimètre; la température du calorimètre ne variait pas.

Mentionnons encore l'expérience de Clément et Désormes pour déterminer l'élévation de température produite par la compression d'un gaz. Cette expérience a été entreprise afin de déterminer la capacité calorifique à volume constant. Par les résultats obtenus, on a cherché à expliquer la différence entre la vitesse du son dans l'air donnée par l'expérience et celle donnée par la formule de Newton.

31. Équivalent icêcaniqub de la chaleur. — On appelle ainsi le nombre de kilogrammètres qui correspond à une calorie. L'équivalent mécanique de la chaleur est 425 IdlogrammHree.

L'équivalent mécanique de la chaleur est un nombre constant, c'est-

à-dire que, dans tous les phénomènes thermodynamiques, à une calorie répondront 425 kilogrammètres. Supposons un phénomène A où l'équivalent mécanique serait 450, par exemple; associons ce phénomène à un autre B où l'équivalent est 425. Faisons une dépense de une calorie pour produire, par le phénomène A, 450 kilogrammètres; on pourra en utiliser 425 à la production du phénomène B, qui fournira une calorie à Taide de laquelle on pourra reproduire le phénomène A sans nouvelle dépense, et ainsi de suite. Or, chaque fois que le phénomène B est produit par le phénomène A, il y a un excédant de 25 kilogrammètres : on pourrait donc, avec une dépense initiale de une calorie, obtenir un travail infini. Un tel résultat est contraire aux lois de la nature.

Le chifïre 425 kilogrammètres a été déduit d'expériences précédemment citées et pour quelques-unes desquelles nous donnerons plus tard les conditions générales de l'expérimentation. Pour le moment, nous allons donner le calcul à l'aide duquel M. Person l'a déduit de l'élasticité des gaz.

Prenons 1 mètre cube d'air à zéro degré et sous la pression p par mètre carré. Soient % le poids de cette masse d'air, c» sa chaleur spécifique à volume constant, a son coefficient de dilatation. Si l'on chauffe cette masse d'air de manière que sa température s'élève de 1°, mais sans que son volume augmente, la pression deviendra p{l + (x). Si on établit la communication du volume avec un espace vide, d'une capacité égale à la fraction a du mètre cube, la pression redeviendra égale à p. Or, nous sommes dans le cas de l'expérience de Gay-Lussac et de Joule (citée n** 30), où la détente a lieu dans le vide, c'est-à-dire sans communication de chaleur et sans travail extérieur; donc la température ne changera pas. D'autre part, supposons qu'on chauffe à 1** le même volume d'air pris à 0** et sous la pression p et qu'on lui permette, cette fois, de se dilater librement. Il faudra lui fournir une quantité de chaleur égale à tCp , Cp désignant la chaleur spécifique à pression constante. Le volume deviendra i + a k la pression p^ et la température sera 1®. Dans le second cas, bien que le gaz soit dans le même état, à la fin de l'expérience, que dans le premier, on n'a pas donné la même quantité de chaleur que dans la première expérience, parce que nous avons supposé que l'enveloppe cédait d'elle-même sous la pression du gaz, de sorte qu'il y a eu un travail extérieur effectué résultant de l'augmentation de volume a sous la pression p. Ce travail est égal à «p (V. au n° 56), et, si E est l'équivalent mécanique de la chaleur, ce travail répond à la

quantité de chaleur^, évaluée en calories. C'est précisément la difîé*

rence entre les quantités de chaleurs données resi)ectivemont à Tair dans les expériences précédentes. On a donc !:[€, — c^ = ^. Si on

prend p = 10^334, ic = 1*,293, c. = 0,1686, d'après Laplaco; Cp = 0,2377, d'après M. Regnault; on trouve 424 kilogrammètrcs pour la valeur de E.

32. CAPAOïrf OALORiFiQUiB A voLUMB CONSTANT. — La détermination des capacités calorifiques à volume constant est très-délicate. La méthode de Clément et Desormes est en défaut, à cause du travail extérieur effectué par le gaz ; aussi ne Tavons-nous pas décrite. Plus généralement, on se sert de la méthode do Dulong, qui consiste à déduire Cv de la vitesse du son dans les gaz, mais elle n'est pas exempte de la même cause d'erreur.

Si pour E on adopte le nombre 425, parce qu'il est le plus probable d'apirès la discussion des mesures ofTectuécs de l'équivalent mécanique de la chaleur) on pourra se servir de la formule précédente,

pour déterminer ta . Le second membre est une constante ; donc les lois des capacités calorifiques i pression constante sont les mêmes pour les capacités calorifiques à volume constant.

La capacité calorifique h volume comtant pour un gaz parfait est indé' pendante de lapreeeion et de la température.