THÉORIE DES VAPEURS SATURÉES

Définition des vapeurs satwécs.

Lorsqu’un liquide , non dôcomposable par la chaleur , soumis à une pression constante dans un vase à parois extensibles , est mis en rapport avec une source de chaleur, il arrive un moment où la chaleur fournie par celte source, au lieu d’échaufler le liquide, ne sert plus absolument qu’à séparer scs parties , qu’à les gazéifier. A partir de ce moment, la température reste invariable, le liquide bout , et la vapeur qui s’en dégage est à la même température que lui. C’est par exemple ce qui arrive lorsque l’eau, l’alcool , l’éther, le mercure sont soumis dans un vase ouvert à l’action du feu : la pression constante ici est celle de l’atmosphère , la paroi extensible, c’est la couche d’air d’abord en contact avec le liquide et qui recule à mesure que la vapeur se forme. C’est encore ce qui arrive dans les chaudières de nos machines à vapeur où le liquide est .soumis à une pression constante, parce que le piston de la machine recule à mesure que la vapeur se forme.

Dans ces conditions la vapeur est dite saturée.

Une vapeur saturée est donc colle qui se trouve à la même température que le liquide qui l’engendre, et à laquelle par conséquent, à pression constante, on ne peut soustraire aucune quantité de chaleur sans en déterminer le retour partiel à l’état liquide. 11 est visible d’après cela qu’une vapeur est toujours saturée lorsqu’elle se trouve en contact avec son liquide, quelle que puis.se être d’ailleurs la pression, variable ou invariable, à laquelle elle se trouve soumise

à chaque instant. Si l’on suppose la vapeur plus chaude que le liquide , elle cédera de sa chaleur à celui-ci qui bouillira jusqu’à ce que la température se soit égalisée de part et d’autre; si à un moment quelconque, on suppose, au contraire , le liquide plus chaud, il bouillira jusqu’à ce que la température se soit égalisée.

Plusieurs choses doivent nous occuper dés l’abord quant aux vapeurs en général, avant de pénétrer dans l’étude de leurs propriétés spécifiques. Leur tension, leur température , leur densité, l’emploi qui se fait de la chaleur dans leur production, etc.

g II-

Tension et température relatives des vapeurs saturées.

La température à laquelle un liquide bout dépend immédiatement de la pression à laquelle il est soumis; le point d’ébullition, la température de la vapeur saturée s’élèvent d’autant plus que cette pression est plus forte. Si au lieu de supposer comme ci-dessus un liquide contenu dans un vase extensible, nous le supposons dans un vase fermé à parois résistantes, qu’il ne remplit qu’en partie, l’espace libre de liquide est toujours plein de vapeur saturée; mais la prc.ssion que celte vapeur exerce sur les parois dépend alors de la température. Si nous fournissons de la chaleur au liquide , il se réduira graduellement eu vapeur dont la pression alors s’accroîtra, et la température commune de toute la masse s’élèvera aussi.

La tension maxima d’une vapeur, c’est-à-dire la pression qu’exerce en tous sens une vapeur saturée , cette tension , dis-je , est en un mot une fonction de la température. Dans l’ordre expérimental , les beaux travaux de .M. Régnault nous ont fait connaître , pour un grand nombre de liquides , la pression qui répond à chaque degré du thermomètre centigrade, lorsque nous serons arrivés à la seconde branche de la théorie mécanique, je montrerai quels sont les éléments très variés qui composent celte fonction au point de vue physique. Pour le moment, je me borne à dire qu’au point de vue exclusivement mathématique, on a fait jusqu’ici de vains eiïorls, non seulement pour arriver, à priori, à la vraie loi naturelle, mais même

pour arriver à une loi empirique qui traduise ildëlemcnt les phénomènes sur toute l’étendue de l’échelle thermométrique et pour tel ou tel liquide en particulier.

La formule empirique qui exprime le mieux les résultats de l’expérience, et qui a servi à M. Régnault à calculer ses tables de tension, est de la forme :

log. p=A±B«'+*rt Cp'-r*

dans laquelle A, B, G, ^ et a sont des constantes particulières à chaque corps et où t est la température centigrade. C’est à cette formule que je recourrai là où une grande exactitude nous sera nécessaire. Dans les tables de M. Régnault p est donné en millimètres de mercure, et dans sa formule les logarithmes sont vulgaires. Pour les usages de la théorie mécanique , il nous sera plus utile d’avoir la pression soit en atmosphères, soit en kilogrammes par mètre carré, et d’employer les logarithmes népériens. Ce n’est d’ailleurs que rarement de l’équation elle-même que nous aurons besoin , mais presque

toujours de sa différentielle première, ou plutôt du rapport;^.

Celte considération facilite l’emploi de la formule. On a, en effet: log. hyp. P = 2, 3026 (A ± B ±C £'-(-«)

d’où:

= 2 ,3026’ ( B log. « » '+• -j- C log. PA '■*■“)

pdt

Dans toutes les applications que je ferai des équations de la théorie mécanique , c’est l’eau , l’éther sulfurique, et le sulfure de carbone qui me serviront d’exemple , en raison de l’énorme différence qui existe entre leur composition chimique et entre leurs propriétés.

La formule (11) que donne M. Régnault’, pour calculer la tension de la vapeur d’eau devient :

lorsqu’on exprime en atmosphères la pression correspondante à t. En dilférentiant et en faisant toutes les réductions, elle donne :