LOIS RELATIVES A LA PUISSANCE GALOHIFIQUE

16. Le phénomène de la combustion est généralement complexe. En même temps que la combinaison chimique proprement dite, il se produit des changements d*état physique et des modifications de volume, qui dégagent ou absorbent de la chaleur, ot la quantité de chaleur mesurée dans le calorimètre est la résultante de ces actions simultanées.

Ainsi^ dans la combustion du carbone, on peut distinguer trois phénomènes distincts :

i* Le passage du combustible de Tétat solide à Tétat gazeux, d'où résulte une absorption de chaleur;

2** La combinaison du carbone avec Toxygène accompagnée d*un dégagement de chaleur;

3° La réduction de volume, Tacide carbonique ayant un volume égal aux deux tiers de la somme des volumes de la vapeur de carbone et de Toxygène; cette réduction doit produire de la chaleur.

De même, dans la combustion de l'hydrogène, on peut distinguer :

1* La combinaison chimique qui produit de la chaleur;

2® La contraction de un tiers du volume total qui en dégage également.

3* La condensation de la vapeur d'eau produite qui en abandonne encore une certaine quantité.

Dans la combustion des corps composés, il se produit des plié-

noDiènes analogues, et de plus il faut tenir compte de la chaleur de décomposition qui doit précéder la combustion. Cette chaleur est le plus souvent négative, mais quelquefois positive.

Dans la détermination de la puissance calorifique, le calorimètre mesure, en bloc, toutes ces chaleurs positives ou négatives, sans permettre de distinguer l'influence spéciale calorifique des divers phénomènes qui se produisent simultanément, et on n a pu trouver jusqu'à présent des lois générales, permettant de calculer exactement la puissance calorifique d'un combustible de composition chimique connue.

Mais Tapplication des principes généraux de la physique et les résultats des expériences permettent de formuler certaines règles, qui, dans la plupart des cas, donnent une indication, au moins approchée, de la chaleur dégagée par un combustible.

Nous allons les exposer.

La chaleur qui est produite dans la combinaison de deux corps est toujours égale et de signe contraire à la chaleur de décomposition. Ainsi la chaleur dégagée par la combustion de Thydrogène avec Toxygène, par exemple, est égale à celle qu'il faut fournir pour décomposer Teau en oxygène et en hydrogène.

Ceci résulte de ce principe général, qu'il n'est pas possible de créer quelque chose de rien. En effet, s'il n'y avait pas égalité, si la chaleur absorbée par la décomposition était plus faible par exemple que la chaleur dégagée par la combinaison, on conçoit que, par une série de compositions et de décompositions successives, on aurait à chaque fois un excès qui, multiplié par le nombre des opérations, créerait sans dépense une source inépuisable de chaleur, ce qui est contraire à tous les principes. Dans le cas contraire, il y aurait une perte indéfinie sans compensation, ce qui n'est pas possible davantage.

La quantité de chaleur dégagée par un combustible est indépendante de l'activité de la combustion. La combustion lente donne la même chaleur que la combustion vive, quand on tient compte convenablement des causes de refroidissement; mais la température peut être très différente.

La quantité de chaleur dégagée est indépendante de la proportion d'oxygène qui se trouve dans le comburant. La chaleur dégagée avec Toxygène pur est la même qu'avec Tair.

Dam le phénomène complexe d'une combinaison chimique, la chaleur dégagée est la somme algébrique des quantités produites par chacun des phénomènes en pat'ticulier. C'est-à-dire qu'elle est la même que si ces phénomènes, au lieu d'être simultanés, se produisaient successivement et d'une manière indépendante.

Voici quelques faits à l'appui :

Lorsque le carbone brûle dans l'oxygène, il dégage par kilogramme 8 080 calories, tandis que dans le protoxyde d'azote il produit I ! i58,2 calories. La différence, 8078,2, doit provenir, si la loi est vraie, de la chaleur dégagée par la décomposition du protoxyde d'azote. Comme pour la combustion de i kilogramme de carbone, il faut prendre au protoxyde 2*^,667 d'oxygène, chaque

3 0*78 2 kilogramme d'oxygène mis en liberté correspond à — ^— ^ =

1 iSg calories dégagées. L'expérience directe montre en effet que la séparation de 1 kil. d'oxygène du protoxyde d'azote donne lieu à un dégagement de i ogo calories. On voit que les deux nombres différent assez peu, ce qui confirme la loi énoncée.

Un autre fait à l'appui se rencontre dans la combustion du carbone, qui peut donner, soit immédiatement de l'acide carbonique, soit d'abord de l'oxyde de carbone qui ne passe à l'état d'acide carbonique que par une seconde combustion. Les expériences de MM. Favre et Silbermann ont fait voir que, dans les deux cas, la quantité totale de chaleur dégagée était la même. Elles ont constaté en effet que, dans la combustion du carbone, quelles que fussent les proportions d'acide carbonique et d'oxyde de carbone produits, on obtenait toujours le même nombre de calories, (8080 par kilogramme), en ajoutant à la chaleur mesurée la chaleur de combustion de l'oxyde de carbone produit.

Chaleur dégagée par la formation de l'oxyde de carbone. Cette iol permet de déterminer la chaleur dégagée par la combustion de 1 kilo de carbone passant à l'état d'oxyde de carbone. En effet,

le poids d'oxyde de carbone produit est 2*^,33, qui, en formant de Tacidc carbonique, dégagent :

2,33 X 2 4o3 = 56o7 calories.

Nous savons d'un autre côté que la combustion de i kilogramme de carbone, produisant de Tacide carbonique, développe 8 o8o calories. La différence

est, d'après la loi ci-dessus, la chaleur dégagée par la formation de Toxyde de carbone.

Ce nombre 2 473 peut donc être considéré comme la puissance calorifique du carbone passant à Tétat d'oxyde de carbone.

D'après M. Berthelot, la puissanee calorifique de Toxyde de carbone est 2 435 et, en faisant le calcul avec ce nombre, on trouve 2408 pour la chaleur de formation de l'oxyde de carbone.

17. Loi de Dulong. — Une des lois les plus importantes et qui est connue sous le nom de loi de Dulong est la suivante :

La chaleur dégagée par un combustible est égale à la somme des quantités de chaleur dégagées par la combustion des éléments qui le constituent y en ne tenant pas compte toutefois de la portion d'hydrogène qui peut former de l'eau avec F oxygène du combustible.

Cette réserve revient à admettre que Teau est toute formée dans le combustible.

Disons de suite que cette loi n'est qu'approchée, mais elle donne des résultats suffisamment approximatifs pour beaucoup de combustibles etelle est souvent employée à cause de sa simplicité.

Elle s'exprime par la formule

N^8o8oC + 34462 ^H — ~)

N est la puissance calorifique d'un combustible qui contient par

kil. les poids respectifs C de carbone, H d^hydrogène et O d'oxygène.

Cette formule s'applique au cas où la vapeur d'eau est condensée; si elle ne l'était pas, il faudrait remplacer 344^2 ! paragooo. \

L'application est des plus faciles; ainsi, pour un combustible renfermant 0,90 de carbone et 0,10 d'hydrogène, la puissance calorifique est d'après la loi :

en admettant que la vapeur d'eau est condensée.

Pour un combustible de composition plus complexe et renfermant

Carbone C — o,54

Hydrogène H =^ 0,06

Oxygène 0 — 0,40

le calcul se fait comme il suit :

On sait que 1 d'hydrogène s'unit à 8 çl'oxygène pour former

9 d'eau. En prenant le huitième de l'oxygène -~- = o,o5, nous

aurons le poids d'hydrogène qui pourra former de Tcau avec l'oxygène et, en supposant cette eau toute formée, on pourra écrire la composition sous la forme :

Carbone o,54

Hydrogène en excès 0,01

Eau 0,45

La puissance calorifique sera

en supposant toujours la vapeur d'eau condensée.

Si elle n'était pas condensée, il faudrait tenir compte, non seulement de la chaleur de vaporisation de l'eau formée par la corn*

bustion do Thydrogène en excès, mais encore de celle nécessaire pour vaporiser Teau déjà formée dans le combustible. On aurait

C'est environ 3oo calories de moins utilisables.

Si la composition, au lieu d'être donnée en centièmes, est exprimée par une formule chimique, onpeut, au moyen des équivalents, en déduire la composition en centièmes et faire le calcul comjne ci-dessus; mais il est en général plus simple d'opérer comme il suit :

Prenons par exemple Thydrogène bicarboné. La formule chimique est C*H*. En prenant les équivalents par rapport à l'hydrogène, on trouve :

C' = 4x6 = 24, H* = 4, et C^H*=a8.

Ija chaleur dégagée, calculée par la loi de Dulong, est :

Pour l'alcool, dont la formule est C*H®OS on l'écrirait sous la forme C/H*, 2H0, et la chaleur dégagée serait, d'après la loi de Dulong

-TT. . 8 080 -h -77? • 34 462 = 7212.

Si la vapeur d'eau u était pas condensée, il faudrait prendre 29 000 au lieu de 34 462 pour la puissance calorifique de l'hydrogène.

Les résultats des expériences de MM. Favre et Silbermann nous permettent de vérifier, pour un grand nombre de corps, dans quelle mesure la loi de Dulong est exacte. Le tableau suivant donne la comparaison des nombres obtenus par l'expérience, avec ceux déterminés par le calcul au moyen de cette loi.