CHAPITRE XXIll

DILATATION DES GAZ

217. Expériences de Gay-Lussac. — Gay-Lussac a fait sur la dilatation des gaz des reclierchesdont les conclusions sont restées longtemps classiques. Il se servait d’un thernioinètre à gros réservoir A, renfermant le gaz soumisà l’e.vpéricncc; un inde.v de mercure wia le séparait de l’air extérieur en lui laissant toute liberté pour se dilater. Le gaz avait d’ailleurs été de.sséché en passant ii travere un tube G

Fig. 216. — Appareil de Guy^Liissac.

contenant des matières desséchantes, telles qne du chlorure de calcium. Le thermomètre était plac(* dans l’intérieur d’une cuve BB que l’on remplissait d’abord de glace fondante; le gaz se contracte et on fait glisser le tube de façon qu’au moment de l’équilibre de température, l’index arrive au niveau de la tubulure et que toute la masse de gaz se trouve ainsi ;'i 0. Le tube étant divisé en parties

Digiiized by Goc^le

LOIS Dlî GAY-LÜSSAC.

d’cgalc capacité et le réservoir ayant été préalablement jaugé, on connaît le volume V que le gaz occupe ù la pression extérieure H donnée par un baromètre. On porte alore l appareil à une température donnée T, par l’action du fourneau sur lequel repose la cuve, et on a la précaution de faire mouvoir la tige du thermomètre, de façon que l’index arrive au niveau de la tubulure au moment de l’é(iuilibre. Le gaz occupe à la nouvelle température un volume V exprimé en divisions du tube; la pression peut d’ailleurs avoir varié d’une expérience à l’autre; supposons qu’elle soit devenue 11'. Il est facile de déduire de ces données la dilatation de Punité de volume du gaz (le 0 à T, en supposant que la pression n’ait pas varié. Soit en effet 1) cette dilatation, le volume initial du gaz V devient à T“ par définition V (1 4- D). Mais ce gaz occupe à la pression 11’ un volume V;

ramoné à la pression H, ce volume deviendrait D’ailleurs les

divisions à la température 'f se sont dilatées; chacune d’elles est devenue 1 + KT, K étant le coefficient de la dilatation du verre; l’expression réelle du nouveau volume de gaz, ramené è la pres-

sion H, est donc — ^ ~ \ on a donc légalité V ; i + D) = V KT) . ,

de laquelle on déduira la valeur de D et, par suite, celle du coefficient moyen de dilatation

Par l’emploi de celle méthode Gay-Lussac est arrivé aux conclusions suivantes ;

1" Tous les gaz se dilatent de lamêmeciuantité entre les mêmes limites de température;

2“ Le coefficient de dilatation est indépendant de la pression.

Il trouva d’ailleurs pour le coefficient de dilatation de Pair entre 0 et 100“ le nombre 0,00375.

Ces lois, qui, combinées avec la loi de Mariolte, ont seni pendant longtemps de définition mécaniiiue de l'état gazeux, ne sont pas rigoureusement exactes et il convient de faire, à leur sujet, les mêmes restrictions (pi’a propos de la loi de Mariolte elle-même. Quant à la valeur absolue du coefficient de dilatation de Pair, elle

DILATATION DES GAZ

est très-sensiblement erronée; celte valeur, d’après les expériences pins précises qui ont été faites depuis, est e.vprimée par le nombre 0,00366.

218. Expériences de M. Régnault. — L’appareil employé par Gay-Lu.ssac présentait une imperfection prave : c’est que l’index de mercure ne constitue qu’une séparation insuffisanle du gaz sur lequel on opère d’avec l’air extérieur; une portion de ce gaz peut donc s’écliappcr, comme aussi inversement de l’air extérieur peut venir se mêler avec lui ; dans les deux cas l'expérience est inexacte. On peut supposer aussi que les procédés de dessiccation employés par Gay Lussac n’étaient pas suffisamment rigoureux. Quoiqu’il en soit, la question de la dilatation des gaz a été reprise par divers physiciens. .MM. Pouillel, Itudbcrg, Magnus, llegnaiilt, ont exécuté, sur ce point, des expériences dont la rigueur est irréprochable et dont le n'sultat est venu modifier un peu les conclusions de Gay- Lussac.

Nous nous bornerons à décrire ici l’une des méthodes employées par M. Ilegnault.

L’appareil .se compose (flg. 217) d’un ballon de verre à col effilé qui contient le gaz; il est jilacé dans une chaudière où se trouve de l’eau que l’on peut porter ("i l’ébullition.

Un tube à trois branches, en forme de T, fait communiijuer le col du ballon , d’une part , avec un système de deux tubes contenant du mercure et formant un véritable manomètre à air libre, d’autre part avec une série de tubes desséchants, en communication cu.x-mèmes avec une petite iiomiie pneumatique. Sur la première branche du manomètre se trouve, tout près de la partie capillaire du tube, un point de repère.

Voici maintenant la manière de déterminer, avec cet appareil, le coefficient de dilatation entre zéro et la température T de l’eau bouillante ;

On fait d’abord, un ceiTain nombre de fois, le vide dans le ballon, et à chaque fois on laisse rentrer l’air ou le gaz sur lequel on opère; ceux-ci se dcs.sèchent en passant dans les tubes dessiccateurs. On peut rendre celte dessiccation et plus sûre et plus rapide en élevant la température du ballon. Celte série d’opérations est.

APPAUEIL DE M. REGNAULT.

comme l’a prouvé M. Itégnault, absolumeiil nécessaire pour enlever les dernières particules d’iuimidilé, qui sont extrêmement tenaces.

Le gaz étant rentré une dernière fois, on entoure le ballon de glace fondante et on abandonne l’expérience à elle-même. Le gaz

'jn. — Appareil de M. Hegnault.

se contracte, il en pénètre une nouvelle partie dans le ballon; mais comme il a traversé la série de tubes dessiccateui’s, il est parfaitement sec. L’appareil est alors rempli de gaz; on le met pendant quelques instants par l’intermédiaire des tubes en communication avec l’atmosplière, de sorte que le gaz est à la pression c-xtérieuie. On ajoute d’ailleurs du mercure au manomètre, ou on en retranche de façon que le niveau, qui est le même dans les deux branches, corresponde au point de repère. On ferme alors par un Irait de flamme rexirémilé du petit tube de verre qui établissait la commuuication avec les tubes desséchants.

DILATATION DES GAZ

On a donc, par celte opération, isolé une niasse de gaz à la pression extérieure 11. Cette niasse se compose :

1“ D’un volume V à la température de zéro, V étant le volume connu du ballon-,

2” D’un volume r, très-petit d’ailleni-s, (pii s’étend deimisle col du ballon jusqu’au point de repère. Ce volume v est à la température

ambiante i; si on le ramenait à zéro, il deviendrait j—, — » étant le

coeffleient de dilatation du gaz. On a donc dans la première phase de l’expérience une masse de gaz qui, ramenée à zéro, occupe sous la pression extérieure il le volume

Cela posé, on enlève la glace qui entoure le ballon, on met de l’eau dans la chaudière et on la porte à l’ébullition; le volume et la pression du gaz augmentent, le mercure s’abaisse dans la première branche du manomètre et s'élève dans l’autre. Lorsque l’équilibre de température est établi, on vei-se du mercure par la branche ouverte, de façon il ramener dans l’autre branche le métal au point de repère. Il s’établit alors une différence de niveau /i; la pression extérieure peut d’ailleurs avoir changé et être devenue H'; le gaz est donc soumis à la pression H' + h. Son volume se compose de deux parties :

1" Le volume V (1 + KT) du ballon, en appelant K le coeffleient (le dilatation du verre et T la température de l’eau bouillante au moment de l’expérience : ce volume ramené à zéro d(;vicnt V(1 + KT).

U-aT ■

2“ Le volume v du tube jusqu’au point de repère, volume qui, ramené à zéro, devient ^ d supposant que la température ambiante soit devenue f. La masse de gaz, dans la seconde phase de l’expérience, occupe donc, sous la pression H' +h et ramenée à la température zéro, le volume

V(t-I-KT) f