MANOMÈTRES

s’agit de gaz liqudûables, celle différence de compressiliilitd est, comme nous l’avons dit, assez notable.

L’hydrogéne offre, à cet égard, une exception remarquable, et qui avait été déjà prévue par Desprelz dans les e.xpériences que nous avons rappelées; il est moins compressible que ne l’indique la loi

de Mariotte, la différence ^rp-, — 1 est négative.

Celte particularité singulière de l’iiydrogène est d’ailleurs en harmonie avec ce que l’on suppose de la nature de ce gaz. On a reconnu, en effet, par quelques expériences comparatives faites sur l’acide carbonique, qu’à la température de 100“ la loi de compressibilité de ce gaz s’éloigne beaucoup moins de la loi de Mariotte qu’elle ne le fait aux températures ordinaires. On peut donc légitimement supposer que si l’on opérait à une température plus élevée encore, on se rapprocherait de plus en plus de la loi qui se vérifierait sans doute à une température déterminée, et se trouverait en erreur au delà en sens inverse. Il semble donc qu’il y ait pour chaque gaz une sorte de température normale, pour laquelle la compressibilité est fidèlement représentée par la loi de Mariotte.

La compressibilité décroîtrait d’ailleurs avec la température, comme le prouve l’expérience faite sur l'acide carbonique. Tous les gaz autres que fhydrogène se trouvent dans les conditions ordinaires, au-dessous de cette température normale. Mais si, comme l’indiquent les phénomènes chimiques, l’hydrogène est une sorte de métal, on ne saurait douter qu’il ne soit dans un très-grand état de raréfaction relative, et dès lors la particularité que présente sa compressibilité se trouve toute naturelle.

123. Manomètres. — Les manomètres sont des instruments destinés à mesurer la force élastique d’un gaz renfermé dans fintérieur d’un espace clos. Cette force élastique s’exprime ordinairement à faide d’une unité appelée atmosphère (103), et se mesure fréquemment par la hauteur de la colonne de mercure qui lui fait é([uilibre.

Lorsque la colonne de mercure se meut librement dans un

LOI DE MARIOTTE

tube ouvert, on dit qiie le nianoinèlrc est <i air libre-, c’est un manomètre de celte sorte qui, dans les expériences de M. llegnault, sert à mesurer les pressions auxquelles on soumet successivement le volume gazeux.

Lorsque dans l'industrie on a à mesurer des pressions qui ne sont pas considérables, on se sert quelquefois du manomètre ii air libre, dont la ligure représente une des dispositions les plus simples. L’appareil se compo.se d'une boite généralement en fer, présentant supérieurement une ouverture fermée par un bouchon à vis; h travers le bouchon passe un tube b ouvert aux deux bouts et plongeant par sa partie inférieure dans le mercure que renferme la botte. L’air ou la vapeur dont on veut mesurer la force élastique pénètrent ])ar le tube a et agissent sur le mercure. Il est évident que si le niveau du liquide était le même dans le tube et dans la cuvette, c’est que la pression régnant dans la boite serait précisément égale à la pression atmosphérique. Si le mercure dans le tube Manomètre à air s’élève au-dessus du liquide dans la cuvette d'une certaine quantité, c’est que la pression surpasse la pression atmbsphérique de celle qui correspond à la hauteur de la colonne soulevée. Ordinairement ces pressions effectives sont inscrites en atmosphères sur une échelle placée à côté du tube.

124. Manomètre à branches multiples. — Lorsque les pressions à mesurer sont un peu considérables, il faut, si l’on veut employer l’instrument précédent, lui donner une longueur en rapport avec la pression elle-même. Si, par exemple, il s’agit d’une pression de 8 atmosphères, le tulte devra avoir une longueur au moins égale à 0,70 x 7 = 5"’,32. Cette disposition, peu commode déjà quand il s’agit des machines lixes, est entièrement inapplicable aux machines mobiles.

Tout en conservant le principe du manomètre à air libre, c’està-dire l’action de l’atmosphère sur l’extrémité de la colonne, on parvient à réduire la longueur de l’instrument par un artifice déjà employé par Fahrenheit dans son baromètre (110).

Fig. 129.

MANOMtTKE A BRANCHES MULTIPLES.

L’appareil est construit de la manière suivante : il se compose d’un tube en fer ABCl) recourbé un certain nombre de fois sur lui-mème. L’e.xtrémilé A communique avec la chaudière par l’intermédiaire d’un robinet: quant à la dernière branche CD, elle est en verre et placée en regard d’une échelle divisée.

On commence par remplir l’appareil de mercure jusqu’au niveau MN; à cette hauteur se trouvent des trous par les<iuels le mercure s’échappe quand il y arrive et qu’on ferme herméliquement.On remplit d’eau les parties supérieures par l’intermédiaire d’ouvertures qu’on bouche également après le remplissage. Si le mercure baisse d’une quantité h dans le premier tube en communication avec le réservoir de gaz, il baissera et s’élèvera alternativementdela même quantité dans chacun des tubes, et par conséquent il s’élèvera de la même (juantité dans le dernier tube-, or cette hauteur correspond à une pression effective représentée par une colonne de. mercure égale à lOA diminué de 10 fois la même hauteur d’eau;

c’est-à-dire en exprimant tout en mercure à 10 /i

voit par conséquent qu’une pression assez considérable se manifestera par une variation relativement petite de la colonne de mercure. Si, par exemple, à partir de l’état initial qui correspond à la pression atmosphérique, il se produit un accroissement de 5 atmosphères, ce qui veut dire que la pression effeclive est de 6 atmosphères, la quantité h sera donnée par l'équation

LOI DE MARIOTTE

d’où

125. Manomètre à air comprimé. — Cel iiistnunent.iiuqucl ou peut donner des dispositions diverses, est formé quelquefois, comme le montre la figure 131, d'un tube recourbéAD fermé cl l’une de ses extrémités et renfermant en Aa de l’air qui se trouve séparé de l’air extérieur par une colonne de mercure. L’appareil a été réglé de telle façon que quand il régne en B une pression égale à celle de l’atmosphère, le mercure s'élève en m n au même niveau dans les deux branches du tube, de sorte que, dans ce cas, l’air confiné est précisément à la pression atmosphérique. Mais si la pression vient à augmenter, le mercure est refoulé dans la branche de gauche, l’air que celle-ci renferme se comprimant prend une tension graduellement plus forte, et Unit par amener l’équilibre.

La pression du gaz qui agit en B est égale aloi’s à la pression de l’air comprimé, augmentée de celle que mesure la différence de niveau du mercure dans les deux branches. Cette pression est Inscrite en atmosphères sur l’échelle divisée ab.

Cette échelle se gradue directement dans les ateliers, en mettant le manomètre en communication avec un réservoir à air comprimé dont la pression est donnée soit par un manomètre à air libre, soit par un manomètre étalon d’une forme quelconque.

En supposant le tube AB cylindrique, la graduation pourrait être faite à priori en appliquant la loi de Mariotte.

Supposons que l repré.sente la longueur du tube occupé par l’air confiné lorsque sa pression est égale è celle d’une atmosphère; au point où le mercure arrive se trouve le nombre 1. Cherchons ii quel point devra se trouver l’extrémité de la colonne liquide loi'sque la pression agissant en B sera de n atmosphères. Soit a; la hauteur de ce point au-dessus de 1, le volume de l'air qui était primitivement < est devenu l — x, et sa pression d’après la loi de Mariotte est

égale ù 11 ; ^ , II désignant la hauteur moyenne du Ijaromètre.

Fig. 131.

Manomètre à air comprimé..

MANOMÈTRES MÉTALLIOEES.

C’est cette pression qui, ajoutée à la ditTérence de niveau 2x, équivaut à n atmosphères. On a donc l’équation

d’où

II 7-^ — -I- ij? = «II, l —X

2 J* — («H -t- ï /; [« - I) ni = 0,

I±V’(«H + 2 t}* — 8 tn- 1) Ml

On trouve ainsi deux valeurs de x; mais celle qui correspond au sip;ne-|-du radical est inadmissible; car si l’on suppose n = 1, on doit avoir X = 0, et cela n'a lieu que pour la valeur qui correspond au signe moins.

Si dans cette valeur de x on fait successivement « = 1 2,

2 J, 3, etc., on aura les points de l’échelle correspondants aux

pressions de une atmosphère et demie, deux atmosphères, etc.

Ainsi que nous l’avons remarqué plus haut, à mesure que la pression augmente, l’instrument devient de moins en moins sensible, et la course du mercure pour une variation dépréssion d’une atmosphère est de plus en plus petite. On atténue cet inconvénient par la disposition indiquée par la figure 132. La branche qui contient l’air a une forme conicjue; de cette façon, à mesure que le mercure monte, les mêmes variations de volume correspondent à une plus grande longueur. Le résultat de cette disposition est manifeste à l’insiiection de l’échelle; on voit en effet que les chiffres qui correspondent aux atmosphères successives de pre.ssion sont presijue équidistants, tandis que lorsque le tube est cvlindrique ils vont en se rapprochant très-rapidement.

126. Manomètres métalliques. — La fragilité des tubes de verre, leur encrassement résultant de ce que le mercure se salit ù la longue, constituent, surtout pour les machines en mouvement, un inconvénient des plus graves. Aussi se sert-on souvent de mano-

Fi?. 132. — Miiiiomèlre il air comprimil.

LOI DE .MARIOTTE

niôtres mélalliquos foiidt's sur les cliangcinents de forme que la pression du {;az ou de la vapeur peut faii’e subira des systèmes solides coinbiiiés d’ailleurs divereement. Nous menlioiinerons seulement ici le manomètre de Bourdon (fig. 133). Il a pour organe essentiel un tube en cuivre à section ellipliquc cl contourne deux fois sur lui-mèuic. L’une des extrémités est mise en communication par un robinet avec le réservoir de pression ; à l'autre extrémité est fixée une aiguille d’acier qui parcourt les divisions d’un cadran. Lorsque le robinet est en communication avec l’atmosplièrc, l’extrémité de l’aiguille s’aiTèle à la divi.sion 1. Mais si la pression augmente, la courbure diminue, l’extrémité mobile du tube s’éloigne de l’autre et l’aiguille parcourt Icsdiverees divisions du cadran.

127. Mélange des gaz. — Lorsque des gaz de densité dilTérente sont placés dans un même espace, ils ne se superposent point comme les liquides dans l’ordre de leurs densités. L’expérience prouve que, même dans les cas les plus défavorables, le mélange se fait d’une manière intime, de façon qu’on peut considérer chaque gaz en particulier comme remplissant l’espace total. Ce fait a été démontré par une expérience très-décisive due à Bertbollet.il prit deux ballons (fig. 134) pouvant se visser l’un sur l’autre et les plaça dans une cave. Le ballon inférieur était plein d’acide carbonique, le

Kig. 13.1. — Manoinùtrc de Bourdon.

Fig. 131. — Mélange des goi.