STATIQUE DES GAZ

140. Caractères physiques et propriétés des gas. — On appelle gaz ou corps gazeux toutes les substances qui, dans les conditions atmosphériques ordinaires, se présentent sous le troisième état physique, ou état gazeux, défini précédemment. L'air est le type des gaz!.

Leurs propriétés caractéristiques sont la fluidité, la pesanteur, l'élasticité, — qui leur sont communes avec les liquides, — la compressibilité et l'expansibilité.

Pesanteur des gaz. — Les gaz sont pesants, comme les liquides et comme tous les autres corps. Cette proposition, qui paraît si évidente aujourd'hui, fut à peine soupçonnée par les anciens* et ne fut pas démontrée expérimentalement avant Galilée. I établit que l'air est pesant, en faisant voir qu'un récipient où l'on comprime de l'air augmente de poids’; l'accroissement de poids représente évidemment le poids de l’excès d’air introduit.

On démontre aussi le même fait par une expérience inverse, due à Otto de Guericke. On suspend au fléau d'une balance

1. Du moins au point de vue physique, car on sait depuis Lavoisier que l'air n'est pas un gaz simple, mais un mélange de deux gaz simples, l'oxygène et l'azote.

2. Aristote dit dans son traité de Cælo : « Tous les corps, quand ils sont en leur lieu propre, ont de la pesanteur, excepté le feu. L'air lui-même est pesant. »

3. Galilée, Déslapmes des sciences nrturelles, première journée.

très sensible un ballon de verre de 5 à 4 litres, dont le col est muni d'un bon robinet. On tare d'abord ce ballon plein d'air; puis on y fait le vide : on constate alors que l'équilibre est détruit. Pour le rétablir, il faut ajouter du côté du ballon quelques grammes, qui représentent évidemment le poids de l'air extrait. On peut opérer autrement. On commence par faire le vide dans le ballon, puis on tare le ballon vide, en ayant soin de mettre préalablement quelques granmes dans le plateau, du même côté. On ouvre alors le robinet :

l'air rentre dans le ballon avec un sifflement caractéristique et le fléau s'incline de ce côté. On rétablit l'équilibre en enlevant un certain nombre de grammes, qui représentent évidemment le poids de l'air rentré!.

Élasticité et compressibilité des gaz. — Briquet à air. — Les gaz sont parfaitement élastiques, au même degré que les liquides; mais ils sont incomparablement plus compressibles que ceux-ci. Ces deux propriétés des gaz peuvent être mises en évidence à l'aide d'une même expérience, celle du briquet atmosphérique ou briquet à air.

Elle consiste à enfoncer un piston de cuir dans un récipient de verre, en forme d’éprouvette à pied, où il peut pénétrer à frot- Fig. 143. tement doux (fig. 145). La petite masse d'air qui y est contenue se comprime à mesure que le piston avance, et se réduil à nn volume aussi petit que l'on veut, — ce qui prouve sa grande compressibilité; — mais elle se détend dès qu'on cesse de pousser le piston et repousse celui-ci jusqu'à l'orifice du récipient, — ce qui prouve sa grande élasticité.

Lorsqu'on opère très brusquement, la compression du gaz est

1. L'une ou l'autre de ces expériences donne approximativement 1,3 g pour Je poids d'un litre d'air, pris dans les conditions ordinaires.

très sensible un ballon de verre de 5 à 4 litres, dont le col est muni d'un bon robinet. On lare d'abord ce ballon plein d'air; puis on y fait le vide : on constate alors que l'équilibre est détruit, Pour le rétablir, il faut ajouter du côté du ballon quelques grammes, qui représentent évidemment le poids de l'air extrait. On peut opérer autrement. On commence par faire le vide dans le ballon, puis on tare le ballon vide, en ayant soin de mettre préalablement quelques grammes dans le plateau, du même côté. On ouvre alors le robinet ; l'air rentre dans le ballon avec un sifflement caractéristique el le fléau s'incline de ce côté. On rétablit l'équilibre en enlevant un certain nombre de grammes, qui représentent évidemment le poids de l'air rentré.

Élasticité el compressibilité des gaz, — Briquet à air. — Les gaz sont parfaitement élastiques, au même degré que les liquides; mais ils sont incomparablement plus compressibles que ceux-ci. Ces deux propriétés des gaz peuvent être mises en évidence à l'aide d'une même expérience, celle du briquet atmosphérique ou briquet à air.

Elle consiste à enfoncer un piston de cuir dans un récipient de verre, en forme d'éprouvette à pied, où il peut pénétrer à frot- Fig. 145, tement doux (fig. 145). La petite masse d'air qui y est contenue se comprime à mesure que le piston avance, et se réduit à un volume aussi petit que l'on veut, — ce qui prouve sa grande compressibilité; — mais elle se détend dès qu'on cesse de pousser le piston et repousse celui-ci jusqu'à l'orifice du récipient, — ce qui prouve sa grande élasticité.

Lorsqu'on opère très brusquement, la compression du gaz est

1. L'une ou l'autre de ces expériences donne approximativement 1,3 & pour Je poids d'an litre d'air, pris dans les conditions ordinaires.

accompagnée d'un dégagement de chaleur, qui peut aller jusqu'à l'inflammation d'un morceau d'amadon placi au fond de l'éprouvelte : de là le nom de briquet à air donné à ce petit appareil,

Expansibilité des gaz. — Force élastique. — Les gaz sont éminement erpansibles, c'est-à-dire qu'ils tendent toujours à prendre un volume plus grand et à oceuper tout l'espace qui leur est ouvert. L'expansibilité est leur propriété la plus caractéristique; elle sé démontre par l'expérienee suivante.

On place sons le récipient de la machine pneumatique nne vessie, munie d'un robinet, qui a été aplatie sous la main et ne

Fig. 144.

contient plus qu'une faible quantité d'air où d'un gaz quelconque (fig. 144, 1}. On a eu aussi la précaution d'en mouiller les pa afin de les rendre plus flexibles. I y à d'abord équilibre entre La pression de l'aire du récipient et la force d'expansion de l'air renfermé dans la wessies mais, dès que l'on fait le vide, la pression extérieure s'affaiblit, etla vessie se gonfle de plus en plus, comme si l'on sauffiait dedans (fig. 144, I) : ce qui prouve l'expansibilité dugaz qu'elle contient, Lorsqu'on fait ensuite rentrer l'air extérieur dans lt cloche, on voit la vessie, comprimée par le gaz rentrant reprendre son volume primitif : ce qui est une nouvelle preuve de l'élasticité des gaz.

La distension de la vessie par le gaz qui se détend met en évidence une force moléculaire qui résulte de l'expansibilité des gaz: c'est ce qu'on appelle leur force élastique.

Objet de la Pneumatique, — L'étude de ces diverses propriétés des gaz, la manifestation expérimentale des phénomènes qui en résultent et la détermination des lois qui régissent ces phénomènes constituent la partie de la physique que l'on appelle la Pneumatique. vs

1M. Statique des gaz. — Quelques-uns des principes de l'hydrostatique peuvent être étendus au cas des gaz pesants : ils constituent une Stalique des gaz.

4° Principe de Pascal appliqué aux gaz. — Étant donnée une masse gazeuse en équilibre dans un récipient fermé, si l'on fait abstraction de son poids et de sa force élastique, le principe d'égalité de pression s'y applique rigoureusement, On peut l'énoncer de la même manière que dans le cas des liquides (96).

2 Conditions d'équilibre des qaz pesants. — On pourrait démontrer à priori, pour les gaz comme pour les liquides pesants, le théorème fondamental sur la différence des pressions en deux points de la masse silués à des niveaux différents (102), Les conditions d'équilibre des gaz pesants (du moins celles qui leur sont applicables) se déduisent rigoureusement de ce théorème fondamental et on peut les énoncer de la même manière que pour les

liquides (104),

Remanque, — Caux de deux ou plusieurs gas. — Les conditions générales (1") et (2°) s'appliquent seules; car il ne peut y avoir, à cause de l'expansibilité des gaz, ni surfaces libres, ni surfaces de séparation, ni superposilion par ordre de densités, IL se produit, dans ce cas, un mélange intime des gaz hétérogènes, ainsi qu'une égalisation de force élastique, qui constituent le phénomène de la diffusion des guz.

3° Pressions dans les gaz pesants en équilibre. — Préssion atmosphérique. — Dans une masse gazeuse contenue en vase clos, les pressions, qu'on peut appeler statiques et qui résultent de la pesanteur, sont négligeables par rapport à sa force élastique, qui est égale à la pression extérieure. Les différences de pression résultant de la différence des niveaux ne se manifesteraient nettement que dans le cas d'un récipient de dimensions considérables. C'est précisément le cas dé l'atmosphère terrestre, au sein de laquelle nous vivons comme au fond d'un immense océan fluide, La pression et la force élastique de l'air y sont sensiblement constantes en lous les points d'un même plan horizontal (en un méme lieu du globe) el varient, dans nn

méme lieu, en sens inverse de l'altitude : c'est cette pression qu'on appelle pression

142. de la pression atmosphérique. — 1° Définitions, — On donne le nom d'atmosphéret à la couche d'air qui enveloppe de toutes parts le sphéroïde terrestre et qui est emportée avec lui dans son double mouvement dans l'espace,

Les évaluations approximatives de la hauteur de l'atinosphère, faites par différentes méthodes, ont conduit à des résultats très différents. Les nombres varient depuis 70 kilomètres jusqu'à 340 kilomètres. En s'en tenant à la limite minimum, on voit que la profondeur moyenne de cet océan fluide est plus de dix fois plus grande que celle des mers les plus profondes. Aussi, malgré la faible densité de l'air, le poids total de l'atmosphère est-il à peu près dgal à celui de 581000 cubes en cuivre de 1 kilomètre de côté,

2 Démonstration expérimentale de son existence, — On conçoit douc que fl'atmosphére doive exercer à la surface du globe une pression considérable. On en démontre ordinairement l'existence par les expériences suivantes.

du créve-vessie. — Le crève-vessie consiste en un manchon de verre fermé hermétiquement, à sa partie supérieure, par une membrane de baudruche ou de vessie, L'autre extrémité, dont les bords sont bien dressés et graissés de suif, s'applique sur la platine d'une machine à faire le vide où machine cms. (fig. 445). Dès qu'on

à faire le vide, la membrane se Ve rt MRC te sous la pression atmosphérique qu'elle supporte, el bientôt elle crève avec une vive dé- Cr à la rentrée subite de

des hémisphères de Magdebourg. — Ce petit appareil

# consiste en deux hémisphères creux, de laiton, ayant

de 10 à 12 centimètres de diamètre (fig. 146, 1). Leurs bords sont one = 0 annulaire de euir, enduite de suif, qui rend

ét rputpe, See bourgmestre de Magdebourg.

182 PAEUMATIQUE.

la fermeture hermétique lorsque ces bords sont en contact. L'un des hémisphères porte un robinet qui se visse sur la machine pueumatique, et l'autre un anneau qui sert de poignée pour le saisir et le tirer, Tant que les hémisphères contiennent de l'air, on les sépare sans difficulté, car il y a équilibre entre la force

élastique de l'air intérieur et la pression de l'atmosphère; mais, une fois que le vide est fait, on ne peut plus les séparer sans un puissant effort, dans quelque position qu'on les tienne (fig. 146, H). Cela prouve, en outre, que la pression atmosphérique s'exerce en lous sens,

145. Mesure de la pression atmosphérique : expérience de Torricelli. — L'expérience suivante, faite pour Ja première fois en 1645 par Torricelli, élève de Galilée, mesure en outre la pression atmosphérique.

Expérience. — On prend un tube de verre long de 80 centimètres au moins, d'un diamètre intérieur de 6 à 7 millimètres, et fermé à l'une de ses extrémités, On le pose verticalement (fig. 147, D),

el on le remplit entièrement de mercure; puis, fermant l'ouverture C avec le pouce, on le retourne et on en plonge Vexrèminé

verte dans une cuvette à mercure (fig. 447, II}. On retire alors

Et et l'on voit la colonne mercurielle baisser aussitôt jusqu'à ,, üteur AB, d'environ 76 centimètres, où elle se maintient. te, — Torricell ent le mérile de donner tout de suite able explication de ce curieux phénomène, 1 affirma, et soutint contre de nombreux contradieteurs, que c'est Ja pression atmosphérique qui soulève le mercure dans le tube et qui lui fait équilibre. Cette théorie n'est plus contestée aujourd'hui : elle est une conséquencé nécessaire des principes de l'hydrostalique.

En effet, le tube et la cuvelte forment un système de

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