ACIDE CARBON TIQUE

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LOTUS LL 78,7211,001414/| 753,46/1,000088)| 764,06/1,007507 , . 2112,85/1,00276%|| 4065,92/1,002052|| 3186,15/1,02860N|| 2211,18| 0908584 | 4140,82/1,0062%3|| 8028,54!/1,004768|| 4879,77!1,045625|! 5845,18) 0,906181 4656, 41) 1,006306)| 10981 ,42/1,006456)! 9619.97/1,155865)) 176,50! 0,992003

La men. de ces nombres a conduit vent aux conclusions suivantes :

* Pour aucun de ces quatre gas le rapport ŸE pe n'est égal à 1 : aucun d'eus

n'obéit donc rigoureusement à la loi de Mariolte, La différence restant très faible, la divergence entre la loi de Mariotte et la véritable loi de compressibilité n'est pas trés grande. Elle est négligeable pour de faibles pressions; elle s'accuse davantage à inesure que La pression du gar augmente. æ ses positif pour l'air, l'azote et ët l'acide carbonique : done ces trois gaz plus comprexsibles que ne l'indique la loi de Mariotte. Pour l'hydrogène est négatif : done ve PT tv compressible ; mais la divergence diminue quand la pression augmente, contrairement à ce qui a lieu pour les autres gaz. E A) les autres M ape dr étudiés par Regnault se comportent comme l'air. Is que ne l'indique la loi de Mariotte. La divergence es! Em) les gax liquéfiables, tels que l'acide carbonique, l'acide Er ne le gaz smmonine, le cyanogène, que pour les gaz anciennenent appelés

4" L'équation simple agi 4, qui exprime la loi de Mariotte, ne s'applique

done à aueun gaz. fognault à déduit de ces expériences une formule empirique représentant la loi de compressibilité de quelques gaz. Elle est

ref) (0)

A et B sont des constantes dont les valeurs sont différentes pour chaque gaz et sont pour tous extrêmement petites.

172. Expériences postérieures à celles de Regnault. — 1* Erpériences de Natterer. — En 1851, Nattérer, à Vienne, cherchant à liquéfier les gaz dits alors permanents, avail vd jusqu'à 2700 atmosphères, Quoique ses procédés ne fussent pas susceplibles d'une grande précision, il était arrivé à ce résultat important : l'air, l'oxygène, l'azote et l'oxyde de carbone, aprés s'être plus comprimés TE Begnault) que ne l'indique la loi de Mariolte, se conduisaient au contraire, sous de fortes pressions, comme fait l'hydrogène, c'est-à-dire se nr” moins que ne l'indique la loi.

Premières expériences de M. Cailletet. — Ce résultat a été confirmé plus on. on 1870, par M. Cailletet, dans une série d'expériences où la pression avait été poussée jusqu'à fe eee La méthode consistait à comprimer le gaz dans un piésométre de verre renfermé dans un tube d'acier (tube laboratoire) contenant du mercure qui, pendant lu cornpression, s'élevait dans la tige du mésométre: celle-ci avait été préalablement recouverte d'une légère couche d'or que le mereure dissolvait en montant : on jugeait ainsi du volume occupé par le gaz la compression d'après le point de la tige jusqu'auquel l'or avait she par le mercure. Les pressions étaient mesurées au moyen d'un genre Desgolle. Malheureusement les indications fournies par cet ire, cp qu'on le construisait alors, laissaient beaucoup à désirer; pour fire cesser cette incertitude, le plus sûr était d'opérer avec des ianomètres à aie Libre Date très grande hauteur : c'est dans ce but qu'ont été entreprises d'autres rienc celles de M. Cilletet et celles de N. Amagat.

Y Autres é e ces de — Les expériences de M. Cailletet (1879) ont'été faites au puits artésien de la Butte-aux-Cailles. Le procédé de lecture des vo | à de la tige dorée (comme ci-dessus). Le tube-laboratoire était j RES ne d'acier étiré, flexible, enroulé sur une sorte de tr la du puits, rempli de merenre el terminé en haut par un ré rvi f ce iquide; an faisait descendre le tube-aboratoire dans te paits er ant le tube d'acier : on ohtenait ainsi une colonne verti-

MAROT-MAREOVRUER 5

cale de mercure de longueur variable et connue ; il fallait pour chaque lecture remonter le tube-aboratoire el en retirer le piéromètre, afin de voir à quelle hauteur le mercure était monté dans la tige dorée. On a opéré ainsi jusqu'à une profondeur de 18% mètres, sait 240 atmosphères, La profondeur totale du puits était de #00 métres. Ces essais ant été faits avec l'azole : on a retrouvé le maxium du produit PV sous une pression d'à peu prés 80 almosphères.

4° Expériences de M. Amagat (1879). — Les expériences de M. Amagat ont été faites dans un puits de mine (puits Verpilleux) près Saint-Étienne. La méthode suivie est pour ainsi dire l'inverse de celle qui précède.

L'appareil (fig. 180) était installé dans une galerie, à 327 mètres au-des sous du sol. Une pompe SS'P refoulait (par l'intermédiaire d'eau mélangée de glycérine) le mercure R, placé dans le réservoir sur lequel elle est montée, d'une part dans le piésométre À, contenant le gaz qu'on voit à gauche, d'autre part dans un tube d'acier dont on voit seulement la naissance CO : ce tube, composé de tronçons réunis par des raccords à écrous dont le premier, TT, est figuré, était fixé aux parois du puits dans toule sa longueur; la lecture des volumes se faisait donc directement sur la tige graduée du piéromètre, comme dans les expériences de Biot et Arago ou dans celles de Regnault. Pour mesurer la hauteur de la colonne de mercure, des aides s'élevaient dans la benne du puits successivement jusqu'à chaque racconi d, le défaisaient ét vissaient à la place de l'écrou supérieur une pièce portant un tube de verre b; on pompait alors jusqu'à ce que le mercure arrivât dans ce tube; l'équilibre de température étant établi et la lecture du volume faite, l'aide refaisait le joint, montaît à ln station suivante, et ainsi de suite. La température de la colonne était donnée par une série de thermomètres échelonnés à chaque raccord, celle du gas par le thérmomètre du manchon MM entourant la tige graduée et que traversait continuellement un courant d'eau. Pour les pressions inférieures à 80 atmosphères, les expériences ont été faites en suivant la méme méthode dans l'une des tours de l'église de Fourviére à Lyon, L'ensemble des résultats est donné dans le tableau suivant :

alm,

Ces résultats (dans les limites communes de pression) différent notablement de ceux obtenus par M. Cailletet,

La compressibilité de l'azote étant connue, M. Amagat a pu étudier au lahoratoire, par comparaison, celle de divers autres gaz : hydrogène, oxygène, air, oxyde de carbone, formène, éthylène, acide carbonique ; tous ces gax ont à la température ambiante (sauf les deux derniers qui se liquéfient, l'éthylème au-dessous de 10°) un minimum du produit PY, à l'exception de l'hydrogène, pour lequel ce produit va toujours en croissant, Le Lableau supplémentaire qui donne pour l'azote la suite de ces produits jusqu'à 3000 atmosphéres est tiré d'un autre travail de M, Amagat. On voit que, sous cette pression, le produit PY

Fig. 180.

22 PNEUMATIQOUE.

et par suite la pression pour le volume correspondsni) est quatre fois plus grand que si le gas suivait la loi de Mariotie; pour l'hydrogène il serait seulement égal à 28754. Par suite, ce gaz, d'abord moins compressible que l'axote, devient au contraire plus compressible que lui sous des pressions considérables: à 5000 atmosphères, les coefficients de compressibilité des gaz, azote air, oxygène, sont trés peu différents et de l'ordre de grandeur de ceux des liquides; sous cette pression, la densité de l'azote rapportée à celle de l'eau est , cœlle de l'hydrogène 0,096, celle de l'oxygène 1,188, celle de l'air 0,897.

Compressibilité aux diverses températures. — Les expériences qui viennent

d'être décrites ont été faites à la température ambiante; dés 1869 Andrews étudia l'acide carbonique à diverses températures comprises entre 10 et SP. Ces expériences ayant surtout pour objet la continuité du passige de l'état liquide à l'élat gazeux, nous y reviendrons à propos du point critique; du reste elles ant été faites dans des limites de pression el de température trop restreintes pour raontrer l'ensemble des lois de la compressibilité proprement dite,

Expériences de M. Amagat. — M. Amagat a entrepris cette étude dans des limites très étendues de pression et de température. 1 à suivi dans ces recherches, suivant les cas, plusieurs méthodes dont In descriplion entralnorait trop loin. Les pressions, qui ont été poussées jusqu'à 3000 atimosphères, ont été mesurées

au moyen d'un manométre à pistons différentiels libres, fondé sur le même principe que celui dit de Deszolle et qui sern décrit plus loin.

Nous prendrons comme type l'acide carbonique; le diagramme ci-contre (fe. 181) montre les courbes de compressihilité à diverses températures, où lignes isothermes entre À et 260° et jusqu'à 1000 atmosphères; elles sont canstraites on portant les pressions sur l'axe des abscisses et sur les ordonnées les raleurs correspondantes du produit PV, Ces courbes seraient donc des droites parallèles à l'axe dé pression si Le gaz suivait la loi de Mariotte; elles se rapportent toules à In même masse de gaz, celle qui occuperait un volume égal à l'unité à (F etsous La pression de ! at. : d'où il résulte que le diagramme fournit on méme temps toutes Les données nécessaires pour le calcul des coeficents de dilatation à pression constante et à volume constant dans les limite

de pression et de température qu'il comporte, On voit qu'au-dessous de 31° les isuthermes présentent une partie rectiligne verticale qui correspond à la liqué- Betions hainédiatement après cette température (température critique), elles vrésententun pointd'intiexion, puis un minimuin d'abord extrémement prononcé de l'ondannée PV; It température croissant, la courbure des isothermes va en s'aftatblissant et en même temps l'abscisse correspondante à l'ordonnée minima croit, passe pr M HEMX LT, puis rétrograde en formant le lieu tracé en ponctué, Si on rapproche de ces résultats cv fait que les isothermes sont pour l'hydrogène, dés ntemipémiure ondinaire, des lignes présentant à l'axe des abscisses une conenvilé #'poesensitilé et dépourvue de minimum de l'ordannée, puisque pour coesz Phemionjonrs en croissant, on conciura que pour tous les autres gaz À meatdeméemEedumE top suffisamment élevée, L'hydrogène lorme

donc comme un type extrème dont les autres gaz, méme à 200 et 50, sont encore fort éloignés. L'acide carbonique et l'éthylène, dont le réseau est très analogue à celui de l'acide carbonique, forment le type extrème opposé; l'asole, l'air, l'oxygène, le formène forment les échelons intermédiaires. [C'est ce qui ressort aussi du diagranme (fig. 182), qui montre pour des températures voisines de 45* et jusque vers 400 atmosphères, une isotherme de chacun de ces gaz; l'hydrogène et l'éthylène sant ici les types extrèmes.]

On voit qu'à droite du lieu des ordonnées minima les isothermes se trans forment rapidement en lignes presque droites. M. Amagat avait d'abord pensé que, sous des pressions suffisamment fortes, ces lignes se transformeraient en un faisceau de droites dont le coefficient angulaire serait caractéristique pour chaque fluide ; mais il a montré depuis que pour tons les gaz, même jusqu'à 5000 atmosphères, il subsiste une légère concavité tournée vers l'axe des pressions, Si sous une pression ou à une température suffisante cetle courbure finissait par dispsraftre pour tendre vers une direction limite, dans ces conditions l'équation d'une isotherme, dans sa partie rectiligne, serait de la forme

PY—ap+b, d'où (V—a) =.

On aurait done Ÿ = a pour une pression infinie ; a serait le volume limite, ce qu'on a souvent appelé le covolume; ce coelMicient serait un élément fondsmental de la théorie des gaz, mais pour le moment on ne peut que faire une hypothèse à ce sujet.

Quoi qu'il en soit, on ne peut pas dire qu'en élevant la température l'état du gaz tende vers celui caractérisé par la loi de Mariotte, car il faudrait pour cela que les isothermes devinssent parallèles à l'axe des pressions ; tout ce qu'on peut dire, c'est que l'écart entre deux pressions données va en diminuant, pour cette raison que, les valeurs des deux produits PY augmentant continuellement avec la température, leur quotient se rapproche de l'unité, parce que leur différence n'augmente point ou tout au moins ne varie que d'une façon relativement insignifiante.

174. Compressibilité sous des pressions extrêmement faibles. — Ce sujet à été étudié par M. Siljerstrôm, M. Mendelejef et M, Amagat. Les résultats obtenus sont contradictoires. D'après M. Amagal, qui a repris deux fois la question et qui a opéré jusque sous une raréfaction de quelques dixièmes de millimètre, l'air, l'hydrogène et l'acide carbonique raréfiés suivraient sensiblement la loi de Mariotte, c'est-à-dire que les écarts trouvés sont de l'ordre de grandeur des erreurs dont il est impossible de répondre, dans ces recherches où ln mesure des pressions en particulier, précisément à cause de leur extrême petitesse, présente de grandes difficultés,

175. Définitions, — Lans les expériences qui précèdent, les pressions étaient mesurées au moyen d'une colonne de mercure; ce dispositif devient peu pratique pour de fortes pressions : il suffit de rappeler l'appareil de Regnault, atteignant 27 atmosphères, et celui de M. Amagat, dans lequel, pour obtenir une pression de 450 atmosphères, il a fallu donner à la colonne une “leur verticale de 597 mètres. On n done eherché à tèsoudre

MANOMÊTRES.

la question au moyen d'instruments spéciaux d'un usage plus

commode, qu'on appelle manométres*.

On construit trois sortes de manométres, d'aprés trois prin-

cipes distincts :

{° Les manométres à air libre, dans lesquels la force élastique à mesurer est équilibrée directement par une colonne de mereure ou d'un autre liquide, qui s'élève plus ou moins haut dans un lube ouvert, Ce type correspond précisément k la colonne de mercure des appareils dont il vient d'être question pour l'étude de la compressibilité des gaz, Ce sont les manomètres les plus exacts : c'est à leur indication qu'il convient de comparer celles des aulres types de manomètres, loutes les fois que cela est possible,

2% Les manomètres à air comprimé, dans lesquels la force élastique à mesurer est équilibrée par celle d'une masse d'air comprimée en vase clos et prise pour lerme de comparaison.

3° Les manomèlres métalliques, dans lesquels la force élastique à mesurer est équilibrée par l'élasticité d'un ressort circulaire qui s'enroule ou se déroule plus ou moins, comme celui du baroinètre de Bourdon.

L'unité de mesure ordinaire pour les pressions ou tensions des gaz est l'atmosphère, telle que nous l'avons définie ci-dessus. On a vu (145) que cetle pression esl égale à 1,035 kg par centimètre carré; par conséquent, si l'on dit d'un gaz qu'il a une lension de 2? ou 3 atmosphères, cela signifie qu'il exerce sur chaque centimètre carré des parois de son récipient une pression égale à 2 ou 5 fois 1,053 kg.

176. Manomètre à air libre ordinaire, — Lescriphion. — Gel instrument consiste en un tube de cristal ouvert, communiquant librement avec l'atmosphère par son bout supérieur et soudé par l'autre à la partie inférieure d'un réservoir À, à grand diamètre. Celui-ci est mis en communica-

Fig. 185.

tion, par un tube C plus étroit, avec le récipient fermé qui contient le gaz ou la vapeur dont on veut mesurer la tension. Le