DES VAPEURS

277. Nous avons vu que tous les liquides , et peut-être même tous les corps solides , étaient susceptibles de se réduire en vapeur, soit par ébullition , soit par évaporation spontanée. Le genre de lluide élastique qui en résulte est d’une trop haute importance dans la nature en général , dans la plupart des arts , et surtout en physiologie générale, pour que nous n’en traitions pas d’une manière toute spéciale.

Pour bien concevoir la théorie des vapeurs , il est nécessaire de les considérer d’abord dans le vide, et d’étudier leur formation, leur tension, leur poids spécifique, les effets qu’elles éprouvent des hautes pressions, et l’application de leur puissance aux arts. 11 ne sera pas moins nécessaire de les considérer ensuite dans leur mélange avec les gaz, et particulièrement avec l’air atmosphérique, en déduisant, des phénomènes qu’elles présentent alors, l’explication de quelques circonstances météorologiques.

278. Des vapeurs dans Le vide. — Si l’on fait le vide le plus complet possible , à un millimètre près, par exemple, dans un ballon parfaitement sec, et qu’à l’aide d’un double robinet 011 introduise dans ce ballon une quantité d’eau suffisante pour qu’il en reste un peu à l’étal liquide dans le fond du vase, sans y laisser pénétrer l’air , on verra lout-à-coup la colonne de mercure de l’éprouvette s’élever de plusieurs millimètres , c’est-à-dire qu’il se sei n formé dans le ballon un fluide élastique qui pourra soutenir celle

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colonne de mercure. Ce fluide ne saurait être autre chose que de la vapeur d’eau. Et, . en effet , si l’on vient 5 faire, communiquer le ballon avec un autre vase vide d’air et contenant du chloruro de calcium, la pression cessera peuà peu , et l’on trouvera que le chlorure de calcium a absorbé de l’eau.

Ayant ainsi démontré le fait de la formation de la vapeur , il faut en rechercher les lois.

a. Un excès quelconque de liquide introduit dans le vase n’augmente point la force élastique. Ainsi le développement de la vapeur s’arrête à un certain terme qui est indépendant de la quantité du liquide.

b. La pression exercée par un même liquide, à la même température, est exactement semblable dans un grand et dans un petit vase, pourvu qu’on ait ajouté un petit excès du liquide, ce qui démontre qu’il se forme toujours mie quantité de vapeur proportionnelle à l’espace dans lequel elle peut s’étendre.

c. En introduisant dans un même vase vide, et à la même température, des liquides différons, les hauteurs de la colonne de mercure seront différentes pour chaque liquide , ce qui prouve que la force élastique des vapeurs dépend de la nature du liquide. En général , ceuxqui bouillent h la plus basse température donnent, toutes choses égales d’ailleurs , des pressions plus considérables.

d. Si l’on introduit le même liquide dans le même vase ci des températures différentes , les pressions croîtront avec les températures. Ainsi, en employant de l’eau à i8°,yâ, la vapeur soutiendra o,noi 4 de mercure; h ioo° la vapeur en soutiendra om7G2. 11 est facile de, voir que la force élastique des vapeurs qui sont en contact avec un excès de liquide qui les forme , croît avec les températures dans une progression beaucoup plus rapide que dans les gaz ou dans les vapeurs isolées. Car un gaz , ayant h o° une force élus-

l'AH L£ CALORIQUE. 5f)

tique représentée par 1 , aura , sous le même volume , h ioo°, une force élastique représentée par 1,375, c’est-àdirc à-peu-près un tiers plus énergique; tandis que pour l’eau, par exemple , la différence de force élastique sera de 1 à 1 5o.

On donne le nom de tension des vapeurs à cette force élastique variable par les circonstances indiquées. Celle expression est préférable à celle d’élasticité, attendu que ce n’est pas seulement ici la vapeur qui agit, mais l’excès de liquide lui-même qui tend à se vaporiser; en sorte que, si l’on enlevait la vapeur existante , il s’en formerait immédiatement de nouvelle , qui aurait la même force élastique.

En résumant ce que nous venons dire , on voit que tous les liquides tendent à sc réduire en v peur dans un espace vide; que la formation de la vapeur s’arrête quand l’espace en est rempli , ou que la quantité de vapeur est proportionnelle à l’espace; qu’elle est aussi proportionnelle à la température; enfin , que les liquides qui bouillent à la plus basse température sont aussi ceux qui forment le plus do vapeur dans des circonstances données.

La formation des vapeurs étant limitée par la réplétion du vase qui les entoure , et n’étant que modifiée par la nature des corps ou par la température , il est évident que l’on pourra toujours évaporer complètement un liquide, soit en enlevant continuellement la vapeur par un moyen mécanique , soit en l’absorbant par un moyen chimique.

279. De la tension des vapeurs. — La détermination exacte de la tension des vapeurs à différentes températures et pour différens liquides , étant d’un très-haut intérêt soit pour la théorie, soit pour les applications aux arts, R1M. Southern , Robison , Dalton , Ure, Gay-Lussac, Despretz , etc. , s’en sont successivement occupés.

On a perfectionné la méthode de l’introduction d’un liquide dans un vase vide, en se servant d’un manomètre

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muni d’un baromètre entier , anfin d’apprécier tous les degrés de tension. M. Dulong a même imaginé de placer le liquide dans un vase à part , que l’on fait communiquer h volonté avec le manomètre. Mais une méthode bien préférable pour l’exactitude et la simplicité , est celle qu’ont employée MM. Dallon et Gay-Lussac, et que le docteur Ure a perfectionnée.

Si l’on prend un tube de baromètre rempli de mercure bien purgé d’air , et qu’à travers ce mercure on introduise dans le vide barométrique un petit excès du liquide dont on veut essayer la tension , on verra la colonne barométrique s’abaisser d’une quantité qui sera l’expression exacte de la tension de la vapeur formée.

On peut constater ainsi , h l’aide de plusieurs tubes barométriques placés l’un à côté de l’autre , les différentes tensions de l’eau, de l’alcool, de l’éther, etc. , à la température de l’atmosphère.

Pour observer cette tension h des températures plus hautes ou plus basses, on peut envelopper la partie supérieure du tube barométrique d’un autre vase dans lequel on place des mélanges réfrigérons ou des liquides plus ou moins échauffés. Mais avec cet appareil le volume de la vapeur augmente rapidement, et l’on ne peut plus faire d’observation, passé ioo° pour l’eau, parce qu’alors il ne reste plus de mercure dans le baromètre. Le docteur Ure l’a perfectionné d’une manière très-remarquable par les moyens suivons:

L’appareil consiste ( fi g. 1 19 ) en un baromètre à siphon B C 1) , dont la branche B C contient le mercure , tandis que la branche G D , très-haute et terminée par un entonnoir , peut recevoir des quantités additionnelles de mer cure , dans les cas que nous indiquerons lout-à-l’heure. On établit d’abord la marche de ce baromètre, comparativement à un autre baromètre ordinaire, en traçant vers

le point l> une portion d’échelle. On fait passer dans la branche B G du baromètre une certaine quantité du liquide dont on veut trouver les tensions; on introduit ensuite le sommet B du baromètre , incliné en dehors , dans un ballon A et par une tubulure exactement fermée par un bouchon de liège; on remplit ce ballon d’une huile limpide que Ton peut chauffer à diverses températures, au moyen d’une ou plusieurs lampes à courant d’air. Cela posé, l’huile étant, par exemple , à io°, le mercure s’arrêtera dans la branche C D à un certain point b , que l’on pourra marquer au moyen d’un petit cercle élastique de métal; ce niveau sera supérieur h celui du baromètre de comparaison, et donnera la tension du liquide à io°. Le point a marqué par un petit cercle élastique détermine le volume du vide barométrique , on pourra verser peu-à-peu par l’extrémité D assez de mercure pour réduire la vapeur d’eau à io» à ce volume primitif, et il y aura alors dans la branche CD une colonne de mercure au-dessus du point b , qui exprimera exactement la tension de la vapeur à io°.

De la même manière , si l’on élève la température de l’huile dans le ballon jusqu’à ioo°, la vapeur du liquide tendra à augmenter de volume; mais on pourra ajouter peu-à-peu du mercure dans la colonne C D , de manière à contenir celte vapeur dans les mêmes limites; et au moment où la tempéraiure sera fixée à ioo°, la hauteur du mercure au-dessus du point b exprimera la tension de la vapeur à cette température.

On obtiendra des résultats analogues pour les basses températures en plaçant dans le ballon des mélanges réfrigérons. Pour ce dernier cas , il ne serait pas même nécessaire que tout l’espace qui contient la vapeur fut refroidi; car, dans un espace qnelconque , dont les différens points ne sont pas à la même température , la tension de la vapeur doit nécessairement être proportionnelle à la plus basse,

G2 du ciungemjent d’état dus coups

puisque les vapeurs formées dans les points les plus chauds devront nécessairement se condenser dans le point le plus froid.

Les méthodes que nous venons de décrire ne pouvant faire connaître les tensions des vapeurs à de très-hautes températures, M. Despretz a cherché un rapport entre le poids spécifique des vapeurs et leur tension. Pour faire ses expériences, il a mis un ballon à peser les gaz, parfaitement vide d’air, en communication avec le haut d’un tube barométrique contenant des vapeurs dont les tensions étaient déterminées par la hauteur même de la colonne barométrique au moment de l’expérience. Il a ensuite pesé avec exactitude le ballon rempli de cette vapeur, dont le volume était bien connu , ce qui , avec toutes les réductions convenables , lui donnait le poids spécifique des vapeurs sous les différentes tensions. II a trouvé par cette méthode que le poids spécifique de la vapeur d’un liquide était toujours proportionnel à la tension. II semblait que cette loi pût s’étendre par le calcul à toutes les températures ; mais les expériences de M. Cagnard de Latour sont venues prouver le contraire : en effet , ce physicien a démontré que l’alcool , par exemple , est susceptible de se réduire en vapeur dans un espace triple de son volume primitif; que cette vaporisation avait lieu h 207° degrés du thermomètre centigrade, et que la pression produite par la vapeur était alors égale à 119 atmosphères; tandis qu’en établissant celle pression dans le rapport des densités , elle devrait être de 224 atmosphères, c’est-à-dire presque double. On ne peut expliquer cette anomalie qu’en supposant que dans les vapeurs condensées, l’attraction de cohésion reprend un certain empire qu’elle perd complètement dans les vapeurs dilatées jusqu’à un certain point. Ce qui confirme cette supposition , c’est que dans ces hautes pressions la tension que conserve la vapeur est d’autant plus considérable.

relativement , qu’on lui permet d’occuper un plus grand espace.

Il est très-important de remarquer ici , que tout ce que nous avons dit sur la tension des vapeurs n’est applicable qu’à celles qui sont actuellement en contact avec le liquide qui les produit. En effet, si l’on prend une capacité quelconque remplie d’une vapeur sans excédant de liquide , elle se comportera précisément comme un gaz , à une seule exception près. Par exemple, si on l’échauffe, sa force élastique s’accroîtra dans le rapport de 0,00075 par degré centigrade; si on agrandit l’espace qui la contient, sa force élastique diminuera suivant la loi de Muriolte : mais si on la comprime ou qu’on la refroidisse, elle présentera des effets qui sont particuliers aux vapeurs. Si on la refroidit au-dessous de la température où elle peut exister avec une pression donnée, une partie de la vapeur reprendra l’état liquide, et tout le calorique latent que cette portion contenait se répandra dans le reste de la vapeur pour maintenir la tempéralure relative à la pression; en sorte que , dans des refroidissemens successifs et sous une pression constante , des portions de vapeur se condensent pendant que le reste conserve la même force élastique.

Si l’on comprime les vapeurs , il arrive un phénomène analogue au précédent , c’est-à-dire qu’une portion de la vapeur se condense en liquide; mais après cette condensation , la vapeur restante n’a pas plus d’élasticité qu’auparavant, en sorte que le moindre excès de pression suffît pour condenser tout un volume de vapeur. S’il existait, par exemple , un corps de pompe plein de vapeur d’eau ,qui fut capable de supporter un piston chargé d’un poids de 100 livres , et qu’on ajoutât une seule livre de plus , la totalité de la vapeur serait réduite en liquide. Ce fait paraît contraire à la théorie que nous donnerons bientôt des capacités caloriques ; car la vapeur devrait s’échauffer en se compri-

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manl , et recouvrer , par celle élévation de température , le degré de force élastique nécessaire pour supporter la nouvelle pression. On explique celle anomalie , en disant que la masse des vases étant très-grande relativement à celle de la vapeur , leurs parois absorbent l’excès du calorique qui peut résulter de la compression.

Nous donnons ici un certain nombre de tables, qui nous paraissent toutes indispensables pour avoir une idée précise des forces élastiques des différentes vapeurs à diverses températures,

La première est le résultat des expériences de M. Dalton sur la vapeur d’eau , et à des températures qui différaient de 5°5 , et qui s’étendaient de o° à ico°. Les points intermédiaires et les degrés au-dessous de o° et au-dessus de ioo° ont été trouvés par le calcul, en observant qu’il y avait, d’un terme h l’autre, des différences qui présentaient une certaine progression dont la raison elle-même variait d’une certaine quantité. Il est facile de s’assurer, en comparant cette table avec des résultats d’expériences directes, qu’elle n’est vraiment exacte que de o° à 100°. Par exemple, suivant M. Dalton, la tension de la vapeur d’eau à iio° est représentée par ioG6mm,oG, tandis que, d’après Robison , elle est de ii5omn,,5o. Il ne paraît pas même qu’on ait trouvé jusqu’ici de lois régulières, de formules approximatives , qui puissent servir à calculer la tension de la vapeur d’eau à des températures où l’on n’a pas fait d’expériences.

Les quatre tables suivantes, dressées par le docteur Urc , donnent les tensions des vapeurs de l’alcool , de l’éther sulfurique , de l’huile de pétrole et de l’huile de térébenthine : enfin, nous y avons joint, comme renseignement essentiel , les tableaux des expériences de M. Cagnard de Latour.

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Forces élastiques de la vapeur d'eau évaluée en millimètres , d’après les expériences de M. Dalton, pour chaque degré du thermomètre centigrade. (Tableau lire de l'ouvrage de M. Biot. )

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