TUBE

TKSSias.

CHALEURS LATENTES DES VAPEURS. 369

¥^%» Tension des vmpeurs des liquides méimny es et des dlssoiations iaes. — Dalton, qui a découvert la plupart des lois relatives aux vapeurs, ît admis que la tension donnée par des liquides mélangés, était égale à la ime des tensions que chacun d'eux produirait isolément à la même tempene. Cette loi, admise généralement, n'avait jamais été vérifiée dans le cas il y a saturation. M. Regnault a fait des expériences pour la contrôler, au yen de l'appareil (fig. 707), en remplissant l'ampoule de deux liquides difféits. Voici les résultats auxquels il est arrivé :

\^ Quand les deux liquides n'exercent pas d'action dissolvante l'un sur utre, comme l'eau et le sulfure de carbone, ou le chlorure de carbone C^C/*^,

hbenzine, la loi est exacte, ou du moins les erreurs sont négligeables. — ' Avec l'eau et l'éther, qui se dissolvent en proportions non illimitées, les osions sont bien moindres que la somme des tensions des liquides isolés ; la mme représente à peine celle de l'éther seul. — 3® Quand les deux substances

dissolvent mutuellement en toutes proportions, la loi n'est pas plus exacte, îs mélanges en plusieurs proportions d'éther et de sulfure de carbone, de nzine et d'alcool , ont donné des tensions intermédiaires entre celles des ox liquides isolés.

M. Regnault et M. Wïilner ont mesuré les tensions des vapeurs fournies ries dissolutions de divers sels dans l'eau: le premier employait l'appareil g, 707) ; M. Wûlner a suivi la méthode de M. Magnus (073), et il a procédé

comparant les tensions fournies par la dissolution, avec celles de la vapeur 5au pure aux mêmes températures. Il a constaté d'abord que la diminution

la tension y produite par la présence du sel, est proportionnelle à la quantité isoute dans un même poids d'eau. Pour une môme quantité de sel, la diffénce augmente avec la température, et par conséquent avec la tension de la peur de l'eau pure. Pour le sel marin et le sulfate de soude, la différence d t proportionnelle à la tension de la vapeur d'eau pure; de sorte qu'on d=af. Pour V azotate de soude, le chlorure de potassium, le sul(atede potasse

Yazotate de potasse, les résultats sont représentés par une expression de la pme d^af+bfK

n. Mesure de la chalenr latente des vapeurs.

•W. Mesare de im ehalenr latente de Im vapeur d'eau. — Black, après wr découvert la chaleur latente de vaporisation, fit quelques expériences ar la mesurer. Il plaça sur un poêle, dont la température était sensiblement Bstante, un vase plein d'eau, et compara le temps qu'il mettait à s'échauffer iqu'à 100°, à celui qu'employait ensuite l'eau pour se transformer complcHemten vapeur. Il porta aussi de l'eau au-dessus de 100° dans une marmite Papin, puis il ouvrit subitement la soupape; la vapeur s'échappa avec II 24

CHANGEMEiNTS D ETAT DES CORPS.

force, et la température retomba à 100°. L'eau vaporisée avait ^levé, à l'étal latent, toute la chaleur perdue par Teau qui restait. Watt a employé le mène moyen ; il a aussi procédé en faisant arriver la vapeur formée dans une bouilloire, au milieu d'une masse connue d'eau, qui s'échauffait aux dépens de la chaleur latente abandonnée par la vapeur condensée, et de celle que cédait l'eau de condensation pour s'abaisser à la température finale du mélange. Le poids de vapeur condensée était égal à l'augmentation de poids de l'eau employée.

Rumfort utilisait, dans le môme but, son calorimètre à serpentin, qui a été adopté, avec des modifications, par la plupart des physiciens qui sont venus

après lui. La fig, 709 représente l'appareil tel qu'on l'emploie ordinairement: la vapeur se produit dans une cornueR, dont le col incliné communique avec le serpentin du calorimètre. Le liquide, qui se condense dans le col incliné, retombe dans la cornue. Le calorimètre est soutenu sur trois pointes en bois, et muni d'un couvercle pour empêcher l'évaporation; sa température est donnée par le thermomètre/, pendant qu'on fait mouvoir l'agitateur a. L'eau fournie par la vapeur condensée dans le serpentiD« se rend dans un vase c complètement fermé, où elle prend la température du calorimètre. A la fin de l'expérience, on la retire par le robinet inférieur et on la pèse ; on a ainsi le poids de U vapeur qui a traversé l'appareil. On peut opérer sous différentes pressions en condensant ou raréfiant l'air par le robinet r. Soient P le poids de l'eau du calorimètre et de son équivalent en eau, t sa température initiale, T celle de la vapeur, déduite de la tension qui régne dans l'appareil ; G la température Gnale. p le poids de la vapeur condensée, et enfin c la chaleur spécifique du liquide sur lequel on opère. On aura, pour déterminer la chaleur latente de la vapeur.

Fig. 709.

p/ + p(T-0) = P(ô-0, ni

qui exprime que la quantité de chaleur ipl cédée par le poids p de vapeur pour se liquéfier, plus la quantité pc (T — 0) abandonnée par le liquide condensé, est égale à la quantité de chaleur gagnée par le calorimètre.

Pour éviter la perte de chaleur extérieure, on commence l'opération i quelques degrés au-dessous de la température ambiante, et on la termine quand le calorimètre arrive à un même nombre de degrés au-dessus.

Il existe deux autres causes d'erreur : la première provient de l'eau entraînée par la vapeur à l'état de gouttelettes, et qui, s'ajoutant au poids de la vapeur. rend le résultat trop faible. On peut reconnaître qu'il y a de l'eau entraînée*

CHALEUKS LATENTES DES VAPEURS. 371

^^^ant de l'eau salée ; on trouve un peu de sel dans le vase c. On ' cette cause d'erreur en évitant de produire une ébullition trop vive. -^¥ide cause d'erreur est due à la chaleur communiquée au serpentin, ^>3 de la conductibilité du col de la cornue.

ï^espretz a trouvé, par la inéthode qui précède, qu'il faut 540 calories à ^me d'eau pour passer à l'état de vapeur. Ce môme nombre a été retrouvé I . Brix, au moyen d'un appareil analo^e, dans lequel le serpentin était ^lacé par un vase annulaire. Ce nombre diffère peu de celui qu'a trouvé ^egnault pour la température de KW, au moyen des appareils que nous »s décrire.

98. De la chaleur laCeufe de la vapeur d*eaa sons différentes talons. — Dans les expériences qui précédent, la chaleur latente n'est urée que sous des pressions peu différentes de TeO"™. Il est important, * remploi que l'on fait de la vapeur comme force motrice, de savoir si la eur latente reste la môme à toutes les températures. Watt admettait qu'elle nue à mesure que la température augmente, de manière que la qtiantUé de eur nécessaire pour échaulfer et transformer en vapeur \t^ d'eau à partir "* est toujours la même. Cette loi, connue sous le nom de loi de Watt, n'a établie que par une seule expérience assez imparfaite. En 1803, Southern reighton conclurent d'expériences nombreuses que la chaleur latente de risation est la même sous toutes les pressions : c'est la loi de Southern, lent et Désormes, en i8l9, ont trouvé qu'un calorimètre dans lequel ils ensaient des poids égaux de vapeur, s'échauffait de la même quantité, e que fût la pression de la vapeur; ce qui est d'accord avec la loi de Watt. dans ces expériences, la vapeur, à son entrée dans le calorimètre, se l.it énormément en reprenant la pression atmosphérique ; d'où il devait ter un refroidissement considérable. M. de Pambour, en expérimentant , 7 à 4,4 atmosphères, a aussi retrouvé la loi de Watt. Mais M. Despretz 'Onnu que les lois de Watt et de Southern sont l'une et l'autre inexactes, a avancé le premier, que la chaleur totale croît avec la température et is vite que celle-ci*.

119. Expériences de M. Befcnanif. — M. Regnault a repris la question une méthode et des appareils perfectionnés, au moyen desquels il a pu er les causes d'erreur qu'il a remarquées dans les expériences antérieures. ;>pareil est représenté dans la fig. 638 : D, D' sont deux calorimètres idenles en cuivre rouge, contenant de l'eau qu'on agite régulièrement au moyen jilateurs a qui marchent ensemble. La vapeur arrive aux deux calorimètres le tuyau v, qui part de la chaudière V, et par le robinet de distribution r. que calorimètre contient deux ballons en cuivre dans lesquels la vapeur se jense, et un serpentin qui part du ballon inférieur et communique, par les

Traité élémentaire de physique, par M. C. Despretz (4 836}, p. 212.

ns

CHANGEMENTS D-ÉTAT DES GOHPS

tobes e, t\ p, avec un réservoir en tôle R, de 600 litres de capsei: dans Teau. Une pompe foulante comprime dans ce résenroir, par le l'air qui sert à établir une pression déterminée dans tout l'appai pression est mesurée par le manomètre à air libre Mfifi\ dont n plusieurs fois parlé (972). Une partie de la vapeur qui vient de la se rend dans le condenseur C, où elle se liquéfie. Ce condenseur « en tôle de 60 litres de capacité, mis en communication parole tube \

réservoir à air eoi L'eau se renouvelle lement autour dn seur; elle vient d'n et passe d'abord manchon T qui ent du tube m\ pour I vapeur qui n*aura condensée en C»

eau arrive par le fond de la cuve qi le condenseur; l'eai s'échappe par un I Le tube à niveau \ par la quantité d'es sèc , la marche q distillation. Le tube sert à extraire cett densée.

La chaudière V ( couvercle, des tul contenant des then elle a une capacit litres environ, ete remplie d'eau. La sort par un tube nant naissance auniveau, circule sous forme de serpentin dans rintéricur de l'eai aboutir au robinet de distribution r. La partie de ce tuyau, qui est I chaudière, o (/î^. 711), est entourée d'un manchon dont on voil en m%^ et dans lequel circule la vapeur. Cette vapeur se rend direct 'etube/ dans le condenseur C (^■^. 710). De cette façon, lavaj refroidit pas dans son trajet et ne peut pas emporter de gouttelettes

Fig. 74 0.

* Msoiref de r/fuiifui (Académie des sciences), t. XXI, p. 635.

CHALEURS LATENTES DES VAPEURS

La pg. 714 représente la coupe du robinet distributeur; enr'T', par un phn vertical passant par Taxe du tube o, et en ri par un plan perpendiculaire

3û premier. Ce robinet est composé d'une boîte en bronze, coulée d'une seule

PikBy dans laquelle est ménagée une enveloppe un peu conique. Cette enve- *^Ppe sert de boisseau à un robinet creux, que l'on fait tourner au moyen de 'f ^ig"© Tr\ qui passe à travers un presse-étoupe. Les tubes c, c' qui abouissertX aux calorimètres D, D' (fig. 710), arrivent jusqu'au robinet, qui nés^nte une ouverture, par laquelle la communication peut être établie entre Aoi sseau et l'un ou l'autre calorimètre.

La. vapeur arrive, par le tube o (^^.711), dans l'espace annulaire qui oum ^-e le robinet, et se rend en partie par le tube T' dans le condenseur C h niO), et en partie dans un des calorimètres par le robinet r. En réglant >o ^^ition de ce robinet et celle du î«^^ ^t du condenseur C , on fait i^ m:^ à volonté la proportion de e ^j^ X qui entre dans le calorimètre. V^^^îci maintenant comment on ^r*^^ : on commence par remplir i ^^slorimètres d'un môme poids ea^VB . Cela se fait au moyen d'un isc^ jaugeur J , dans lequel on itroduit un volume d'eau connu, n iirrétant le niveau à un repère racé sur le tube latéral a. Au moyen le oe volume, qui est de GO litres învii-on, on calcule le poids de l'eau, 5n tenant compte de sa dilatation et

'c celle du vase J, dont la capacité à 0° est connue. Le liquide est ensuite ntroduit dans l'un ou l'autre des calorimètres, par le robinet inférieur du ^^^ J, robinet dont le canal est coudé à angle droit.

-^près avoir porté à l'ébullition l'eau de la chaudière, et avoir établi dans appareil la pression désirée, on fait passer la vapeur dans le condenseur C *fl^- *710), et quand la distillation est régulière, on en dirige une partie dans "'^ des calorimètres, D'. On observe alors, au moyen de lunettes glissant sur ^^ Supports fixes, la marche des thermomètres des deux calorimètres, pendant " ^n agite l'eau qu'ils contiennent. Ces thermomètres sont enfoncés de manière ^^ ^e mercure ne dépasse que très peu le couvercle. Quand le thermomètre est ^^"^"^nu stationnaire en D', on recueille l'eau condensée par le serpentin, dans ^^ ^^llon en verre 6, qui contient un petit thermomètre très sensible; puis on P^^^ cette eau. Pour calculer la chaleur latente, il faut connaître la température ^^ ^^ vapeur à son entrée ; on la déduit de sa force élastique donnée par le

^^nomètre à air libre M. On opère ensuite avec l'autre calorimètre, de la même

374 CHANGEMENTS D*ÉTAT DES CORPS

manière qu avec le premier, et ainsi de suite alternativement, et Ton pre&lb moyenne des résultats ainsi obtenus.

La correction relative à l'action du milieu ambiant sur le calorimètre qui fonctionne, et à la chaleur qu il reçoit par conductibilité, du robinet r, se calcule au moyen des observations faites simultanément sur Fautre calorimètre, qui ne reçoit pas de vapeur, et qui se trouve soumis aux mêmes causes deperturhations extérieures.

M. Regnault a mesuré ainsi la chaleur latente de la vapeur d'eau jusque 14 atmosphères de pression. En dilatant Tair dans le réservoir R, au lieu de le comprimer, il a pu aussi opérer au-dessous de la pression atmosphérique, jusqu'à ^ d'atmosphère. 11 n'a pu aller au-dessous, l'ébullition se faisant alors très irrégulièrement dans la chaudière.

Expériences sons de faibles pressions. — Pour les faibles pressions, M. Regnault a employé un autre procédé qui consiste à mesurer la quantité de chaleur enlevée à un poids connu d'eau, par l'é^^aporation d'un poids aossi connu du même liquide. L'appareil destiné à ces expériences est formé d'mi récipient annulaire dans lequel on met 5^ d'eau distillée, et que Ton plonge ensuite dans un calorimètre. Ce récipient communique avec un flacon entouré d'un mélange réfrigérant, et dont on peut extraire une partie de Tair au moTeo d'une machine pneumatique. Après avoir établi la pression sous laquelle on veut opérer, pression mesurée au moyen d'un manomètre barométrique (879), on suit la marche du thermomètre du calorimètre. L'eau du récipient distille et vient se condenser dans le flacon refroidi. Quand tout est évaporé, ce que l'oa reconnaît au point d'arrêt qui se manifeste brusquement sur le thermomètre, on calcule, d'après l'abaissement de température du calorimètre, la quantité de chaleur enlevée par l'eau du récipient en s'évaporant.

M. Pouillet a aussi mesuré, de son côté, au moyen d'un appareil particulier, les chaleurs latentes de la vapeur d'eau sous de faibles pressions. Il existe un accord assez satisfaisant entre ses résultats et ceux de M. Regnault.

Conciasion. — M. Regnault a conclu des nombreux résultats qu'il a obtenus, que la loi de Watt n'est pas exacte, et que celle de Southern l'est encore moins : les chaleurs totales vont en augmentant, et les chaleurs latentes en diminuant quand la température augmente. M. Regnault a renfermé les résultats de ses expériences dans la formule

[2] > = 606,5+ 0,305 ^ ou X= 0,305 (1988,5 -fO»

dans laquelle > est la chaleur totale, c'est-à-dire la chaleur latente augmentée de la température t de la vapeur. Ainsi, à 100°, on a > — 637, et par conséquent la chaleur latente est 537. A 0^, la chaleur totale est égale à la chaleur latente, et elle a pour valeur 606,5. On voit que la chaleur totale est égale à

CBALEURS LATENTES DES VAPEURS. 375

la cbaleor latente à 0^, augmentée de la température d*ébuIlition multipliée par le nombre 0,305. Ce nombre exprime la quantité de chaleur qu'il faut fournir à ^^ de vapeur saturée, pour élever sa température de 1"*, en la maintenant saturée au moyen de la compression.

On voit aussi que la chaleur latente diminue avec la température t , car on a

Conséquences. — M. Legrand a donné une interprétation simple des résultats obtenus par M. Regnault. Il fait remarquer d'abord qu'en établissant la formule [i] (977) d'où l'on déduit la valeur de la chaleur latente, onsuppose tacitement que la vapeur qui se condense possède la même chaleur spécifique que le liquide produit. Or, la chaleur spécifique augmente au moment de la condensation. L'échauffement du calorimètre est donc trop faible, une partie de la chaleur latente abandonnée étant retenue par le liquide dont la capacité est plus grande que celle de la vapeur. Pour avoir égard à cette circonstance, M. Legrand prociède de la manière suivante : P, t, ô, c, T, p, représentent les mêmes quantités que dans la formule [1], et v étant la capacité calorifique de la vapeur, que l'on suppose formée par du liquide de l'espèce de celui qui remplit le calorimètre, ce liquide, après la condensation, aura pour masse P -H/', et contiendra, en partant de la température de 0°, une quantité de chaleur égale à (P -hp) cO. Cette quantité se compose de celle qui existait d'abord, Pc/; plus de la chaleur libre de la vapeur à partir du même point, pvT; plus enfm de la chaleur latente Ip abandonnée pendant la liquéfaction ; on aura donc

[3] pvT+pl-\'Vct = {P + p)cO; d'où / = î^ (0— 0— fT+cO.

En ajoutant vT, on aura la chaleur totale / -hi^T. Dans la formule donnée par la méthode ordinaire, vT serait remplacé par cT, et les formules qui donnent les chaleurs totales coïncident. M. Legrand a appliqué la formule [3| aux résultats trouvés par M. Regnault, ou à la formule >= 606,5 + 0,305/, qui les représente. Pour avoir la chaleur latente, il faut retrancher de la chaleur totale >, la quantité vT, ou 0,305/, ce qui donne l = l — cT = 606,5 ; ce qui montre que la chaleur latente, calculée comme il vient d'être dit, est constante. C'est l'énoncé de la loi de Southern ; mais au fond la loi est ditférente, la chaleur latente de la vapeur étant prise en considération. Ce résultat est d'une grande simplicité ; mais il faudrait voir s'il s'applique aux autres liquides. M. Legrand remarque enfin que le chiffre de la chaleur latente ainsi évalué dépend du point de départ adopté pour compter les températures. Voici les résultats trouvés par M. Regnault :

CHANGEMENTS D ETAT DES CORPS

TEMPÉ-