I. Aotioni mêoaniqaM

f ose. FROTTEmiT — Les actions mécaniques au moyen desquelles oo peut produire de la chaleur sont principalement le frottement, la compremw, et toutes les opérations par lesquelles on peut déformer les corps. Occuponsnous d'abord du frottement.

Quand on presse deux surfaces l'une contre l'autre, les aspérités dont dles sont recouvertes, quelque polies qu'elles soient, s'engagent les unes dans les autres ; d'où il résulte, quand on veut les faire glisser l'une sur l'autre, ane résistance d'autant plus grande que les aspérités sont plus prononcées et b pression plus forte. Pour que le glissement ait lieu, il faut que les partki engagées les unes dans les autres se séparent; ce qui ne peut avoir lieu sais un ébranlement des couches superficielles, accompagné d*un dégagement de chaleur. Par exemple, en frottant les mains l'une contre l'autre, on les échauffe. Si l'on frotte avec force deux morceaux de bois l'un sur l'autre, il s'en dégage une épaisse fumée. L'expérience se fait facilement en faisant tourner rapidement avec un archet, un fuseau en bois dont on appuie la pointe sur une planche. Les sauvages parviennent à allumer du feu en faisant tourner entre leurs mains une tige de bois dur, comme du bois de fer, dont ils enfoncent l'extrémité, taillée en pointe, dans une cavité d'un morceau de bois d'une autre espèce. Sénéque rapporte que les bergers de son temps obtenaient dn feu par le même procédé, et il ajoute qu'il faut, pour réussir, emplover des bois d'espèce particulière, comme le laurier et le lierre. C'est par le frottement qu'on obtient ces filets bruns que l'on voit sur certains objets travaillés autoor: on appuie fortement l'angle d'un fragment de bois, sur la pièce tournant rapidement, et le bois fume et se charbonne le long de la circonférence frottée.

Les tourillons des machines, les essieux des voitures s'échauffent quand on néglige de les graisser ; et l'on voit quelquefois le moyeu des roues prendre feu quand le mouvement est rapide et prolongé. — On fait des hnqueU ^mphoriques consistant simplement en un tube de plomb ou de verre, au fond duquel on a mis un peu de phosphore, dont on arrache quelques parcelles avet

le bout d*une allumette; en la frottant ensuite sur un morceau de liège, le phosphore s'enflamme et met le feu au soufre de Tallumette.

Briqaec à pierre. — Les étincelles que Ton fait jaillir quand on frappe tangentiellement une lame d*acier trempé contre le tranchant d'une pierre à fusil, sont ducs à la chaleur que produit le frottement énergique que Ton exerce par ce moyen. Dans cette expérience, le silex entame Tacier, en arrache des parcelles, qui sont portées à une température assez élevée pour s*enflammer et brûler au contact de Tair. En tombant sur de Tamadou, sur de la poudre, elles y mettent le feu. Si Ton place une feuille de papier au-dessous du silex avec lequel on 6a/ le briquet, on y trouve des parcelles qui, vues au microscope, présentent différentes apparences : les unes sont de petits fragments anguleux de silex ; les autres des grains de limaille d'acier qui n'ont pas été brûlés et ont conservé leur forme irréguliére ; d'autres sont noires, de forme parfaitement sphériquc, elles se sont oxydées aux dépens de l'oxygène de l'air, et ont été fondues. Du reste, la fiision n'est pas produite seulement par la chaleur dégagée dans le frottement, mais encore par celle qui résulte de la combustion dans l'air. En effet, Hawksbée a montré que, dans le vide, les parcelles sphériques ne se produisent plus. Hook paraît avoir, le premier, examiné au microscope les fragments qui se détachent du briquet, et les explications qui précèdent sont dues à Réaumur. Au lieu de silex, on peut employer toute substance capable d'entamer l'acier : comme la porcelaine, certaines poteries, la pyrite de fer, que les Romains portaient avec eux en campagne pour se procurer du feu; d'où est venu le nom de pyrite. Dire qu'une substance fait feu au briquet, c'est donc dire qu'elle est plus dure que l'acier trempé.

On explique de la même manière que pour le briquet, les étincelles que le fer des chevaux fait jaillir sur les pavés, celles qui s'échappent des meules sur lesquelles on aiguise les outils. Si l'on n'a pas soin de mouiller la meule, l'acier s'échauffe et prend une teinte bleue qui atteste que la chaleur dégagée par le firottement a détruit une partie de la trempe. On peut ainsi faire rougir des lames d'acier, et Wedgwood a pu, par le môme moyen, faire rougir l'angle d'un fragment de verre. Avant l'invention de la lampe de sûreté des mineurs, on éclairait les galeries dans lesquelles il se dégageait des gaz inflammables, au moyen d'une roue en acier tournant rapidement, et sur laquelle s'appuyait un silex, d'où s'élançait constamment une gerbe d'étincelles assez vives, mais incapables d'enflammer les gaz.

Quand on lime un morceau de fer, la lime s'échauffe, et il en est de même de la limaille formée. Si l'on remplace le fer par un alliage d'antimoine et de fer, chaque parcelle enlevée s'enflamme au contact de l'air ; de sorte qu'on voit jaillir une gerbe d'étincelles à chaque coup de lime. Remarquons que, dans cette expérience, comme dans celle du briquet, il y a, indépendamment du frottement, des chocs et des compressions auxquels on doit attribuer une partie de la chaleur produite, comme nous le verrons bientôt.

i033. De la quantité de ehaleor produite par le IVotteaMat. — On

peut, par le frottement, dégager indéfiniment de la chaleur. On n*a pas po jusqu'à présent évaluer exactement la quantité dégagée par deux corps frottés Tun contre l'autre dans des conditions données. Nous citerons cependant quelques expériences qui démontrent que cette quantité est considérable. Dafj ayant frotté deux morceaux de glace Tun contre l'autre dans un lieu dont la température était au-dessous de 0"", parvint à les faire fondre. La quantité de chaleur dégagée était égale au poids de glace fondue multiplié par 79, et Im aurait pu la calculer, si aucune portion de chaleur ne s'était perdue au dehors. Rumfort disposa horizontalement une pièce de canon de six, sortant dt moule, C (fig. 767), sur la machine destinée à la forer. Pendant que lapièa

tournait sur elle-même, il détacha dans la masselotte qui la surmontait oi cylindre nm qui n'ndhérait au corps de la pièce que par une partie très étroite «, et il fit forer ce cylindre jusqu'à une certaine profondeur. Il produisit ensailf de la chaleur par le frottement d'un foret obtus f en acier trempé pressé au fond de la cavité. La pièce C faisait 32 tours par minute. Dans une expérience, o(\ le foret détacha pendant une demi-heure 45 grammes de parcelles de brome, un thermomètre enfoncé aussitôt dans un trou que l'on aperçoit dans l'épaisseor du fond du cylindre nm, marqua 54° c. ; ce qui correspond à une très grande quantité de chaleur, à cause de l'énorme poids de ce cylindre. — Dans une autre expérience, Rumfort entoura le cylindre nm d'une masse d'eau d'enTiroa 10 litres, contenue dans une caisse en bois 6c, dont la tige du foret, ainsi que le tourillon a, traversaient les parois par des boîtes à cuirs. Au bout de déni heures et demie, l'eau entra en ébullition*.

Rumfort a constaté que la limaille détachée, dans ces expériences, avait la même chaleur spécifique que le bronze massif. On ne peut donc attribuer la chaleur dégagée à un changement de capacité calorifique.

i034. Cireoastances qui font varier la quantité de ehalear produite par le frottement. — La quantité de chaleur dégagée dans le frottement dépend : i» de la nature et de l'état des surfaces frottées; 2o de la pression;

* Eimis philosophiques, par B. comte de Rumfort, t. 11, p. 495.

3* de la vitesse. M. Haldot a publié des expériences nombreuses sur ce sujet*. L'appareil dont il faisait usage était composé d*une plaque de laiton toarnant sur elle-même, et pressée contre une autre plaque de substance afférente, par un ressort dont on pouvait faire varier la tension. Les deux plaques étaient plongées dans un vase rempli d*eau. Quand la plaque mobile élait polie, la quantité de chaleur dégagée était deux fois plus considérable que lorsqu'elle était couverte d'aspérités, résultat auquel on ne se serait pas attendu. Le zinc frotté sur une plaque de laiton, dégagea plus de chaleur que les autres substances. Le plomb et le laiton substitués au zinc, en donnèrent la même quantité, et l'étain, 0,78 de la quantité fournie par le zinc.

On ne sait pas quelle est la part des deux corps en présence, dans la production de la chaleur dégagée par le frottement. Ces corps prennent, de cette chaleur, une partie qui dépend de l'état de leur surface, de leur pouvoir absorbant, de leur conductibilité, de leur masse et de leur capacité calorifique. H. Becquerel a reconnu que deux corps de même substance frottés l'un contre Tautre par des surfaces identiques, s'échauffent également'^. Pour le constater, 9 les séparait vivement et les appliquait chacun sur l'une des bases de la pile d*un thermomultiplicateur : l'aiguille du rhéométre n'était pas déviée. Quand Tune des faces était moins polie que Tautre, l'aiguille était déviée de manière à prouver que la face polie était la moins chaude. La différence dépendait de la vitesse avec laquelle on frottait. Par exemple, les deux disques étant en verre, l'un poli et I

Fautre dépoli, le premier prit moitié moins de chaleur L I|^

que le second. I II

Voici encore quelques résultats qui montrent l'influence j^J^^^^^^ de la nature des substances : un disque de satin blanc r^^^^^l 8*écbauffe plus qu'un disque de satin noir sur lequel on l^^'n^l le frotte, quoique ce dernier ait un plus grand pouvoir I^S^^^I absorbant; le verre frotté sur le liège prend plus de ir|-4*T— ^1 dialeur que ce dernier, dans le rapport de 34 à 5 ; si le 1m^*TIj terre est dépoli , le rapport est de 40 à 7. Avec l'argent et le liège, ce rapport est de 50 à 12; ig. 768.

et avec le caoutchouc et le liège , de 29 à 1 1 .

-lOSS. Frottemeat des fluides. — Le frottement exercé par l'eau qui coule le long d'un corps solide produit trop peu de chaleur pour qu'on puisse l'apercevoir; le liquide se renouvelant sans cesse, et emportant avec lui le peu de chaleur dégagée. M. Joule a pu cependant obtenir une élévation sensible de température, en opérant sur une masse limitée de liquide '. Il faisait t ourner dans ce liquide, des palettes en laiton oo (fig. 768), au nombre de 16, qui

1 Journal de Nickolson, t. XXVI, p. 30.

3 Àntuiles de chimie et de physique, 3« série, t. XLVI, p. 269.

S Trant, pMl., 4850, p. 64, et AHn. de ch. ei de ph,, 3* série, t. XXXV, p. 424.

passaient à travers quatre systèmes de vannes fixes c, c, supportées par un cadre en laiton. Ce cadre soutenait en môme temps l*axe de rotation, et le tout était introduit dans un calorimètre vv, contenant 6 à 7 kil. d'eau. En d est une pièce de bois destinée à arrêter la chaleur qui tendait à s'échapper par conductibilité. M. Joule a pu obtenir dans l'eau une élévation de 0^,202. Des expériences semblables, faites sur le mercure avec un appareil en fonte, ont donné jusqu'à 2°, 54. Nous aurons occasion de revenir plus loin sur ces expériences remarquables. — Le passage d'un corps à travers l'air est aussi accompagné d'un dégagement de chaleur ; c'est ainsi qu'un boulet de canon s'échauffe de plus en plus à mesure qu'il s'éloigne de la pièce qui l'a lancé. On attribue l'état d'incandescence des aérolithes au frottement qu'ils éprouvent dans l'atmosphère, qu'ils traversent avec une vitesse extrême.

i036. De Torlgine de la chaleur eagendrée par le frottenent. — La quantité de chaleur que l'on peut développer en frottant deux corps, est indéfmie. On ne peut l'attribuer ù un changement dans la capacité calorifique, comme il ressort des expériences de Rumfort. Elle n'est pas due non plus à

Fig. 769.

une action chimique exercée par l'air à la surface des corps frottés, car Rumfort a opéré à l'abri du contact de l'air, et Pictet a fait des expériences sous le récipient de la machine pneumatique, au moyen de petits godets métalliques contenant un thermomètre, et qu'un mouvement d'horlogerie faisait tourner rapidement pendant qu'ils étaient pressés par diverses substances. On est donc forcé d'attribuer la chaleur produite, à l'ébranlement moléculaire qui résulte du frottement. Ces faits ne peuvent s'expliquer dans le système de l'émissioo, tandis qu'ils sont faciles à concevoir dans le système des ondulations.

4037. Applications. — Rumfort, après avoir décrit les expériences citées plus haut (1033), dit qu'on pourrait utiliser la chaleur développée par le frottement, pour faire cuire des aliments ; mais il ajoute qu'il y aurait plus d'éco* nomie à produire cette chaleur en se servant comme combustible des matières employées à nourrir le cheval destiné à faire mouvoir sa machine. Pictet, efl rendant compte des expériences de Rumfort, fit remarquer qu'il y aurait aTaotage réel, si l'on produisait le frottement au moyen de la force d'une cho(f

'eau ou de celle du vent. Cette idée a été appliquée en Amérique, où l'on a a chauffer des poêles avec des plaques de fonte ou de fer qui tournaient prestes Tune contre Tautre. Mais ces plaques s*usant rapidement, le procédé était rès dispendieux. La question du chaufTagê par le frottement a été résolue d'une oaoiére très heureuse par le moyen suivant.

Appareil thermogène. — Cet appareil, imaginé par MM. Beaumont et layer, est destiné à transformer de la force motrice en chaleur ; c'est le pro- Uème inverse de celui dont la machine à vapeur fournit la solution. Une chaulière cylindrique en tôle, de 2 mètres de longueur, placée horizontalement, et lont la fig. 769 représente une coupe longitudinale, et la fig. 770 une coupe tranversale, est traversée par un tube en cuivre un peu conique, soudé par ses extrémités aux deux bases de la chaudière. Un cône en bois, entouré d'une tresse de chanvre, remplit complètement ce tube, et reçoit un mouvement de "otation sur lui-même, d'une courroie sans fin qui embrasse la poulie P adaptée i un arbre en fer qui le traverse. Des pointes à vis s'enfoncent dans les extrénîtés de cet arbre, pour régler la pression de la surface du cône sur la surface ntérieure du tube de cuivre. De l'huile, venant d'un réservoir h, coule par les uhes t, t, t, et vient lubrifier continuellement les sur- ^ces frottées. L'excès de ce liquide s'échappe par le Uber (fig. 770). Une corde de vera (I, 206) la eporte dans le vase h. De cette manière, les surfaces bottées s'usent très peu , et cependant la quantité de baJeur dégagée ne semble pas diminuée.

Avec une vitesse de 400 tours par minute, il suffit e quelques heures pour porter à ISO'', les 400 litres eau que contient la chaudière, et produire par suite, i la vapeur ayant une tension de plus de deux atmo- »héres et demie. Cette vapeur est conduite par un pig. 770.

vau, dans les appareils que l'on veut chauffer, après les inventeurs, la vapeur produite est capable de fournir le travail un cheval, quand on dépense celui de deux chevaux pour faire moujr l'appareil.

Partout où le combustible est rare et la force motrice abondante, cette achine est appelée à rendre de grands services ; et quand on considère quelle imense quantité de force motrice on perd dans une foule d'industries, on iDçoit que l'appareil thermogène soit fréquemment utilisé.

4088. CHALEUR Dteifiis QUAiTO ON DipoREB UH COUPS. — Quand OU déforme % corps ductiles, on développe de la chaleur, et en quantité indéûnic, comme ins le frottement. Par exemple, les corps deviennent brûlants quand ils ibissent l'opération de la filière ou celle du laminoir. Quand une barre métalfue est soumise à une charge capable de la rompre, on aperçoit un étrangleent à l'endroit où doit se faire la rupture, et le métal devient brûlant en ce

point. Si Ton plie plusieurs fois de suite en sens contraires une barre flexible, elle s'échauffe fortement. La chaleur peut même se dégager quand la fleiioo ne dépasse pas la limite d'élasticité. En effet, M. Le Roux ayant serré unclame de bois dans un étau, et l'ayant fait vibrer au moyen d'une roue dont les dents l'attaquaient à son extrémité libre, la vit devenir brûlante au point où elle était serrée dans l'étau.

Chaleur dégagée par la perenssloa. — C'est surtout par la percussion que l'on peut déformer facilement les corps. Si l'on vient à frapper deux coups de marteau sur un clou posé sur une enclume, de manière à l'aplatir successiT^ ment dans deux sens opposés, il devient assez chaud pour enflammer de l'amadou. Les forgerons procèdent quelquefois ainsi pour allumer du feu. En battant h coups redoublés une baguette de fer ou d'acier, on parvient à la faire rougir. Une barre de plomb soumise à la môme épreuve flnit par fondre, et s'éparpille en gouttelettes sous le marteau.

Ces effets sont dus évidemment, en grande partie, au frottement énergique qui se produit entre les molécules, qui sont violemment déplacées les unes jor rapport aux autres. Nous allons voir qu'une autre partie de ces effets est due à l'écrouissagc, pour les métaux qui augmentent de densité par les diverses opérations mécaniques. Avec le plomb, qui n'est pas dans ce cas, toute la chaleur dégagée est due au déplacement des molécules.

1089. CHALEUR Diaiais PAR LA C0HPRB8SI0N. — La compression dégage de la chaleur, mais en quantité limitée comme ses effets. On peut dire, en général, que toutes les fois qu'on augmente la densité d'un corps, on dégage de la chaleur ; tandis que si l'on diminue la densité, on produit du froid. Berthollel, Pictet et Biot, ayant comprimé brusquement, sous un balancier à frapper les monnaies, des flans d'or, d'argent ou de cuivre, disposés de manière à ne pouvoir s'étendre latéralement, obtinrent un échauffemcnt prononcé. Pour évaluer l'élévation de température, qui fiU la plus prononcée pour le cuivre, et la plus faible pour l'or, ils jetaient promptement dans l'eau le disque frappé, et appliquaient la méthode des mélanges (892). Ce qu'il y a de remarquable, c'est que réchauffement était d'autant plus faible que le disque avait reçu d'avance un plus grand nombre de coups de balancier. Ainsi, dans une expérience, un disque de cuivre s'échauffa de 11°, 5 au premier choc, de 2°, 5 au second, et deO°,8 seulement au troisième, après lequel il n'y eut plus d'élévation de température. Les trois premiers chocs avaient écroui le disque et augmenté sa densité, tandis que la compression produite par les suivants n'était plus permanente, mais était suivie d'un retour au volume primitif, dû à l'élasticité, qui devait absorber la chaleur dégagée au premier moment par la compression. L'échauffement total des disques s'est toujours trouvé proportionnel à l'accroissement de leur densité.

* Mémoires de la Société d'Avcxieil, t. 11, p. 440.

COMPRESSION

C«Mpreflsi«B des liquides. — La compressibiUté des liquides étant très faible, et leur capacité calorifique très grande, on ne pouvait guère espérer de pouvoir constater une élévation de température pendant leur compression. Cependant MM. Colladon et Sturm ont obtenu des effets sensibles i^ur certains liquides *. Un ballon en verre 66' (fig, 771 ), dont les parois avaient de 25 à 35"" d'épaisseur, contenait un thermomètre de Breguet t. Le liquide remplissant le ballon 66' était fortement comprimé par un piston que Ton poussait dans le corps de pompe P, soit lentement au moyen d'un levier / faisant tourner un petit treuil , soit rapidement en frappant avec un marteau sur l'extrémité de la tige. La pression fut portée par ces divers moyens, à 30 atmosphères. Quand le ballon 66' était rempli d'eau, l'aiguille du thermomètre éprouvait une déviation négative , comme s'il y avait eu abaissement de température; mais ce résultat était dû à l'inégale compression des deux métaux qui formaient l'hélice, le plus dilatable étant aussi le plus compressible (852).

Avec l'alcool , la déviation fut moins prononcée, ce qui semble indiquer un effet calorifique. Les coups de marteau paraissaient même produire une légère déviation positive. Enfin, avec l'éther sulfurique, le plus compressible des liquides, les chocs du marteau ont fait dévier l'aiguille de*manière à indiquer une élévation de température de 4° à 6**. D'autres expériences, qui ont conduit aux mêmes résultats, ont été faites en comprimant le liquide au moyen d'air comprimé à 40 atmosphères dans un ballon adapté au vase 66'. En ouvrant un robinet, cette pression se faisait sentir brusquement sur le liquide.

La chaleur dégagée dans la compression d'un corps semble provenir du passage à l'état sensible dune partie de la chaleur latente qu'il contient. C'est ce que confirment les expériences faites au moyen des gaz, dont la grande compressibilité rend les résultats beaucoup plus sensibles.

4I040. Chaleur prodalte par la eomprefisioB des iras. — Nous avons eu plusieurs fois l'occasion de signaler le développement de la chaleur dans la compression des gaz. Quand la compression est forte, la température peut être

Fig. 774.

Fig. 772.

1 AnnaUi d$ ekimU et de phytique^ 2« série, t. XIXYI , p. 226.

portée jusqu'au rouge. Mollet, professeur à Lyon, a reconnu qne ramadoo prend feu dans le conduit rétréci qui termine ordinairement les pompes à comprimer les gaz.

Briqaet h air. — Le briquet à air y ou briquet pneumatique ( fig. llî), consiste en un tube en métal ou en verre, fermé h Tune de ses extrémités, et contenant un piston. Quand on enfonce brusquement ce piston, la chaleur développée est assez élevée pour enflammer de l'amadou. Il faut retirer aussitôt Tamadou du tube, sans quoi il s'éteindrait. Autrefois on le plaçait au fond do tube, qui pouvait se dévisser rapidement, ou dans une cavité pratiquée dans le corps d*un robinet que Ton faisait tourner de manière à amener rumadoo u dehors. Aujourd'hui, on préfère fixer la matière inflammable dans une cavité ménagée à l'extrémité du piston, qu'on retire rapidement après l'avoir enfoncé. Pour qu'il y ail inflammation, il faut que l'air soit réduit au douzième de son volume, ce qui répond à une élévation de température de 490** ; cependant fl suffît de 300° pour enflammer l'amadou. C'est qu'il y a beaucoup de chaleur enlevée par l'instrument, dont la masse est énorme par rapport à celle de l'air.

Quand on opère dans l'obscurité et que le tube est rempli d'oxygène, d'air ou de chlore, on aperçoit une vive lumière au moment où l'on enfonce brusquement le piston. On a cru d'abord que ces gaz avaient la propriété de devenir lumineux par la compression ; mais Thénard a montré que la lueur produite est duc à la combustion de la matière grasse qui recouvre les parois du tube, ou qui se trouve en suspension dans le gaz. Quand le piston n'est pas graissé, et qu'on a soin d'éviter la présence de toute matière combustible, la lumière ne se produit plus.

i04f . Froid dû h rexpansion des gni. — La compression échauiïanl les <^;\z, on est porté à penser que leur expansion doit être accompagnée d'un refroidissement dû au passage à l'état latent d'une partie de la chaleur sensible; c'est, en efl'et, ce qui a lieu. Pour le prouver, on place un thermomètre de Breguet sous le récipient delà machine pneumatique; pendant qu'on raréfie l'air, on voit l'aiguille marcher du côté du froid. Elle revient ensuite à sa position d'équilibre, quand on abandonne l'appareil à lui-môme, l'équilibre de température avec les corps environnants se rétablissant. Si alors on laisse rentrer l'air sous le récipient, le mouvement de l'aiguille indique qu'il ji échauflement, l'air introduit le premier étant comprimé par celui qui entre ensuite.

Le froid produit par l'expansion dos gaz explique les résultats suivants observés par M. Triger : s'étant enfermé dans une chambre destinée à soumettre les malades à l'influence de l'air comprimé, et la pression étant d'une atmosphère et demie environ, il entendit une détonation violente, il se sentit saisi d'un froid glacial , et se trouva plongé dans une obscurité profonde. Une glace, servant à donner du jour dans la chambre, s'était brisée, et l'expansion du gaz avait occasionné le froid observé, et avait produit l'obscurilé eo condensant, sous forme d'épais brouillard, l'humidité que contenait la chambre.

COMPRESSION

Dans le sas qui servait à la fondation des piles du pont du Rhin (i, 344), ou observait des phénomènes semblables, quand on laissait sortir Tair comprimé. %%49. Wt^îû émmm «m Jet de gax. — Dans Texpérience de Gay-Lussac, le thermomètre du ballon qui reçoit le gaz commence par baisser ; ce n*est qa*un instant après qu*il monte. C'est que le gaz, en entrant dans le ballon vide, se dilate subitement ; d*où résulte le rerroidissement observé d'abord. L'air introduit est ensuite comprimé par celui qui entre après lui, et il se dégage de la chaleur. Pour mettre ces résultats en évidence, on laisse rentrer de Tair par un oriGce a (fig. 773), dans un récipient vide sous lequel sont des thermomètres a , 6 , c. Le plus

rapproché de l'oriGce ne varie pas,

le suivant, 6, descend, et le plus

éloigné, c, monte pendant que le

second baisse encore. En a, le gaz

ne s* est pas encore dilaté et possède la température extérieure,

en b il est très dilaté, et en c

les premières portions introduites

sont comprimées par celles qui

entrent ensuite.

Quand on laisse échapper par

un petit orifice, de Tair humide

comprimé à 3 ou 4 atmosphères,

le refroidissement du jet de gaz est tel qu'il dépose sur une boule de verre un petit amas de glace provenant de la vapeur d'eau congelée. Le même phénomène se produit avec les jets de gaz comprimé et humide qui s'échappent par des fissures, d'excavations que l'on rencontre dans certaines mines de houille. — C'est par le froid produit par son expansion que l'acide carbonique se solidifie en sortant d'un récipient où il est comprimé à 40 ou 50 atmosphères (965).

Quand la vapeur sort d'une chaudière à haute pression, elle se condense en formant un brouillard épais, et elle se refroidit tellement qu'en y plongeant la main, on éprouve une impression de fraîcheur. L'expérience se fait facilement avec une marmite de Papin (fig. 774). Si la pression de la vapeur ne dépassait pas celle de l'atmosphère, elle sortirait à la température de iOO°, et l'on ne pourrait impunément y plonger la main.

4I048. ComparaisoB entre les elTets de la dilaCatloB et de la eonipreaslMi* — L'élévation de température produite par une certaine augmentaiioih de pression est égale à rabaissement produit par une diminution de pression égale. Gay-Lussac a découvert cette loi , au moyen de l'appareil {fig. 775) : deux ballons de même capacité sont réunis par un tube adapté

Fig. 774.

à des robinets que portent des tubulures latérales. Deux autres tobolores laissent passer les tiges de thermomètres à air t,t, et portent un robinet pir lequel on peut faire le vide ou introduire des gaz dans les ballons. L*un de ces ballons étant vide et Tautre plein de gaz, on ouvre les robinets de comnmnication. Le thermomètre renfermé dans ie ballon plein de gaz , baisse aussitôt; tandis que celui que renferme le ballon vide monte. Quand l'expérience est faite avec soin, les déplacements des index sont de même étendue sur les deoi thermomètres ; ce qui indique que Télévation de température dans l'un des ballons est égale à rabaissement dans l'autre.

Pour montrer l'égalité entre l'écliaufTement et le refroidissement, M. Joole plongea dans l'eau deux récipients en cuivre, dont l'un était vide et l'autre rempli d'air comprimé à 22 atmosphères. Ayant fait communiquer entre eux ces deux récipients, la pression devint égale à il atmosphères dans chacuo d'eux , et cependant l'eau dans laquelle ils étaient plongés n'éprouva aucun

changement de température. Il y eut donc compensation entre l'échauflement produit dans un des ballons et le refroidissement produit dans l'autre.

i044. EvaliuitioB de la chaleur produite par la eompresslon. — Pour ^'S- '^'^^' évaluer l'élévation de Fig. 776.

température produite par une compression connue d'un gaz, Clément et Désormes ont employé un ballon (fig, 776) de 28 litres de capacité, muni d'un robinet à large ouverture r, et communiquant avec un tube vertical h plongeant dans l'eau, et destiné, avec le baromètre, à indiquer la pression dans le ballon. On commence par raréfier un peu l'air du ballon au moyen de la machine pneumatique; soit p' sa pression. On ouvre le robinet r, l'air extérieur se précipite dausle ballon en comprimant l'air qu'il contient, l'échauffé, et le liquide descend dans le tube h au niveau extérieur presque instantanément, à cause de la grandeur d'ouverture du robinet r. Aussitôt, on ferme ce robinet ; le niveau remonte, parce que le gaz se refroidit, et la pression devient p\ plus grande que f\ à cause de l'air qui s'est introduit.

Pour calculer l'élévation de température x produite par l'entrée de l'air, désignons par p la pression, et par / la température de l'air extérieur, et négligeons les variations de volume dues au déplacement du niveau h. La masse

y/'//y>y/yy^>yyyyyyy>'Xyy^y^>^^J>>^^yy>f'Âfy:^^

COMPRESSION. 463

de gaz qui possédait la température t+x avait une force élastique égale à p. Cette force élastique devient égale à p", sans changement de volume, quand la température redevient t. On a donc, en désignant par a le coefficient de dilatation de Tair,

jL^'+-('+'\ d'où x=?:i£l±^.

p" 1 + ai p" a

L'air du ballon qui occupait le volume v' sous la pression p' a été comprimé par Tair introduit, de manière que son volume est devenu v", sous la pression p'' et à la même température. On a donc, d'après la loi de Mariette,

v" :v' ==p' :p\ d'où ^Iz;l^'==?lzi;.

Le premier membre représente la diminution de l'unité de volume ; on voit

qu'elle est donnée en fonction des quantités observées p' elp''.

On peut conclure de là l'élévation de température y produite par une con-^

«" -^ «' densation différente k; car on a approximativement - — 77^ i x = k i y,

Sî Ton veut l'élévation de température correspondante à une compression de j4^ du volume à 0°, ou de du volume à r, il faudra remplacer k par

eette quantité, et x par sa valeur. On trouve ainsi t/= -n ; = 0°,340.

Dans cette manière de procéder, il y a plusieurs causes d'erreur : une partie de la chaleur dégagée est enlevée immédiatement par les parois du ballon, quelque rapide que soit la rentrée de l'air ; cet air, étant puisé dans l'atmosphère, est humide ; la chaleur dégagée par l'observateur modifie aussi les résultats. Gay-Lussac et Welter ont évité en partie ces inconvénients en renversant la marche de l'opération ; au lieu de diminuer la pression dans le ballon et d'y laisser ensuite rentrer l'air, ils donnaient d'abord au gaz sec contenu dans le ballon une pression p' = p-\-h\ supérieure à celle, p, de l'atmosphère, et ouvraient ensuite le robinet jusqu'à ce que la pression fût redevenue égale à p, par suite de la sortie d'un peu de gaz et du refroidissement qui accompagne son expansion. Le robinet étant aussitôt fermé, la température reprenait sa première valeur, et la pression augmentait et devenait p' = p + A'. Alors on avait, pour la variation de température Xy

M. Masson a fait un grand nombre d*expériences, par cette métbode, sor Fair et divers autres gaz. Le ballon, à large ouverture, contenait 39 litres. La pression était donnée par la différence de niveau, mesurée au catbétométre, d*unc colonne d*acide sulfurique concentré, renfermée dans un tube en U dont une extrémité communiquait avec l'intérieur du ballon et Tautre avec l'atmosphère. Le ballon était plongé dans une grande masse d'eau, dont la températoit ne variait pas pendant plusieurs heures. Comme il fallait plus d'une heure pour que la température du gaz redevînt égale à celle du bain, après la sortie (h gaz, il était nécessaire de vérifier si la pression atmosphérique n'avait pas varié depuis le tommencement de l'expérience. S'il en était ainsi, il suffisiH de remplacer p" = p -h ^* par p -f- fc" ± ir , TT étant le changement de pression.

M. Masson a trouvé ainsi pour l'air, VhydrogèH et Yacide carbonique^ des nombres qui différent pa de ceux que Dulong a trouvés par une méthode indirecte fondée sur les propriétés des tuyaux sonores ei que nous avons exposée plus haut (I, 582).

i04S. Cas de grands rhaBfenieBts de ▼•!■■«• Les expériences qui précédent n'ont été faites que sur des compressions et des dilatations peu prononcées. MM. Fabre et Silbermann ont opéré dans des limites plus étendues au moyen de l'appareil (fig, 777). Crt appareil consiste en un corps de pompe en cuivre, garni à sa partie inférieure d'un manchon en verre, i travers lequel on distingue un thermomètre de BreguH. Un piston P, mis en mouvement par un levier muoi d'un parallélogramme de Watt , sert à faire varier brusquement le volume da gaz qui remplit le corps de pompe. La course du piston est limitée par des chevilles qui arrêtent le levier dans ses mouvements. Les gaz sont introduits au moyen du tube à robinet r et du tube / , au-dessus duquel on soulève le piston. Si Ton enfonce ou si l'on retire brusquement ce piston, le thermomètre de Breguet indique une élévation ou un abaissement de température.

Voici le tableau des variations obtenues. Le signe (— ) correspond àb dilatation du gaz (D), et le signe (+) à la compression (C). Les nombres inscrits dans la quatrième colonne de chiffres ont été obtenus en ajoutant le$ résultats contenus dans la seconde et la troisième ; et ceux de la cinquième colonne, en ajoutant les résultats des trois premières. Des expériences de vérification ont prouvé que les températures ainsi calculées sont d'accord aver celles que l'on obtiendrait directement.

Fig. 77

i Annalii de chimie cl de physique, 3« série, t. XXXVII, p. 474.

COMPRESSION

Entre V4

Entre

VARIATION DE TEMPéR.

GAZ

atmosph.

V« at.

latm.

V> at.

V4 at.

pour ^ , entre

cl Va.

et 1.

et 2.

V4et Vi at.

V»et iatm

lel2 atm.

n. Air

m. Oiygène