S 2. — PRESSION ATMOSPHÉRIQUE. - BAROMÈTRE

«98. Pesantenr de l'air. — L'air est pesant; OU le prouve au moyen de Texpérience rapportée ci-dessus (297). Les anciens avaient quelque idée de la pesanteur de l'air. Aristote l'avait soupçonnée, mais une expérience mal faite lui fit rejeter sa première opinion. Empédocle, Asclépiade admettaient que l'air se précipite dans les poumons en vertu de son poids. L'école d'Epicure comparait le vent à un courant d'eau. C'est Galilée qui a, le premier, prouvé directement que l'air est pesant : il constata l'augmentation de poids d'un flacon, dans lequel il avait insufflé une certaine quantité de ce gaz.

On conçoit maintenant pourquoi l'air qui enveloppe la terre ne se disperse pas dans l'espace en vertu de sa force expansive; c'est que chacune de ses molécules est retenue par l'attraction terrestre. On voit aussi que les couches inférieures, supportant le poids des couches supérieures, et étant de leur nature très compressibles, doivent être plus denses que celles qui sont au-dessus, et posséder une plus grande force élastique. On peut prouver qu'il en est ainsi, en portant sur une haute montagne une vessie fermée à moitié pleine d'air ; on la voit se gonfler à mesure qu'on s'élève. Cette expérience, indiquée par Pascal , fut faite pour la première fois sur le Puy-de-Dôme.

«00- Atmosphère. — La couche d*air qui enveloppe la terre se nomme Vatmosphère. L'existence de cet air est prouvée par la résistance qu'il oppose à la compression et au mouvement des corps légers; par les effets extraordinaires que son choc peut produire, quand il est en mouvement rapide dans les ouragans, qui arrachent les arbres, submergent les navires, rasent les édifices. Nous verrons que l'atmosphère ne s'élève pas à plus de 50 à 60 kilomètres au-dessus de la surface de la terre.

300. Perte de poids des eorps dans Tair. — L'air étant pesant , les corps qui y sont plongés doivent être soumis à une force de poussée de bas en

haut égale au poids du fluide déplacé. Il en est de môme des autres gaz. C'est le principe d'Archimède appliqué aux fluides élastiques, el l'on s'en rend compte par les mêmes considérations que pour les liquides. On peut, du reste, constater par l'expérience l'existence de la poussée de l'air, au moyen du haro8cope(fig. 233). 'On nomme ainsi un système de deux boules de volume très différent , suspendues en équilibre aux extrémités d'un fléau de balance très mobile. Si l'on place cet instrument sous une cloche dont on enlève l'air, l'équilibre est rompu, et la grosse boule l'emporte sur l'autre; Fig. 233. ce qui montre qu'elle est réellement plus pesante.

La perle de poids qu'elle éprouvait dans l'air, avant de faire le vide, était plus grande que celle qu'éprouvait la petite boule, et la différence des poids se trouvait alors compensée. Si l'on introduisait sous le récipient un gaz plus dense que l'air, comme, par exemple, de l'acide carbonique, dont la densité est 1,52 par rapport à l'air, la petite boule l'emporterait à son tour. — Le baroscope a été imaginé par Otto de Guericke, qui l'appelait ■ baromètre statiquCy et l'employait îi constater les variations de densité et de pression de l'air.

C'est à cause de cette perte de poids des corps plongés dans l'air, que la

pesanteur des gaz ne peut se constater en pesant une vessie vide, puis gonflée

de gaz ; on ne trouverait aucune différence de poids. Aristote avait opéré de

cette manière avec une outre, et cette expérience fausse lui avait fait rejeter la

pesanteur de l'air. — Les corps qui s'élèvent dans l'atmosphère, comme la

umée, les aérostats, pèsent moins que le volume d'air déplacé. Les hommes

ignorants croient que ces corps sont sans pesanteur ; ce qui faisait dire à

Newton que les poids du vulgaire n'étaient que l'excès du poids absolu des

corps sur le poids de l'air déplacé.

30f . Construetion du baromètre. — Pour mesurer la pression de l'air, on se sert du baromètre. Cet instrument consiste essentiellement en un tube vertical en verre oa (fig. 234), de 90 centimètres environ de longueur, fermé

DU BAROMETRE.

à son extrémité supérieure, et dont la partie inférieure plonge dans une cuvette pleine de mercure ; ce liquide remplit aussi une partie du tube, et au-dessus il reste un espace no vide de toute matière pondérable.

Pour réaliser ces conditions, on place le tube a'o\ l'ouverture en haut, on le remplit entièrement de mercure; puis, fermant Fouvertureo' avec le doigt, on le renverse et l'on plonge l'extrémité ouverte dans le mercure de la cuvette. Retirant alors le doigt, on voit le mercure descendre, et se maintenir à une hauteur an, de 28 pouces ou 0", 76 environ, en laissant un espace vide no, dans la partie supérieure du tube.

Cet espace vide se nomme la chambre haromélrtque. Pour que le vide y soit parfait, il est nécessaire que le mercure, ainsi que le tube, soient bien purgés d'air et d'humidité. On remplit cette condition en faisant bouillir le mercure; la chaleur chasse l'humidité et l'air qui adhèrent au verre, en dilatant ces fluides et augmentant leur force expansive. — Cette opération exige quelques précautions pour ne pas

briser le tube. On la fait en plusieurs temps : on commence par verser 20 centimètres seulement de mercure dans le tube ; puis, l'inclinant sur des charbons ardents, on le chauffe au-dessus du niveau, puis on chauffe le mercure lui-même en avançant vers l'extrémité inférieure, jusqu'à ce que l'ébullition ait lieu. Il ne faut pas trop prolonger l'ébullition ; car il pourrait se former de Toxyde, qui donnerait au mercure la propriété de mouiller le verre (205). On ajoute ensuite une nouvelle quantité de liquide chaud h peu prés égale à la première, et on la porte à son tour à l'ébullition, en prenant les mêmes précautions ; et l'on continue ainsi jusqu'à ce que le tube soit entièrement rempli. La fifj. 235 représente une grille au moyen de laquelle l'opération s'exécute avec facilité. Plusieurs cloisons transversales, portant des échancrures dans lesquelles on couche le tube, servent à retenir les charbons ardents au point que l'on veut échauffer. Pour terminer commodément l'opération, il est bon que le tube porte à son extrémité ouverte une boule précédée d'un étranglement, auquel on donne un coup de lime pour détacher la boule quand l'instrument

Fii;. 235.

Fig. 234.

CORPS GAZEUX

est plein. On retourne ensuite le tube en le tenant fermé, et on en plonge l'extrémité dans du mercure desséché par Tébullition. — Dans le principe, on ne faisait pas bouillir le mercure ; on remarqua, vers 1715, que ce liquide se tenait moins haut dans des tubes récemment la\és avec Teau, et surtout avec Talcool, que dans des tubes secs; et c'est Homberg qui montra que ce résultat est produit par la force élastique des vapeurs d'eau ou d'alcool.

M. Taupenot facilite singulièrement lébullition du mercure, en faisant communiquer l'ouverture du tube avec la machine pneumatique, et faisant le vide. L'ébullition se fait alors à une faible température et sans secousses.

Il arrive quelquefois que le mercure ne descend pas quand on retire le doigt. Ce fait, observé par Huyghens, s'explique par la cohésion du mercure pour le verre (148). Une légère secousse suffit pour que la colonne retombe à sa hauteur ordinaire.

On reconnaît que le vide est parfait dans la chambre barométrique, en inclinant rapidement le tube ; le mercure vient alors en frapper le fond, en produisant un bruit sec; tandis que le bruit est sourd et peu marqué, si quelque fluide élastique vient amortir le choc.

302. Théorie du baromètre. — La colonne de mercure du baromètre est soutenue par la pression atmosphérique agissant à la surface de la cuvette, et elle sert de mesure à cette pression. En effet, la tranche horizontale ac {fig. 234), prise dans l'intérieur du tube, supporte de bas en haut la pression de l'air agissant sur la surface extérieure du mercure, pression transmise à travers le liquide de la cuvette. Pour qu'il y ait équilibre , il faut que cette tranche supporte de haut en bas une pression égale; cette pression est produite par la colonne de mercure an. Si l'on perç<iit le tube en o, en brisant une pointe qu'on y aurait préparée en fermant cette extrémité à la lampe, on verrait le mercure retomber subitement

Fig. 236.

Fig. 237.

au niveau a.

Pour confirmer cette explication, on plonge verticalement un gros tube de verre dans du mercure placé au fond d'une éprouvette (fig. 236). On verse de l'eau tout autour, et l'on voit le mercure monter dans ce tube, de manière à faire équilibre à la pression de la colonne d'eau extérieure. Les hauteurs des liquides au-dessus du niveau extérieur du mercure sont alors en raison inverse i de leurs densités.

Remarquons que la pression de la colonne de mercure ne dépendant pas de sa forme, mais seulement de sa hauteur verticale (159), les niveaux supérieurs dans plusieurs baromètres de forme très différente seront tous dans un même plan horizontal mn (fig. 237). Dans une chambre fermée, le mercure du baromètre se tient à la môme hauteur qu'en plein air, pourvu que l'intérieur de la chambre communique, ou ait communiqué librement, avec l'atmosphère ; car la pression se transmet dans les gaz intégralement dans tous les sens, et la force élastique de l'air produit une pression équivalente au poids de la colonne d'air extérieure, à laquelle elle fait équilibre.

303. Preuves expérimentales. — La découverte du baromètre est diin à Toricelli; elle a été amenée par les circonstances suivantes. Des fontainiers de Florence ayant voulu aspirer l'eau dans des pompes à une grande hauteur, virent avec étonnement que le liquide refusait de monter au-delà de 32 pieds. A cette époque on expliquait l'effet des pompes, par Xhorreur du vide d'Aristotc, fuga vacuï ; on disait que la nature avait horreur du vide : non datur vacuum in rertim naturâ. Le fait fut communiqué à Galilée, qui répondit que, apparemment la force de la nature pour fuir le vide était limitée, et équivalente au poids d'une colonne d'eau de 32 pieds. 11 indiqua môme comment on pourrait faire le vide dans un tube vertical fermé par le haut, et muni d'un piston que l'on chargerait de poids jusqu'à le séparer du fond ; ces poids représenteraient ce qu'il appelait la force du vide. Un philosophe d'un aussi vaste génie sentait bien le peu de solidité d'une pareille explication ; il soupçonna que le poids do l'air était la cause à laquelle il fallait rattacher l'ascension de l'eau dans les pompes ; mais il mourut avant d'avoir complètement éclairci cette idée. Descartes, dés 1638, refusant l'explication par l'horreur du vide, attribua l'effet des pompes au poids de l'air, et annonça môme que le mercure, qui pèse 1 4 fois plus que l'eau, refuserait de monter bien plus tôt qu'elle. Ce ne fut que plusieurs années après, en 1643, que l'expérience fut faite par Toricelli, disciple de Galilée, qui était probablement au courant des idées de son maître.

L'expérience de Toricelli fut connue à Paris par une lettre du P. Mersenne, qui la répéta après plusieurs essais infructueux. Pascal en entendit parler l'année suivante ; il remplit avec différents liquides, de l'eau, du vin, de l'huile, etc., do longs tubes barométriques, les dressa au moyen de cordages, et vit ces liquides semaintenir à des hauteurs en raison inverse de leurs densités. Ces expériences furent faites sur la place de la Vénerie à Rouen ; elles étaient destinées à convaincre des physiciens qui prétendaient que le vide n'existait pas dans la chambre du baromètre, mais qu'il y avait des esprits qui s'exhalaient du mercure. Le vin aurait donc dû se tenir plus bas que l'eau, car il dégage plus d'esprits, et ce fut le contraire qui eut lieu.

Pascal fut frappé de l'idée de Toricelli, sur les effets du poids de l'air ; il travailla à la développer et eut la gloire d'en démontrer complètement l'exactitude. Enfin, vers la fin de 1647, il fit exécuter une expérience célèbre, dont

CORPS GAZEUX

Descartes prétend lui avoir suggéré Tidée, et qui devait décider la question. Il chargea Perrier, son beau-frère, de répéter l'expérience de Toricelli sur le Puy-de-Dôme; ce que celui-ci fit Tannée suivante, et il reconnut, comme on Tavait prévu, que le mercure se tenait moins haut au sommet qu'au pied de la montagne. C'est que, à mesure qu'on s'élève, la pression sur la cuvette diminue de tout le poids de l'air qu'on laisse au-dessous de soi ; la colonne de mercure, qui fait équilibre à l'air qui reste au-dessus, ne doit donc plus être aussi élevée. La hauteur à Clermont étant de 26 pouces, Perrier ne trouva que 23p 3* ao sommet de la montagne, et 25p à mi-côte. Une première expérience avait été faite par Pascal sur la tour de Saint-Jacques de h Boucherie, à Paris; il avait vu le mercure se tenir à 2 lignes plus bas, au sommet, que dans la me. Ces sortes d'expériences ont été répétées très fréquemment depuis, et sur des montagnes très élevées. Gay-Lussac, dans un aérostat qui l'a porté à lOCK) mètres de hauteur, a vu le mercure descendre jusqu'à 32 centimètres.

Aujourd'hui que nous avons à notre disposition la machine pneumatique , on fait l'expérience suivante : on prend un récipient R ( fig. 238), dans lequel se trouve renfermée la cuvette d'un baromètre B , et avec lequel communique un tube recourbé cU\ communiquant par son extrémité extérieure avec une cuvette c pleine de mercure. La partie verticale / de ce tube a une longueur égale à celle d'un baromètre. On extrait Tairdu récipient, et l'on voit alors le mercure baisser dans le baromètre B, et monter de la môme quantité dans le tube t. Quand le vide est aussi complet que possible, le niveau est à peu près le même dans le tube et dans la cuvette du baromètre, tandis que la colonne de mercure du tube i s'élève au-dessus du niveau c, sensiblement à la hauteur qu'avait ce liquide dans le baromètre B avant l'expérience. Les petites différences qui subsistent proviennent d'un peu d'air qu'on ne peut enlever du récipient.

304. A l'époque de la découverte du baromètre, la plupart des physiciens avaient à demeure, dans leur cabinet, des tuhes de Toricelli. On ne tarda pas à remarquer que la hauteur de la colonne mercuriellc variait entre certaines limites, et qu'il y avait une relation entre ces variations et l'état du temps. On attribue cette découverte à Otto de Guericke. Musschenbroeck eH fait honneur à Toricelli ; suivant d'autres, Perrier et Descartes la firent les premiers. Il est probable que ce phénomène a été remarqué par plusieurs

Fijï. 238.

DU BAROMETRE.

physiciens à peu prés à la même époque. On fut alors naturellement conduit à appliquer le long du tube une échelle divisée, dont le zéro est placé au niveau (le la cuvette. C'est à partir de cette époque que le tube de Toricellî reçut le nom de baromètre , pour indiquer qu'il mesure le poids variable de l'almosphère.

305. oiFFtemrTES ESPÈCES DE BAROHiTRBS. — On a imaginé dans la construction des baromètres diverses dispositions destinées à en rendre Tobservation plus facile et plus précise, et à éviter l'erreur provenant des variations du niveau de la cuvette, niveau qui baisse ou s'élève quand le mercure monte ou descend dans le tube. On a cherché aussi à rendre l'instrument moins fragile, et facilement transportable dans les voyages. Aussi, trouve-t-on dans les anciens recueils scientifiques, la description d'une foule de baromètres différents. Nous ne décrirons ici que ceux dont l'usage a été conservé.

Baromètre & euvette. — Les changements de niveau dans le tube et dans la cuvette étant en raison inverse de l'étendue des surfaces du mercure, pour rendre

ces changements

négligea-

Fig. 240.

blés dans la cuvette, on lui donne un grand diamètre.

On voit dans la fig. 239, la forme que présente alors le baromètre. L'ouverture rétrécie de la cuvette est fermée par une membrane, qui laisse passer l'air, mais arrête la poussière, et

s'oppose à la sortie du mercure quand on transporte l'instrument. Le tube plonge dans une partie plus profonde, ménagée au centre de la cuvette.

Eisembrocg a imaginé de rendre le niveau tout à fait ff^nstnnt, au moyen d'une cuvette présentant une large surface horizontale (fr240), sur laquelle le mercure s'étend sans la recouvrir entièrement, même pour les pressions les plus faibles. Quani la quantité de mercure de la cuvette varie, cette couche s'étend plus ou moins sans changer d'épaisseur (217). Baromètre à siphon. — Les baromètres dont nous avons parlé jusqu'à présent se nomment baromètres à cuvette. Dans les baromètres à siphon , fetube est recourbé en U à sa partie inférieure, et présente une branche ouverte beaucoup plus courte que l'autre, et tantôt de même diamètre, tantôt <le diamètre beaucoup plus grand (fig. 241). Dans ce dernier cas, on l'appelle <|uelquefois baromètre à bouteille. Si le mercure, dans la branche ouverte,

Hg. 239.

C0R1»S GAZEUX

présente une grande surface, on pourra y regarder le niveau comme constant. Dans le cas contraire, on pourra tenir compte des variations du niveau dans cette branche, au moyen d'une seconde échelle 1 verticale placée h côté. Dans tous les cas, c'est la distance

I des niveaux dans les deux branches qui

II représente la hauteur barométrique.

Légaux a eu l'idée de rendre le tube

mobile dans le sens vertical : au-dessous, est une vis V (fig. 242), au moyen de laquelle on le soulève ou on le laisse descendre, de manière que le niveau affleure une pointe 0 dont l'extrémité correspond au zéro de l'échelle.

Observation précise du baromètre. — Quand on veut obtenir avec une grande ^ précision la hauteur de la colonne d'un baro-

M mètre fixe, on se sert du cathétoraètre. Voici

M I comment procède M. Regnault : on com- I mence par faire tourner une vis en acier v

j (fig. 243), dont l'écrou est fixe, jusqu'à ce

que sa pointe inférieure affleure la surface du mercure de la cuvette. On reconnaît que cette condition est remplie, quand la pointe touche son image réfléchie, comme dans un miroir, par la surface du meraut. On mesure ensuite avec le cathétomélre la distance da nbeuff à une seconde pointe que porte la vis à son extrémité supérieure ; puis on ajoute la distance des deux pointes, rderée une fois pour toutes au cathétomctre.

à Passons à la description des baromètres h la fois portatifs

et très précis.