TEMPERATURE DE LA VAPEUR

Un fait assez curieux se produit lorsque l'eau est en ébullition : quelle que soit la puissance de la source de chaleur, quelle que soit la température de l'eau estimée par un thermomètre plongé dans la masse ; la température de la vapeur dégagée du liquide est toujours à 100^

THÉORIE DE l'ÉBULLITION

Quand l'ébuUition commence, ce ne sont pas'd'abord des bulles de vapeur qui se forment et qui s'élèvent dans le liquide. Ce sont des bulles gazeuses, elles préexistent sur les parois rugueuses du vase métallique en couches invisibles adhérentes aux parois; quand on la chauffe, elles grossissent par le dégagement de l'air dissous, puis elles se saturent de vapeur, conservant à peu près leur volume tant que la force élastique maximum de la vapeur est inférieure à celle de l'atmosphère placée au-dessus du liquide. Quand la température s'élève davantage, la vapeur gonfle la bulle d'air et la détache de la paroi, mais non pas en totalité. La petite portion restante devient le point de départ d'un phénomène identique et dès ce moment la formation tumultueuse de bulles de vapeur traversant le liquide pour venir crever à la surface, acquiert une grande régularité et la température d'ébullition reste fixe désormais. On remarque pourtant pour l'eau par

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exemple, qu'à la longue, une ébullition longtemps prolongée devient de plus en plus difficile. Le liquide semble avoir acquis comme de la viscosité. C'est qu'en réalité la masse de l'air dissous et adhérent a considérablement diminué de quantité. Mais avec une source très énergique de chaleur, on peut se demander pourquoi la température de l'ébullition ne s'élève pas au-dessus de lOO*». Cette particularité tient à l'absorption de la chaleur qui a lieu par la transformation du liquide en vapeur. Cette chaleur disparue, à laquelle on a d'abord donné le nom de chaleur latente de vaporisation se nomme simplement chaleur de vaporisation ou chaleur d'élasticité. Elle est transformée d'une part en travail interne et d'autre part en travail externe, en travail interne pour vaincre la cohésion des molécules d'eau à l'état liquide et en travail externe pour communiquer à la vapeur sa force expansive et pour vaincre la pression qui s'exerce à la surface du liquide. Dans la fusion, le volume variant très peu, le travail extérieur est négligeable ; mais il n'en est plus de même dans le phénomène de la vaporisation ou l'accroissement de volume est consirable, \ 700 fois plus grand que celui du liquide, à une pression de 0"*,760. Quelle que soit la température à laquelle une vapeur est produite, il y a toujours disparition de chaleur ; car, si l'on verse sur la main un liquide très volatile, de l'éther par exemple, on reçoit l'impression d'un froid très vif résultant de la chaleur absorbée par la vaporisation. La quantité de chaleur absorbée Vunité de poids d'un liquide pour passer à l'état de vapeur sans changer de température est appelée chaleur latente de vaporisation,

Galefaction; état particnlier de l'eau, état sphéroïdal. — Les liquides et l'eau en particulier, mis en contact'avec des surfaces métalliques portées au rouge présentent des phénomènes remarquables. Ces phénomènes ont été observés en détail par M. Boutigny. En chauffant une plaque métallique au rouge ou seulement à 171<*, si l'on projette de l'eau sur cette surface, cette eau étendue, au lieu de bouillir violemment, et de se vaporiser rapidement, se maintient à une température de 96"^ environ, un peu inférieure à celle de l'ébullition normale à 0'",760 de pression.

Cette eau se rassemble sous la forme d'une sphère aplatie, et on dit alors qu'elle passe à l'état sphéroïdal. Dans cet état, les liquides se vaporisent cinquante fois plus lentement que dans les circonstances ordinaires. Mais si cette surface se refroidit et descend à la température de 142<^ environ, température alors pas assez élevée pour maintenir l'eau à l'état sphéroïdal, la surface peut alors prendre contact avec l'eau, et celle-ci se vaporise presque instantanément d'une manière violente. Si l'on rapporte ce fait aux chaudières à vapeur, renfermant une masse d'eau considérable, l'eau pourrait passer très légèrement à l'état sphéroïdal à

cause du volume d'eau, mais sans prendre la forme sphéroîdale observée sur une plaque.

L'état sphéroîdal pourrait se manifester dans les chaudières marines à grand volume d'eau, si après avoir laissé une grande surface de chauffe rougie faute d'alimentation, on venait alimenter la chaudière à Teau froide, dans cette position ; car, comme nous l'avons déjà dit la température des surfaces de chauiTe s'abaissant, il pourrait y avoir une vaporisation instantanée du liquide. Mais ce phénomène dangereux, ne peut exister que dans des conditions spéciales : il faut tout d'abord que le volume d'eau alimenté soit assez considérable et que la surface de chauffe rougie possède assez de calories pour vaporiser cette eau, or, ce nombre de calories dépend du poids des surfaces en question, il a une limite. Mais si les conditions de température, d'étendue et de poids des surfaces, ainsi que la quantité d'eau alimentée étaient favorables, le liquide pourrait prendre l'état sphéroîdal, se vaporiser instantanément par la rupture de l'équilibre de pression, fait qui se produit par l'ouverture du registre de vapeur, et produire des pressions excessivement élevées produisant Texplosion des chaudières.

En tout cas, que le phénomène en question se produise ou non, il faut bien se garder d'alimenter une chaudière lorsque les surfaces de chauffe ont été découvertes et que leur température apparente est anormale. 11 faut les isoler, et attendre que la température se soit suffisamment abaissée pour alimenter.

Capacité des corps pour le caloriqae. — On a remarqué par diverses expériences que les quantités de calories qu'il fallait accumuler dans des corps de différentes natures pour les amener au môme degré de température étaient bien différentes. On se rend compte de ces quantités de chaleur contenues dans chaque corps par la quantité de glace que chaque kilogramme de corps peut fondre en abaissant sa température du même nombre de degrés ou d'un degré. Cette propriété qui constitue la capacité des corps pour le calorique, est d'une grande importance; car elle permettra de rechercher et de composer les quantités de ,combustibles à brûler dans les mêmes circonstances. Les changements qui s'opèrent dans l'état des corps soumis à la chaleur; c'est-àdire la quantité de chaleur qu'ils gagnent ou qu'ils perdent ne se mesure pas en unités absolues, puisque l'on ne peut pas les priver entièrement de chaleur; mais s'estiment en unités second aires qu'on appelle calories.

Capacités calorifiques. — L'unité de calorie ou simplement caZorte est donc la quantité de chaleur qu'il faut communiquer ou retirer à un kilogramme d'un corps pour augmenter ou abaisser sa température de un degré.

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Pour Teau pure, la calorie est la quantité de chaleur nécessaire qu'il faut lui communiquer pour en élever un kilogramme d'un degré centigrade.

On appelle encore calorifique spécifique d'un corps la quantité de glace à 0<» que fond un kilogramme de ce corps en passant de la température de i^ à la température de 0<*. Cette quantité est variable pour chaque corps; on a trouvé pour l'eau — ; c'est-à-dire que 1 kilogramme d'eau à i^ fond r:^ de kilogramme de glace.

D'où il résulte que si l'on mêle un kilogramme d'eau à 75'^ à un kilogramme de glace solide à 0<*,le mélange deviendra liquide eton aura 2 kilogrammes d'eau à (y*.