Description d’un manomètre
DESCRIPTION
D’UN MANOMÈTRE
On a donné le nom de manomètre à différens instrumens que l’on a imaginés pour reconnoître les différences de densité des couches de l’air atmosphérique ; car on ne peut déterminer par le baromètre les variations qui dépendent de la chaleur et de l’état hygrométrique.
Otto de Guerike décrivit déja un manomètre, que Boyle donna ensuite comme étant de son invention ; mais ni l’un ni l’autre n’en distingua l’usage de celui du baromètre[1]. Varignon, Fouchi, Gerstner, donnèrent depuis lors différens manomètres.
On a en général cherché, par ces instrumen, à reconnoître les changemens de densité dans l’air par la différence qui s’établit dans le poids d’un globe vide ou plein d’air, mais scellé hermétiquement et mis en équilibre avec un poids métallique ; car, lorsque la densité de l’air extérieur vient changer, le globe subit dans son poids un changement qui répond à celui qui se fait dans un volume d’air égal à celui qu’il occupe, pendant que le poids métallique qui n’a qu’un petit volume reste sensiblement le même.
Bouguer employa un moyen différent pour comparer les densités de l’air de l’atmosphère[2] ; il se servit d’un pendule qu’a fit osciller à différentes hauteurs, pour juger par les pertes de mouvement que faisoit le pendule dans un tems donné, de la résistance de l’air, et par conséquent de sa densité : ses expériences lui parurent confirmer l’opinion à laquelle il avoit été conduit, que depuis la hauteur où le baromètre se soutient à 16 pouces jusqu’à celle où il se soutient à 21 pouces, il y a un rapport constant entre les densités de l’air et les poids qui le compriment, mais que ce rapport varie depuis cette hauteur jusqu’au niveau de la mer ; ce qu’il attribuoit à une différence dans l’élasticité des molécules de l’air. Cette erreur pouvoit provenir de la difficulté d’obtenir des résultats dégagés d’incertitude par le moyen du pendule dont se servoit Bouguer, comme l’a prouvé M. Théodore de Saussure[3], et de ce qu’il négligeoit d’évaluer l’effet de la chaleur et de l’état hygrométrique de l’air.
On pouvoit s’occuper de ces moyens de reconnoître la densité des couches de l’atmosphère, lorsqu’il restoit des doutes sur la nature de l’air, sur les proportions de ses parties constituantes, et sur la loi que suit sa dilatation par l’élévation de température : mais à présent que l’on a des connoissances précises sur ces objets, et que les incertitudes qui peuvent rester sur les indications de l’hygromètre sont beaucoup plus petites que celles qui doivent résulter des moyens dont on vient de parler ; il est plus expéditif et plus sûr de s’en tenir au baromètre, en combinant son indication avec celle du thermomètre et de l’hygromètre.
Il n’en est pas de même du manomètre destiné à déterminer les changemens qui surviennent dans l’élasticité d’une quantité d’air contenue dans un vase : Saussure dirigea vers ce but l’appareil auquel il donna le nom de manomètre, et au moyen duquel il a fait des observations si importantes[4] : c’est simplement un baromètre dont la cuvette est contenue dans un ballon de verre qui est fermé hermétiquement, et dans lequel on peut introduire les substances qui peuvent affecter l’élasticité de l’air, par une ouverture pratiquée dans le col du ballon, mais en établissant alors momentanément la communication entre l’air intérieur et l’air extérieur.
Pendant que la communication avec l’air extérieur est interrompue, le baromètre, est insensible aux variations de l’atmosphère, et il n’éprouve de changement dans son élévation que par l’accroissement ou la diminution de l’élasticité.
C’est ce manomètre même dont j’ai cherché à étendre les applications, et que j’ai tâché de rendre propre à l’observation des phénomènes qui on lieu pendant la végétation, et généralement de ceux que présentent les substances végétales et animales pendant leur vie ou après leur mort, relativement à l’atmosphère dont elles sont environnées.
D’abord, on apperçoit que le baromètre qui remplit les fonctions du manomètre, indique les quantités de gaz qui se dégagent ou s’absorbent dans un tems donné ; et comme il est facile de reconnoître un changement d’un millième dans la hauteur du baromètre, on peut déterminer un changement d’un millième dans la quantité de l’air renfermé, par l’absorption ou le dégagement d’un gaz.
Mais pour faire cette évaluation, il faut qu’un thermomètre suspendu intérieurement indique la même température que celle de la première observation ; ou si la température est différente, on doit ramener le gaz à la première par le calcul.
Ce calcul exige que l’on y fasse entrer, non-seulement le changement d’élasticité produit par la température, mais encore celui qui provient de la tension de la vapeur de l’eau qui se forme ou qui se détruit ; et l’on doit se servir pour le dernier objet des observations de M. Dalton.
Après avoir reconnu les variations qui ont eu lieu dans l’élasticité du gaz à différentes époques de l’observation, il importoit de pouvoir déterminer les changemens chimiques qui sont survenus dans l’atmosphère de la substance végétale ou animale, et la nature des substances gazeuses qui peuvent s’être dégagées ou s’être absorbées.
Ce but est rempli au moyen d’un robinet au-dessus duquel on adapte, dans une cuvette, un tube gradué rempli d’eau ; en ouvrant le robinet, l’eau tombe dans le manomètre, et elle est remplacée dans le tube par un volume égal de gaz : on ferme le robinet, et on peut transporter le tube avec le gaz qu’il contient.
On retire donc par ce moyen une quantité du gaz contenu dans l’appareil, toutes les fois qu’on veut l’examiner, sans produire aucun changement dans la pression de celui qui reste et dans l’élévation du baromètre ; il ne s’agit plus que de soumettre le gaz que l’on a extrait, aux épreuves chimiques.
On détermine la proportion d’acide carbonique par l’absorption de l’eau de chaux, ensuite celle de l’oxigène par le sulfure hydrogéné de chaux, suivant la méthode de M. de Marty[5], et enfin, on éprouve le résidu avec du gaz oxigène dans l’eudiomètre de Volta, si l’on y soupçonne un gaz inflammable. Le reste donne la proportion de l’azote.
Dans la plupart des circonstances, il se forme de l’acide carbonique, et il s’en dissout plus ou moins dans l’eau qu’on a introduite dans l’appareil, selon sa quantité, selon sa température, et selon la pression à laquelle elle est soumise. M. Théodore de Saussure pour déterminer la quantité d’acide carbonique qui a été absorbée dans plusieurs de ses expériences, s’est contenté de la regarder comme égale au volume de l’eau qui se trouvoit dans ses appareils. Cette détermination n’est pas assez rigoureuse, puisque la quantité qui est absorbée par l’eau, varie beaucoup par les circonstances qu’on vient d’énoncer.
La quantité d’acide carbonique qui a été absorbée par le liquide contenu dans l’appareil, peut être déterminée, en précipitant cet acide par l’eau de chaux ou par l’eau de barite, de la totalité ou d’une partie du liquide ; après cela, on introduit le précipité dans un flacon, on y adapte un tube en entonnoir, par lequel on verse une quantité d’acide sulfurique délayé, et par la perte de poids qui se fait, on reconnoît la quantité d’acide carbonique qui s’étoit dissoute dans le liquide, et qui vient de se dégager du carbonate.
On peut, par les procédés que je viens d’indiquer, reconnoître dans un volume d’air pareil à celui d’un kilogramme d’eau, et renfermé dans un manomètre qui ait cette dimension, le changement qui seroit produit par le volume d’un gram. d’eau, la production d’une quantité d’acide carbonique qui ne passe pas un centigramme en poids, et une variation dans les proportions de l’oxigène et de l’azote qui n’excède pas un centième ; c’est une précision qui paroît suffire à toutes les déterminations que l’on desire d’établir.
On a outre cela l’avantage de pouvoir répéter et comparer les épreuves à différentes époques, sans interrompre l’expérience, et de pouvoir en faire varier plusieurs circonstances : j’ai fait construire des manomètres de différentes dimensions pour les appliquer à différens objets.
Jusqu’à présent, je n’ai fait qu’un petit nombre d’observations avec cet instrument, et je ne les ai pas suivies avec le soin qu’elles demandent ; mais j’ai eu principalement pour but dans cette publication, d’engager à l’employer, ceux qui s’occupent du genre d’expériences auquel il est destiné et qui ont plus de loisir que moi à leur consacrer, et plus de cette persévérance qu’elles exigent ; je vais cependant décrire quelques premières tentatives.
M. Théodore de Saussure, auquel on doit de savantes et laborieuses recherches sur la végétation, a fait voir que dans la plupart des cas où l’on supposoit que le gaz oxigène étoit absorbé par une substance végétale ou animale, il se formoit simplement une combinaison du carbone de ces substances avec l’oxigène atmosphérique, que le volume du gaz ne diminuoit qu’en raison de l’absorption de l’acide carbonique par l’eau, et qu’en même tems, il se produisoit de l’eau par la combinaison de l’oxigène et de l’hydrogène qui existoient dans la substance, en sorte que, quoique le résidu ait été privé d’une partie de son carbone par l’action du gaz oxigène, il se trouve cependant plus charbonné qu’auparavant, parce qu’il a été dépouillé d’une proportion plus grande d’hydrogène et d’oxigène que de carbone[6].
Il m’a paru utile d’examiner si ces résultats qui donnent l’explication de plusieurs transmutations, que subissent les substances végétales et animales, pouvoient conduire à des conséquences générales, ou s’ils devoient être restreints à une certaine classe de phénomènes.
Déja M. de Saussure avoit remarqué que le gaz oxigène étoit absorbé par les huiles, sans former une quantité correspondante d’acide carbonique.
La théorie de la dissolution de l’indigo par les bases alcalines qui se combinent avec lui, lorsqu’il est privé de l’oxigène et de sa précipitation par l’oxigène atmosphérique, qui a été exposée dans les Élémens de l’art de la teinture, paroissoit établie sur des preuves suffisantes ; cependant l’analogie avec les faits observés par M. de Saussure, pouvoit porter à croire que l’oxigène atmosphérique servoit à former de l’acide carbonique, avec une partie du carbone de l’indigo qui avoit été rendu soluble.
Une dissolution d’indigo faite par le moyen du sulfate de fer et de la chaux, limpide et de couleur fauve après avoir été soigneusement séparée du dépot, a été introduite dans un manomètre de 11 litres 632 de capacité : le baromètre étoit à 0m,75,74, le thermomètre à 12d c ; de jours après, la liqueur étoit complettement décolorée, et l’indigo étoit précipité en bleu noir, le thermomètre étant à 12,5, le baromètre avoit baissé de 6 millimètres.
La liqueur filtrée se couvroit à l’air de pellicules de carbonate de chaux, et précipitoit abondamment avec l’oxalate d’ammoniaque : le précipité bleu, retenu sur un filtre, n’a point fait d’effervescence avec un acide, et a donné avec l’acide sulfurique, une dissolution d’indigo bien colorée.
On voit donc que la chaux a conservé son état pendant la précipitation de l’indigo, et qu’il ne s’est point formé d’acide carbonique.
D’un autre côté, l’épreuve de l’air contenu dans le manomètre a fait voir que c’étoit le gaz oxigène qui seul avoit été absorbé par l’indigo dont il avoit opéré la précipitation. L’expérience répétée une seconde fois a donné des résultats semblables ; mais on néglige ici les calculs nécessaires pour déterminer la quantité de l’absorption, parce que l’on n’a pas reconnu le poids de l’indigo précipité : on se borne à la conclusion que la quantité d’oxigène qui a disparu n’a point été employée dans ce cas à former de l’acide carbonique ; mais qu’elle s’est combinée avec l’indigo, auquel elle a rendu par là son insolubilité et sa couleur.
J’ai voulu comparer les changemens qui sont produits par une substance colorante d’une espèce différente, c’est le campêche.
La décoction de campêche qu’on obtient ordinairement a une couleur bleue, parce qu’on la prépare dans des vaisseaux de cuivre : elle est d’un eau rouge, lorsqu’on s’est servi un vase de verre ou d’argent.
Cette décoction bien claire a été refroidie dans un vase bouché à l’émeri, pour qu’elle ne fût pas altérée par le contact de l’air, et placée dans le manomètre, le thermomètre étant à 18,5, le baromètre à 0m,7593 : quatre jours après, la liqueur étoit trouble et la température étant la même, le baromètre intérieur étoit baissé de 0m,03. L’abaissement a continué pendant deux mois, et dans cet espace de tems la liqueur est devenue très-trouble et d’un fauve rougeâtre ; il s’est formé un dépôt peu considérable et quelques bissus.
À la fin de l’expérience, le thermomètre étoit à 21,25, l’abaissement total du baromètre de 0m,050, l’air du manomètre, ramené à la pression primitive contenoit sur 100 parties
| Acide carbonique | 3,91 |
| Oxigène | 6,55 |
| Azote | 89,54 |
Il y avoit à la fin de l’opération un accroissement de température de 3d,25, ce qui exige la correction suivante dans le volume du gaz, à la pression primitive de 0m7593.
D’après les déterminations que M. Gay-Lussac fera connoître, la quantité dont un volume d’air se dilate par 1d, est exprimée par la hauteur du baromètre qui représente la tension de cet air divisée par 266,66, et devient en partant du degré supérieur à zéro égale au quotient de la tension par ce diviseur, augmenté du nombre de degrés d’où l’on commence à compter la dilatation. Dans le cas présent la hauteur du baromètre au commencement de l’opération = 0m,7593, la température 18°, la colonne de mercure correspondante à une dilatation de 1°, sera donc
et celle à retrancher pour la dilatation de 3°,25 = 0,00864.
Quant à la vapeur qui a dû se former, en ramenant les nombres de la table de Dalton aux degrés du thermomètre centigrade, et aux divisions du mètre, on trouve que la tension de la vapeur étant à 21°,25
| = 0m.01847 — | |
| et à 18° | = 0m.01536 |
la colonne de mercure soutenue par la vapeur élastique qui a été produite pendant l’expérience,
Le manomètre, ramené aux données primitives, a donc éprouvé un abaissement
= 0.0813 du volume de l’air mis en expérience.
Pour savoir sur quelle substance porte l’absorption, il faut tenir compte de la quantité d’acide carbonique qui a dû se dissoudre, et comme on a négligé de le faire par la précipitation, ainsi que je l’ai indiqué, on se bornera à regarder avec M. de Saussure, cette quantité comme égale en volume au liquide.
La capacité du manomètre étant 4 litres 676, le volume du liquide = 0,565, le volume de l’air mis en expérience = 4 lit. 111, le volume de l’acide carbonique dissous ; par la liqueur = 0 lit. 565, forme les 0,137 ; or en additionnant les proportions d’acide carbonique et d’oxigène retrouvées dans l’air, et en supposant que le gaz oxigène en se combinant avec le carbone est remplacé par un volume d’acide carbonique, précisément égal au sien, on trouve qu’il manque sur 100 parties d’air, 10,54 d’oxigène ou les 0,105 du volume de l’air, quantité qui ne diffère que de 0,032 de celle de l’acide carbonique que l’on a supposé dissous par le liquide. Cette différence doit être négligée, parce que le volume de l’acide carbonique absorbé a dû être inférieur à celui de l’eau, soit à cause de l’élévation de température, soit à cause de la diminution de la pression.
Si l’on compare ce résultat avec l’indication précédente du manomètre, on trouve qu’il n’y a que 0,02 de différence, quantité qui peut être négligée, principalement à cause de l’évaluation inexacte de l’acide carbonique, tenu en dissolution.
Les phénomènes répondent donc parfaitement dans cette circonstance aux observations de M. de Saussure ; le gaz oxigène n’est pas absorbé par la dissolution de campêche ; mais celle-ci le change en acide carbonique en lui cédant du carbone : en même tems sans doute, il se forme de l’eau par l’union intime de l’oxigène et de l’hydrogène qui existoient dans la substance, qui devient par là plus charbonnée, et c’est par ces effets que l’on doit expliquer les altérations qu’elle subit dans ses propriétés.
Alors cette dissolution ne donne qu’un précipité fauve avec le nitro-muriate d’étain, au lieu d’un précipité rouge vif ; un précipité olivâtre avec la dissolution de fer très-oxidé, au lieu d’un précipité noir-bleuâtre ; un précipité rouge fauve avec le muriate du cuivre, au lieu d’un précipité bleu.
On voit par là que dans l’application aux arts, on peut obtenir du campêche une couleur différente, selon le vase dans lequel on fait la décoction ; que l’action de l’air, au moins, lorsqu’elle est trop prolongée, la dénature et la décompose ; en sorte que cette décoction que l’on conserve sous le nom de jus de campêche, peut être détériorée, si on lui laisse subir sans précaution l’action de l’air.
On a obtenu des résultats qui diffèrent des deux précédens, en soumettant la noix de galles à l’épreuve du manomètre, dans la vue d’examiner ce qui se passoit dans le développement de l’acide gallique : une portion de l’oxigène de l’air s’est transformée en acide carbonique, par le moyen du carbone de la substance ; mais il s’en est aussi dégagé une autre portion, dont elle avoit fourni les deux élémens, et enfin il s’est fait une absorption considérable d’azote : cet objet exige d’autres observations.
Fig. 1 et 2. Projections verticale et horisontale d’un manomètre cylindrique formé par un bocal A à large ouverture, dont le col porte une garniture de cuivre B. L’intérieur de cette garniture forme écrou pour la plaque de cuivre E, qui sert à fermer le manomètre ; elle appuie sur une rondelle de cuir disposée à l’extrémité du pas de vis intérieur de la garniture, de telle manière qu’en vissant cette plaque elle comprime le cuir, et clot ainsi très-exactement le bocal G, G, boutons sur lesquels se fixent les échancrures de la clef représentée de plat en R, et vue de champ en S ; cette clef sert à tenir fixe le bocal, tandis que l’on fait tourner et que l’on serre le couvercle avec l’autre clef T, dont la tête carrée embrasse le bouton de même forme, que l’on voit en E dans les deux projections.
a, a, a, trois crochets fixés au couvercle auxquels on peut suspendre un thermomètre, un hygromètre, etc.
D, douille dans laquelle on fixe avec un mastic dur un baromètre à siphon ; comme il seroit difficile de lui donner dans cette douille une situation exactement verticale, et comme d’ailleurs l’inclinaison du pas de vis que porte le couvercle peut l’écarter de cette position, pour donner plus d’exactitude à ses indications, on pose le manomètre sur une rondelle de bois, traversée par trois vis k, k, k, que l’on fait mouvoir jusqu’à ce que le tube du baromètre soit bien vertical ; ce que l’on peut juger facilement à l’aide du fil à plomb IF, que l’on mire successivement dans deux positions qui font entre elles un angle droit. Ce fil est attaché à une échelle mobile H à laquelle on ne donne que de 0m,04 à 0m,05 d’étendue. Cette échelle en laiton embrasse par deux anneaux b, b non fermés, et faisant ressort, le tube barométrique ; elle peut ainsi être placée à toutes les hauteurs sur le baromètre, et y conserver la position qu’on lui donne. On s’en sert pour déterminer la quantité dont la hauteur de la colonne de mercure a varié dans le cours d’une expérience ; si cette quantité excédoit les limites de cette échelle, ce qui est peu probable, on la feroit glisser de manière à mesurer en plusieurs fois toute la variation observée. La hauteur absolue du mercure se prend au commencement de l’expérience sur un baromètre, et l’on fixe l’une des extrémités de l’échelle H à la sommité du mercure dans ce moment. La petite branche du siphon est munie d’une échelle, afin d’observer aussi la différence de hauteur du mercure du commencement à la fin de l’expérience. Lorsque les expériences l’exigent, on donne au tube une longueur qui excède beaucoup celle des baromètres ordinaires, et elle peut être augmentée assez pour qu’il indique une pression double de celle de l’atmosphère.
La plaque E porte en C un robinet destiné à donner issue à l’air de l’appareil, quand on veut en faire l’examen ; et ce robinet est ajusté de manière que l’on peut répéter ces épreuves aussi souvent qu’on le juge nécessaire dans la cours d’une expérience, sans craindre de changer la nature, ou même l’état de compression de l’air du manomètre. Pour cela le robinet a au-dessus de son collet en L (fig. 1, 3, 4 et 5 ) deux pas de vis ; l’un intérieur, l’autre extérieur. Sur celui-ci se monte une soucoupe de cuivre M que l’on remplit d’eau distillée ; le tube de verre N gradué, et muni d’une douille de cuivre en O, s’ajuste sur le pas de vis intérieur après avoir été aussi rempli d’eau distillée ; l’extrémité de sa vis est garnie d’une rondelle de cuir que l’on comprime. En ouvrant le robinet l’eau du tube est déplacée par l’air, qui s’échappe du manomètre, et lorsqu’on s’apperçoit qu’il en est entré dans le tube une quantité suffisante, on referme le robinet. En dévissant le tube, le volume de l’air qui y est entré change ordinairement, et occupe un espace ou plus petit ou plus grand, selon qu’il éprouvoit dans le manomètre une pression plus foible ou plus forte que celle de l’atmosphère. Mais on enlève le tube en plongeant le doigt dans l’eau de la cuvette, et fermant avec son extrémité l’orifice du tube, et on ne mesure l’air qu’après avoir déterminé avec les précautions ordinaires, la température et la pression auxquelles il est exposé.
On n’introduit ainsi dans le manomètre, qu’un liquide qui le plus souvent ne trouble pas les résultats, et dont on peut toujours évaluer l’influence ; si l’on craignoit cependant qu’il n’interrompît l’expérience, on pourroit le recevoir dans un vase disposé à cet effet dans l’intérieur du manomètre.
La fig. 5 fait voir les différentes pièces dont on vient de parler prêtes à être ajustées : la fig. 5 est une coupe de ces mêmes pièces toutes ajustées.
On doit observer dans la construction de cet appareil de donner au trou de la clef du robinet, un diamètre assez fort pour que l’écoulement de l’eau du tube s’opère facilement ; et il ne doit pas être moindre que 12 millimètres. Pour que l’air contenu dans ce trou soit dans les mêmes circonstances que celui qui occupe toute la capacité du manomètre, on laisse pendant toute la durée des expériences le robinet ouvert comme on le voit fig. 1 et 2 ; on intercepte la communication avec l’air extérieur à l’aide d’un bouchon de cuivre Q ( fig. 1 et 4), qui porte le même pas de vis que la monture du tube divisé, et qui est également garni d’une rondelle de cuir. Pour pouvoir le serrer convenablement, il a à sa surface une cavité carrée que l’on apperçoit en p, dans laquelle on insère la tige r de même forme qui est à l’extrémité du manche de la clef T. On ne ferme alors le robinet qu’au moment où l’on veut extraire de l’air du manomètre.
Les détails de la construction de cet instrument sont dus à M. Fortin, dont l’ingénieuse habileté est bien connue.