GAZ
GAZ
i i
5
1 10
1 15
1 20
PRESSIONS
im,0000 1111,9794
9m,9162
Hm,824S
19m,7198
Différence
+ oi",0000 + 0^,0200
Acide carbonique
Différence
l’i,0000 411,8288
9m,22G2
+ 011,0838
+ 01,1752 13m,1869
+ 0™,2802 16H,7054
+ 0°i,0000 + 011,1722
+ 01,7738
+ 111,8131
+ 3i>,2946
Hydrogène
Différence
l’i,0000 5m,0116
îon.oseo
151,1395 2011,2687
— Om,0000
— om,011’6
— Om,0560
— 011,1395
— 0H,2687
On voit par là que l’air lui-même, qui avait d’abord été seul expérimenté, ne suit pas la loi de Mariotte, et que son volume diminue plus rapidement que cette loi ne l’indiquait. Il n’existe peut-être pas de gaz qui v soit exactement soumis. Quoi qu’il, en soit, i acide carbonique s’y soustrait, dans le même sens que l’air, mais d’une façon beaucoup plus accusée, et l’hydrogène dans le sens contraire ; ce qui prouve que la formule de Mariotte ne serait pas même l’expression limite de la loi de coinpressibilité d’un gaz parfait. Toutefois, il convient d’ajouter qu au degré de précision qu’ont atteint les moyens de mesure, une cause, jusqu’ici non étudiée, vient peut-être introduire des perturbations appréciables : ce serait l’attraction exercée par l’enveloppe sur la couche de gaz qui est en contact avec elle, attraction qui aurait pour effet de diminuer le volume apparent de ce gaz, et qui doit se faire d’autant plus sentir, relativement, que la densité de ce gaz est moindre. Dans cette hypothèse, la condensation opérée par l’enveloppe, étant considérée comme nulle pour l’hydrogène à la pression de 1 mètre, devrait être regardée comme négative à une pression de 20n,2C87, et cela expliquerait comment, à cette pression, l’hydrogène occupe encore le vingtième de son volume primitif. La même décroissance-dans l’effet de condensation produit par l’attraction de l’enveloppe se rencontrerait nussi, naturellement, pour l’air et l’acide carbonique ; mais l’attraction exercée par le gaz sur lui-même, augmentant plus rapidement que l’attraction (le l’enveloppe ne diminuerait, le volume décroîtrait plus vite que la pression n’augmenterait.
Ce qui semblerait justifier cette hypothèse, c’est d’abord que M. Regnault a trouvé qu’à 100° l’acide carbonique se conformerait à la loi de Mariotte, et que l’on a même cru reconnaître qu’il existait pour chaque gaz une température spéciale, en deçà de laquelle il se comprimerait plus rapidement que ne l’indique la loi de Mariotte, et au delà de laquelle il se conduirait comme l’hydrogène à la température ordinaire.
— Liquéfaction et solidification des gaz. Mais on va voir que les gaz qui s’écartent le
plus de la loi de Mariotte par un excès de coinpressibilité sont justement ceux qu’il est le plus facile de liquéfier.
Un simple abaissement de température, obtenu à l’aide d’un mélange réfrigérant, suffit pour liquéfier les gaz les plus compressibles, tels que l’acide hypoazotique, le cyanogène, l’acide sulfureux, l’ammoniaque, etc. Pour d’autres gaz, on fait concourir les actions d’un froid modéré avec une pression assez forte, obtenue parleras lui-même, préparé en grande quantité dans un petitespace, comme un petit tube de verre fermé à la lampe. C’est ainsi que Faraday a obtenu le chlore liquide en chauffant légèrement dans un tube clos l’espèce de neige qui se sépare, à 1 degré environ au-dessus de zéro, de l’eau saturée de chlore, et refroidissant le tube dans une autre partie ; c’est encore ainsi qu’il obtint l’acide carbonique liquide, que M. Thilorier a depuis préparé en grand dans des réservoirs métalliques d’une grande solidité. Enfin, M. Bianchi a construit, pour la liquéfaction, du protoxyde d’azote, une pompe foulante qui peut être employée pour tous les autres gaz. Le piston de cette pompe est mis en mouvement par une bielle reliée à une manivelle munie d’un volant. Le gaz est puisé dans des cloches, au moyen d’un conduit communiquant avec ia partie du corps de pompe où il doit être refoulé par le piston. Le réservoir est entouré de glace..
Mais on peut encore augmenter considérablement les moyens de condensation en employant comme réfrigérant la neige d’acide carbonique, qu’on obtient sans peine en faisant dégager la vapeur d’acide carbonique liquide à travers un conduit en serpentin. En mêlant de l’éther à cette neige et la portant sous le récipient de la machine pneumatique, M. Karaday est arrivé à produire des froids de 110 degrés au-dessous de zéro. Les seuls gaz qui aient résisté à l’emploi de moyens aussi énergiques sont, comme nous l’avons déjà dit, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote, le bioxyde d’azote, l’oxyde de carbone et l’hydrogène protocarboné. Voici, pour quelques gaz, le tableau des pressions et des températures correspondantes auxquelles ils passent à l’état liquide :
TEMPÉRATURE
OAI OLEFIANT
—87",2 —73«,3
—5C",7 —40»,0 —28",9 —120,2 —’ 1«,1 — *o 4
atmosph. 1
9,3 12,5 17,0 21,2 31,7 42,5
ACIDE CARBONIQUE
atmosph. 0
1,8 5,3 11,1 16,3 26,8 37,2
PROTOXYDE D’AZOTE
atmosph. 1.0 1,8
4,1
8,7 13,3 22,9 31,1
ACinc chlor
HYDRIQUE
atmosph.
a
1,8
4,0
7,7 10,9 17,7 25,3 30,0
HYDROGENE SULFURÉ
atmosph. »
1,0 1,0
2,9 ’ 4,2
9,9 11,8
HYDROGENE ARSÉNIQUÉ
atmosph.
»
0,0
1>1 2,3 3.5 6,2 8,0 10,6
GAZ
Acide carbonique 0,3710
Protoxyde d’azote 0,3719
Cyanogène 0,3877
Acide sulfureux 0,3903
Ces résultats avaient été obtenus à la pression normale de 0™, 76. Ils prouvaient déjà que tous les gaz ne se dilatent pas également.
GAZ
1101
Voici un autre tableau donnant les températures auxquelles se solidifient quelques gaz :
Acide bromhydrique — 8°
Acide hypoazotique — 9"
Cyanogène. — 35°
Acide îodhydrique — 51°
Acide carbonique — 53°
Oxyde de chlore — 00°
Ammoniiique — "5°
Acide sulfureux — 76°
Acide sulfhydrique — 86°
Protoxyde d’azote —100°
— Mélanges des gaz et des vapeurs. Dalton a fait connaître le premier les lois suivantes, qui se confondent avec celles qui se rapportent aux mélanges des gaz entre eux : la tension et, par suite, la quantité en poids de vapeur qui, à une température donnée, sature un même espace restent les mêmes, soit que cet espace soit vide, soit qu’il contienne déjà un gaz quelconque ; les forces élastiques du gaz et de la vapeur s’ajoutent ; la loi de Mariotte est applicable aux mélanges de yaz et de vapeur, lorsque la vapeur n’est pas à saturation et tant qu’il ne s’agit que de petites variations de pression.
— Dilatation des gaz par la chaleur. Plusieurs physiciens estimables, entre autres
M. Regnault voulut savoir, en outre, si chaque gaz conserve le même coefficient de dilatation sous des pressions différentes. Voici, dans le tableau suivant, quelques-uns des résultats auxquels il est parvenu. À côté de la pression se trouve le coefficient moyen de dilatation du gaz.
Amontons et Dalton, avaient, au commencement de ce Mèele, mesuré la dilatation de l’air entre 0° et 100° ; ils étaient arrivés a des résultats discordants, parce que l’art de dessécher les gnz leur était inconnu.
Gay-Lussac, qui reprit ensuite la question, l’étudia avec soin et crut pouvoir établir les trois lois suivantes, qui portent son nom : 1° tous les gaz se dilatent également ; 2° leur dilatation est indépendante de la pression ; 3° lu dilatation commune de tous les gaz est de 0,375 entre 0° et 100°. Ces lois furent admises longtemps sans contestation ■ mais Rudberg, ayant employé des moyens plus parfaits pour obtenir bien sec l’air soumis aux expériences, ne trouva qui ; 0,3646 pour le coefficient de dilatation de ce yaz entre 0° et 100". Ce fait ayant éveillé l’attention des physiciens, M. Magnus, en Allemagne, et M. Reguault, en France, entreprirent de soumettre la question à une nouvelle étude plus approfondie.
Les expériences de M. Regnault sur l’air lui donnèrent d’abord 0,35706 pour le coefficient moyen de dilatation de ce gaz entre 0° et 100°, sous la pression 0U’,76.
En opérant ensuite sur différents gaz, il trouva les nombres suivants :
Hydrogène 0,3661
Oxyde de carbone 0,3669
On voit que l’hydrogène conserve presque exactement le même coefficient de dilatation à toutes les pressions, mais que ceux des autres gaz croissent assez rapidement avec la pression.
Il faut principalement remarquer dans ces résultats l’indication de ce fait capital, que la dilatation est d’autant plus grande que le gaz expérimenté est plus facilement liquéfiable. Cela tient évidemment à ce qu’à de basses températures la cohésion a déjà diminué leurs volumes.
Au reste, M. Regnault ne s’est pas contenté de la série d’expériences que nous venons de résumer, il a voulu en même temps soumettre la loi de Mariotte à de nouvelles vérifications. Pour cela, au lieu de laisser dilater eha-3ue gaz, il l’a maintenu à un volume fixe, a éterminé les variations de pression correspondant aux variations de température et en a conclu, en appliquant la loi de Mariotte, les variations de volume qu’auraient entraînées les changements de température si la pression était restée la même. Il a ainsi trouvé pour chaque gaz un nouveau coefficient de dilatation sous volume constant, coefficient qui diffère un peu de celui de la dilatation sous pression constante. Ainsi trois séries d’expériences ont donné pour le coefficient de dilatation de l’air sous volume constant les trois valeurs suivantes : 0, ’îG623, 0,36633 et 0,36645, toutes trois plus faibles que celle du coefficient de dilatation sous pression constante. Ce résultat s’accorde encore avec l’idée vraie que nous devons nous faire des gaz. En effet, il prouve qu’en empêchant un gaz de se dilater, on a à tenir compte de sa cohésion.
— Thermomètres à gaz. La petitesse des différences constatées précédemment dans les dilatations des différents gaz permet de pressentir que les thermomètres à gaz seront généralement comparables, pourvu qu’on écarte les gaz trop facilement liquéfiables. C’est ce
que l’expérience confirme pleinement. Aussipréférura-t-on les thermomètres à gaz, et principalement le thermomètre à air, au thermomètre à mercure, dans toutes les expériences relatives à des recherches théoriques.
— Comparaison des thermomètres à air et à mercure. Dulong et Petit, qui avaient déjà sciemment adopté le thermomètre à air dn préférence à tout autre, furent amenés, pour en éviter l’emploi toujours embarrassant, à établir une table des corrections à faire subir au thermomètre à mercure, pour en mettre les indications d’accord avec celles du thermomètre à air. Ils reconnurent que l’accord était complet entre — 36" et + 100», mais qu’au delà de 100° le thermomètre à mercure était en avance sur l’autre ; ainsi, dans les circonstances où le thermomètre à air marque 200° et 300°, le thermomètre à mercure en indique 202,95 et 307,62. Ce fait est tout simple : il prouve que la cohésion a diminué le volume du mercure à 00. Nous devons toutefois ajouter que les thermomètres à mercure ne sont pas eux-mêmes comparables entre eux, lorsque les verres dont ils ont été formés n’ont pas exactement la même composition.
— Densité des gaz. On pouvait entendre autrefois par la densité d’un gaz le rapport des poids d’un même volume de ce gaz et d’air à la même pression et à la même température ; mais, puisque les gaz ne se dilatent pas tous de la.même manière, il faudra, pour être précis, indiquer la pression et la température auxquelles on les aura considérés. Un pourra choisir, par exemple, la température de 0° et la pression de om, 760.
On a successivement appliqué différentes méthodes à la détermination des densiiés des gaz ; la dernière et la plus parfaite, par conséquent, est celle de M. Regnault. Nous donnons un’tableau comparatif des résultats obtenus pour quelques gaz par les physiciens le plus justement célèbres.
NOMS DES GAZ
Air
Oxygène.....
Azote
Hydrogène.... Acide carbonique.
moT et
AR.AGO
1,00000
1,10359 0,9C913 0,07321 1,51961
DUI.ONO
et
HERZÉL1US
1,00000
1,1020
0,976
0,0687
1,5245
BOU8S1NOAULT
1,00000 1,1057 0,972 0.0093
1,00000 1,10503 0,97137 0,06926 1,52901
Si, au lieu de comparer les poids des gaz à 0°, on les comparait à 100», par exemple, on ne trouverait plus les mêmes nombres, au inoins pour ceux qui ne suivent pas la loi de Mariotte. Ainsi, la densité de 1 acide carbonique à 1000 serait 1,52418 au lieu de 1,52910 — Conductibilité des gaz pour la chaleur. Les gaz sont généralement mauvais conducteurs de la chaleur ; aussi forment-ils des enveloppes très-convenables pour ralentir soit le refroidissement, soit réchauffement.
— Chaleur spécifique des gaz. Il est impossible, dans les solides et les liquides, d’empêcher les effets de dilatation qui accompagnent toute acquisition de chaleur ; aussi en est-on réduit, lorsqu’on s’occupe de ces corps, à laisser confondues les quantités de chaleur employées à élever leur température et celles qui sont absorbées par leur changement d’état. Les solides et les liquides n’ont chacun qu’une seule capacité calorifique : c’est a quantité de chaleur nécessaire pour en élever l’unité de poids de 1 degré de température. Il en est tout autrement des gaz ; et l’extrême facilité qu’ils ort’rent pour établir, sous le rapport qu’on vient d’indiquer, une séparation nette donne un intérêt spécial à l’étude des lois calorimétriques qui se rapportent à ces corps.
Considérons d’abord un gaz qui change de température sans changer de volume ; soit g la quantité de chaleur nécessaire pour faire passer la température de l’unité de poids de ce gaz de t° à (*+0)° : ^dépendra à la fois de 8, de t, de la pression initiale et de la nature du gaz ; si 8 varie seul et qu’on le fasse tendre vers zéro, la limite vers laquelle tendra
j sera la chaleur spécifique sous volume constant du gaz considéré, à la pression et à la température supposées. Nous représenterons cette quantité par c. Supposons maintenant qu’un gaz change de
volume sans changer de température, ce qui suppose qu’on lui communiquera incessamment de nouvelles quantités de chaleur s’il se dilate, ou qu’on lui en soustraira, dans le cas contraire : soit k la quantité de chaleur qu’il faudra communiquer à l’unité de poids de ce gaz, pour maintenir constante sa température pendant que son volume croîtra de
uau + u ; la limite vers laquelle tendra -, lorsque ces deux quantités tendront vers zéro, toutes les autres restant fixes, sera la chaleur latente de dilatation du gaz étudié à la température et sous la pression considérées. Nous la représenterons par t.
Si la température et le volume du gaz varient en même temps de quantités al et do, infiniment petites, la quantité de chaleur acquise sera représentée par
cdt + Idv.
Imaginons que do et dt soient pris tels que la
pression du gaz reste constante, c’est-à-dire
faisons
a dt
dv = "■, ., < l+o*
a désignant le coefficient de dilatation du gaz considéré ; nous aurons la quantité différentielle de chaleur nécessaire pour faire croître de dt la température de l’unité de poids du gaz sous pression constante, ce sera
d’« + "TT^)’
la limite du rapport de cette quantité à dt, c’est-à-dire
c+ lu
1 + et
est la chaleur spécifique du gaz sous pression constante.
Les trois quantités C, c, l étant ainsi liées entre elles par une relation connue, on pourra
