Constante diélectrique du gaz chlorhydrique en fonction de la pression

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Submitted on 1 Jan 1966

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Constante diélectrique du gaz chlorhydrique en fonction de la pression

R. Nacasch, R. Coulon

To cite this version:

R. Nacasch, R. Coulon. Constante diélectrique du gaz chlorhydrique en fonction de la pression. Journal

de Physique, 1966, 27 (11-12), pp.735-738. �10.1051/jphys:019660027011-12073500�. �jpa-00206466�

735.

CONSTANTE

DIÉLECTRIQUE

^{DU GAZ}

CHLORHYDRIQUE

^EN FONCTION DE LA PRESSION Par R. NACASCH et R.

COULON,

Laboratoire de

Physique

^{M. P. C.}

IV,

Faculté des

Sciences, Saint-Jérôme,

^Marseille

(13e).

Résumé. ²⁰¹⁴

Description

^{d’une cuve et d’un} condensateur destinés à la mesure de la cons- tante

diélectrique

de gaz

comprimés.

^{Étude de l’azote}

jusqu’à

¹⁵⁰

atmosphères

^et compa- raison avec les ^mesures de Michels. Premiers résultats pour le gaz

chlorhydrique

^aux

tempé-

ratures 25 °C ^et 50 °C

jusqu’à

⁴⁰

atmosphères.

Abstract. ²⁰¹⁴

Description

^{of a}

high-pressure

^{cell and a condenser to measure the dielectric}

constant of

compressed

gases.

Study

^of

nitrogen

up ^to 150

atmospheres

^and

comparison

with Michels’ measurements. First results on

hydrogen

^{chloride at} temperatures ^{25 °C and} 50 °C _up to 40

atmospheres.

PHYSIQUE 27, 1966,

Introduction. ^- Nous nous proposons d’étudier la relation de Clausius-Mosotti _pour les _gaz non

polaires,

^{et celle de}

Debye

pour les gaz

polaires.

Cet article fait suite a une mise au

point

^{sur les}

« Constantes

di6lectriques

^{et indices de refraction}

des gaz ^en fonction de la

pression » [1].

^Pour

cela,

nous avons conqu ^et realise une cuve et un conden-

sateur de mesure des constantes

di6lectriques

^{de gaz}

en fonction de la

pression

^{et de la}

temperature.

Nous _exposons ici les résultats obtenus _pour 1’azote

et le _gaz

chlorhydrique

^aux

temperatures

^{25 °C et}

50 OC.

Dans la

premiere partie,

^{nous d6crivons notre}

appareillage

^{et dans la} seconde les

premiers resultats

de nos mesures.

I.

Appareillage.

^{- 10} CONDENSATEUR ET CUVE. ^-

La

figure

¹

repr6sente

^{cet ensemble.} Trois conden-

sateurs

cylindriques

^en

parallèle,

^{de 96 mm de}

longueur,

^sont constitués _par un

cylindre

^central

(1)

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:019660027011-12073500

736

de 10 mm de diam6tre et trois tubes

(2)

^{de dia-}

m6tres

12/14, 16/18

^et

20/22

^mm.

L’isolement,

^le

centrage ^{et la}

rigidité

^de 1’ensemble sont assures par huit

bagues

de teflon

(3)

^{de 5 mm de}

longueur, percées

^{de maniere a}

permettre

la circulation du gaz. Les ^{armatures sont} reli6es deux a deux _{par des} rubans soudés

électriquement

^{et connect6s aux} pas- sages de ^courant

(4)

par des rondelles serr6es. L’un des passages

(cote gauche

^{sur la}

figure)

^{est isol6 de}

l’armature centrale _par une

piece

^{de teflon}

(5)

^dans

laquelle

^il peut ^coulisser

lorsque

^se

produit

^Fecra-

sement des

joints

^haute

pression (6).

^{Les manchons}

de teflon

(7)

^{assurent a la} fois l’isolement

électrique

et l’ étanchéité sous haute

pression

^des passages de courant

(4) apr6s

^serrage

grace

^au bouchon fileté

(8).

La cuve est d’un modele

classique [2],

^et

peut

supporter ^des

pressions sup6rieures

^{a 500 atmo-}

spheres.

Le corps

(9)

^{a un} diametre ext6rieur de 80 mm pour ^un

al6sage

^{de 28 mm.} L’6tanch6it6 est

obtenue _par un

joint

auto-serreur

(6),

^{soumis a un}

pr6serrage

^{initial de la} part de 1’embase

(10) grace

a l’écrou

(11).

Toutes les

pieces

^{en contact avec le gaz sont en}

acier

inoxydable

^{X 18-8. La cuve est}

plac6e

^dans

une enceinte thermostatee dont la

temperature

^est

r6gul6e

^a

quelques

centi6mes de

degr6s pr6s.

20 LA MESURE DE PRESSION. ^- Elle est effectu6e

grace

^{a une balance «}

Desgranges

^{et Huot » à deux}

pistons,

^{dont 1’huile est isolée} du gaz 6tudi6 _par un

s6parateur

^{a mercure a} deux niveaux

visibles,

^main-

tenus dans un meme

plan

horizontal. L’incertitude

est d’environ 1 millibar

jusqu’h

⁵⁰

bars,

^{et 10 milli-}

bars au-dessus. Le schema du circuit

de pression

differe tres peu de celui décrit

precedemment ([1J, f g. 4).

3° LES CAPACITES. ^- Elles sont mesur6es ^au pont 1615-A de la ^« General Radio

Company ».

^On

obtient six chiffres

significatifs

^{dans toute la gamme}

de _mesure, de 10-s 4 10-17

Farads,

pour diff6rentes

fréquences

^{de 50 Hz a} 10 kHz. Nos mesures ont 6t6 effectuées 4 1 kHz.

II. Mesures. ^- 1° Les

bagues

^{de teflon intro-}

duisent une

capacité

invariable

c’,

^{de telle sorte} que la constante

di6lectrique

^du gaz ^est donn6e par :

C -

--7" c’

^{ou , C et Co sont} les capacités totales

Er

= Co - c’ _CO-

^{où C et}

^C0

^{sent les}

^capacités

^totales

mesurees ^en

presence

^du gaz ^{et sous} vide. On voit

1’importance

d’une determination

precise

^de

c’,

^diffl-

cile a obtenir _par le calcul. C’est

pourquoi

^nous

1’avons confirm6e par ^une s6rie

d’exp6riences

^sur

1’azote a

25,28 OC,

^en utilisant les résultats de Michels et collaborateurs

[4].

Ceci nous a

permis

^{de connaitre}

c’, qui

^{est de}

l’ordre de 15

pF,

^{4 mieux} que

0,2 pF,

^{alors que}

Co

est d’environ 125

pF,

^{avec une} incertitude de 10-3

pF.

2° Nous avons alors

repris

^{les mesures faites sur}

l’ azote a

25,28

^{°C et}

49,62

^{°C et} obtenu des résultats

qui

confirment bien ceux de Michels

(fig. 2)

^avec

une

precision 6quivalente

^{de I’ordre de 10-4}

(voir [5]).

Quelques

^{chiffres sont donn6s a titre}

d’exemple

^dans

le tableau ci-dessous _pour la

temperature

^{25 OC.}

3° MESURES SUR LE GAZ CHLORHYDRIQUE. ^-

a)

^Le

gaz utilise

qui provient

^de « Matheson Co _)), contient environ

0,7 % d’impuretés (C02 : 0,5 %

^{et gaz}

inertes

0,2 %).

^{Leur influence sur} les valeurs de la

constante

di6lectrique

^nous semble difficile a dis-

cuter. Les valeurs donn6es ci-dessous concernent le gaz commercial utilise.

b)

^La

precision

^est

16g6rement

^{moins bonne dans}

ce cas, ^car il est difficile d’obtenir la meme valeur de

Co

^{avant et}

apr6s 1’experience (6cart

^relatif

atteignant

^{au maximum 2 X}

10-4).

^{Sans doute}

peut-on incriminer d’une part ^{une action} super- ficielle de HCI sur les armatures

(adsorption, 16g6re

attaque

inapparente) ;

^d’autre part, ^{une diffusion} dans le t6flon

qui provoquerait

^{une variation de la}

capacité

^{c’. Une} modification est en cours pour éliminer cette seconde cause d’erreur.

c)

^{Il nous}

parait

int6ressant de

consigner

^{dans le}

tableau ci-dessous une

partie

^{de nos résultats nume-}

TEMPERATURE 25 OC

TEMPERATURE 50 °C

riques,

^et

d’indiquer

^{sur la}

figure

3 Failure de la courbe _Er ⁼

f(p) à

^{25 °C et 50 °C.}

d)

^{On ne} peut pas calculer la fonction de

Debye,

faute de connaitre la densite du _gaz

chlorhydrique.

Les seules donn6es

expérimentales

^{a notre connais-}

sance, ^se situent en dehors de notre domaine de

738

temperature

^{et de}

pression [6], [7],

^{ou sont tr6s}

anciennes et peu

pr6cises [8].

Nous avons tent6 un calcul

théorique

des densités 4

partir

des valeurs des constantes du

potentiel

^de

Stockmayer,

par ^un

d6veloppement

^du viriel limite

au second coefficient

[9].

Les courbes obtenues semblent

indiquer

^{a 25 OC}

une

rapide

d6croissance de la fonction de

Debye jusqu’à

^{un minimum tres}

aplati

^{entre 20 et 30 ama-}

gats, suivi d’une

16g6re

croissance.

A 50 OC la d6croissance est

rapide jusqu’a

^{10 ama-}

gats

puis plus

lente. Nous n’obtenons _{pas de} nou-

velle

croissance,

^{mais on} peut penser que la densite maximum atteinte est rest6e insuflisante.

Bien

entendu,

^une determination

exp6rimentale

des densités serait n6cessaire _pour confirmer ces

résultats : nous la tentons actuellement.

Conclusion. ^{- Nous}

disposons

^d’un

appareillage adapt6

aux mesures des constantes

di6lectriques

^des

gaz

polaires comprimés qui, apr6s

^de

légers

^am6na-

gements, pourra donner ^une

precision

sufl’isante. Si

nous réussissons a determiner leurs

equations ^d’etat,

nous serons en mesure d’6tudier les variations de la fonction de

Debye

^{avec la}

densite,

^la

temperature

et la

frequence,

^{et de} confronter ces donn6es avec les considerations

théoriques

^{de divers auteurs}

(voir

r6f.

[1], § III).

Manuscrit _regu le 12

juillet

^1966.

RÉFÉRENCES

[1]

^BEAUME

(R.),

^NACASCH

(R.)

^{et COULON}

(R.),

^J.

Phy-

sique, 1965, 26,

^597.

[2]

^COULON

(R.),

Thèse,

Paris,

^1958.

[3]

^BEAUME

(R.), Thèse,

^3e

cycle,

^{Faculté des}

Sciences, Marseille, 1964.

[4]

^MICHELS

(A.),

^JASPERS

(A.)

^{et SANDERS}

(P.), Physica, 1934, 1,

^627.

[5]

^FARESSE

(C.), Diplôme

^d’études

supérieures,

^Mar-

seille, 1966.

[6]

^FRANCK

(E. U.),

^BROSE

(M.)

^{et MANGOLD}

(K.), Prog.

Intern. Res.

Thermodyn. Transport Prop. Sympo- sium, Princeton, 1962, p. 159.

[7]

^THOMAS

(W.), Idem, p. 166.

[8] BRINER,

^{J. Chimie}

Physique, 1906, 4,

^476.

[9] HIRSCHFELDER,

^{CURTIS et} BIRD, ^Molecular

theory

of gases and

liquids, p. 1147-1154.