La température d'ébullition de l'eau en fonction de la pression

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Submitted on 1 Jan 1930

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La température d’ébullition de l’eau en fonction de la pression

A. Zmaczynski, A. Bonhoure

To cite this version:

A. Zmaczynski, A. Bonhoure. La température d’ébullition de l’eau en fonction de la pression. J. Phys.

Radium, 1930, 1 (9), pp.285-291. �10.1051/jphysrad:0193000109028500�. �jpa-00233029�

LE JOURNAL DE PHYSIQUE

ET

LE RADIUM

LA TEMPÉRATURE D’ÉBULLITION ^DE L’EAU EN FONCTION DE LA PRESSION par A. ZMACZYNSKI et A. BONHOURE.

Sommaire. 2014 La température d’ébullition de l’eau

été mesurée

différentes pres- sions comprises entre 683

et 832

de mercure, à l’aide des ébullioscopes ^de M. W. Swietoslawski et de deux thermomètres à résistance. Un baromètre à

de

précision ^et

manomètre à

ont permis de déterminer les pressions. Les valeurs déduites de

observations ont été condensées dans

formule qui ^{donne la} tempéra-

ture d’ébullition de l’eau

fonction de la pression. Comparaison

les résultats obte-

nus

par d’autres expérimentateurs.

SÉRIE VII.

TOMB I. SEPTEMBRE 1930. N° 9.

Les travaux thermométriques, ^{et en} particulier ^ceux pour lesquels ^on utilise les thermomètres hypsométriques, exigent ^une connaissance aussi parfaite que possible ^{de la} température d’ébullition de l’eau en fonction de la pression, ^{surtout au} voisinage ^{de la} pression atmosphérique. Les données qui ^{existent sur ce} sujet présentent des écarts consi- dérables et difficilement explicables. Ainsi, ^{selon les} expériences ^de Regnault, calculées par Broch (1), ^les températures d’ébullition de l’eau sous des pressions ^{de 675 mm et 800 mm}

de mercure, seraient respectivement de 96’)722 et 101 °436, tandis que les expériences ^de Chappuis, calculées récemment par M. Volet (2), indiqueraient, pour les mêmes pressions, ^les températures de 96°70I et 101°449. Dans l’intervalle de pression ^susdit, la variation de la

température d’ébullition de l’eau serait donc de 4,714 degrés d’après Regnault ^{ou de} 4,748 degrés ^selon Chappuis, ^{soit une} divergence ^de 0,034 degré.

Nous avons pensé que la méthode décrite plus loin et les ressources expérimentales

dont nous disposions, ^nous permettraient ^d’obtenir des résultats suffisamment précis pour rendre possible le choix entre les données de ces deux auteurs.

Description générale ^de l’appareil.

L’appareil que ^{nous avons} utilisé est repré-

senté par la figure ^{1. Ce sont deux} ébullioscopes de M. zizi. SW ietoslawski (1) reliés par des tubes de verre à un réservoir de grande capacité ^{~V et à un manomètre} différentiel à eau M.

Le robinet K met en communication l’appareil ^avec l’atmosphère; par ^son intermédiaire,

on peut aussi établir dans tout l’ensemble une dépression ^{ou une} surpression, ^{dans les}

limites que permet ^le manomètre, soit environ 75 mm de hauteur de mercure.

Le réservoir W facilite l’établissement d’une pression uniforme dans tout l’appareil, ^en

même temps qu’il diminue l’effet de certaines pulsations qui pourraient être causées par (1) ^O.-J. BROCH, Points fixes des thermomètres et températures d’ébullition de l’eau pure (Travaux ^et

Mémoires du Bureau international des Poids et Mesures, ^t. ’1, (1881), p. 43).

’

(2) ^CI. VOLBT, ^La température d’ébullition de l’eau d’après ^les expériences de P. CHAPPUIS (Travaux et

Mémoires du Bureau international des Poids et Mesures, ^{t. 18} (1929), p. 11).

(3) ^~V. SWIETOSLAWSKI, Bulletin international de l’Académie polonaise des Sciences et des Lettres, ^série A, (1924), p. 59.

LE

JOURNAL

PHYSIQUE

^RADIUM.

SÉRIE

- N° 9.

SEPTEMBRE 1930. 21.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0193000109028500

286

l’ébullition du liquide ^{ou par la} liquéfaction de la vapeur. Les faibles variations de la ^tem-

pérature ^{ambiante ne} présentent ^aucun inconvénient du fait d’un bon isolement tliermique

de ce réservoir.

Fig. 1.

~bullioscopea. - ^Le principe ^du fonctionnement des ébullioscopes ^estle suivant(fig. 2) :

le liquide ^{contenu dans la} partie ^{A est} porté ^à l’ébullition; la sapeur qui ^se forme soulève le niveau du liquide, qui ^{s’élève en} partie dans le tube étroit I, ^d’où il est projeté ^sur l’éprou-

vette B, qui ^se _trouve ^ainsi mouillée constamment par le liquide bouillant. La vapeur ^se

Fig. ^2.

condense dans le réfrigérant ^{D et le} liquides ^{revient à son} point ^de départ par le tube Il.

L’éprouvette B contient du mercure dans lequel plonge ^un thermomètre.

’

Lorsqu’il s’agit ^{de mesures} pendant lesquelles les variations de la température ^sont

assez lentes, la température ^{du mercure} peut ^être considérée, ^{avec une} exactitude suffisante,

comme égale à celle de l’espace A, c’est-à-dire à la température d’ébullition du liquide.

287 Afin d’éviter la surchauffe du liquide, le réservoir A est activé, suivant la méthode de M. Swietoslawski, par ^une couche de verre réduit en poudre ^très fine, qu’on ^{a soupé au}

fond de ce réservoir. Ce procédé assure une ébullition du liquide ^{uniforme et} régulière.

Dans ce type d’ébullioscope, lorsque ^la pression ^ne varie pas, la température ^reste rigoureusement constante dans l’espace B, alors même que les quantités de chaleur fournies,

et par suite les quantités de vapeur qui ^se développent, varient dans des limites assez

larges.

La sensibilité de l’appareil ^aux changements ^de pression ^{est très} grande; ^{il est facile}

de la mettre en évidence par la variation de la température d’ébullition, ^en plaçant ^l’ébul- lioscope ^{sur une} table, puis ^{sur le} parquet; ^{c’est ce} qui ^a suggéré à M. Swietoslawski l’idée

d’employer ^cet instrument. comme baromètre, -

Fig. 3.

Thermomètres. - Nous avons mesuré les températures ^au moyen de deux thermo- mètres à résistance électrique (NC ^{122 596 et 1TC 122} 597). ^Un pont différentiel de Smith et

un galvanomètre ^{de haute} précision, construits, ainsi que les thermomètres, par la

Cambridge Instrument Co, complétaient l’installation destinée à l’observation des tempéra-

tures.

La mesure des résistances des thermomètres de platine ^était faite par ^une méthode (1) qui permet d’éliminer les résistances des fils conducteurs reliant les thermomètres au pont, grâce ^au choix convenable des résistances fondamentales du pont ^{et à} l’emploi ^{d’un commu-}

tateur spécial. L’influence de ces fils, ^{s’ils ne sont} pas exposés ^{à des} changements ^de tempé-

rature notables, ^est pratiquement ^nulle.

La mesure complète de la résistance d’un thermomètre comprend ^deux opérations ^dis- tinctes, pour lesquelles ^les connexions du pont ^et des conducteurs du thermomètre sont

différentes, ^mais réalisables très rapidement, grâce ^au commutateur spécial qui permet

d’obtenir l’un ou l’autre des groupements représentés par la figure ^3.

La sensibilité du galvanomètre ^{est telle} qu’on pouvait déterminer les résistances, ^à température ^constante (01 ^par exemple), ^{avec une} précision ^de 0,000 ^{03 à} O,cUO ⁰⁵ ohm, ^ce qui correspond ^à 0,000 2 degré ^environ.

(1) ^{The National} Physical Laboratory (Collected Researches, ⁹ (1913), p. 23J).

288

Les thermomètres que ^{nous avons} utilisés avaient été préalablement comparés ^{à des}

thermomètres à mercure en verre dur du Bureau international des Poids et Mesures, ^aux températures suivantes : 19°, 34% 56°, 66°, 100% 153% par le thermomètre ^n’ 122 596, ^11°, 34% 78°, 100% 153% 2000 pour le ^n° 122 597.

Les comparaisons ^{faites au} voisinage ^de i00°, ^avec quatre thermomètres à mercure

différents, avaient été particulièrement nombreuses : huit pour le thermomètre ^n° 122 596 et treize pour le ^n° 122 597. En outre, ^ces deux instruments avaient été comparés ^{entre eux}

au voisinage ^de 33°, 36°, 777°, 81% 9g°, ^102°, i~~°, ~p0°, ^ce qui permit de vérifier les obser- vations précédentes ^à quelques millièmes de degré près. ^Les températures des thermo- mètres de comparaison ayant ^été exprimées dans l’échelle normale du thermomètre à

hydrogène, ^c’est finalement à cette échelle que seront rapportées les indications des deux thermomètres à résistance.

Baromètre. - La pression atmosphérique était déterminée au moyen d’un baro- mètre de précision, situé dans une salle voisine de celle où les expériences ^étaient faites; ^les portes ^faisant communiquer ^ces salles étaient constamment ouvertes. Le baromètre est constitué par des tubes relativement étroits (13 mm) ^dans lesquels ^les ménisques peuvent

être visés directement avec des réticules. Un plongeur ^mobile placé ^sur le côté de l’instru- ment permet d’élever simultanément les deux ménisques afin de leur donner une courbure

identique. ^Une règle divisée, ^en laiton, ^{est fixée sur le même} bâti que le tube barométrique,

et l’ensemble peut pivoter autour d’un axe vertical de manière qu’on puisse observer les

ménisques ^{ou la} règle ^avec les lunettes qui ^{restent fixes} pendant ^{la mesure.}

Manomètre. - Le manomètre à eau qui ^{servait à mesurer les} dépressions ^{et les} surpressions ^ne présente ^aucune particularité : ^{c’est un tube de verre en} forme de U fixé

sur une planche verticale. On pointait ^{les deux} ménisques, successivement, ^{avec la lunette}

d’un cathétomètre munie d’un niveau sensible permettant ^{de s’assurer} constamment de son

horizontalité.

Observations et calculs.

Avant de commencer les observations essentielles, ^{on a}

mesuré seize fois la température d’ébullition de l’eau sous la pression atmosphérique, ^en échangeant, toutes les quatre observations, les thermomètres d’un ébullioscope ^{à l’autre.}

Les calculs ont fait ressortir un bon accord des thermomètres, les écarts étant compris

entre 0,000 ^{8 et} 0,002 4 degré, sauf dans deux _cas, où ils ont atteint respectivement 0,003 5

et 0,005 ² degré.

Les expériences définilives ont été alors entreprises ; ^{on les a} réparties ^en seize groupes

comprenant ^chacun huit observations du manomètre et des thermomètres, ^et pendant lesquelles ^la pression, ^et par suite la température, restaient à peu près constantes. En

réalité, la détermination d’une température exigeant ^{deux mesures de} résistance, ^{ces obser-}

vations se réduisent à deux lectures indépendantes ^de chaque thermomètre pour chaque

groupe de ^mesures.

289 A titre d’exemple, ^nous reproduisons ci-dessus les nombres relatifs au groupe de

mesures n" 7.

’

Ces nombres doivent être corrigés, afin de tenir compte ^{de la} valeur réelle des bobines du pont ^{et de leur} température; ^ensuite, la moyenne des deux résistances trouvées pour

une lecture complète ^de chaque thermomètre est transformée en degrés, ^à l’aide d’une table de correspondance établie à la suite de l’étude spéciale ^des thermomètres. On a obtenu

ainsi, pour le même groupe ^de mesures, les températures suivantes :

Dans le calcul final, ^{on a} pris ^la moyenne ^{de ces nombres en} supprimant ^une décimale,

soit 100° 448.

Les observations du baromètre ont été ramenées aux conditions normales ; ^{elles ont}

été reliées ensuite par ^une courbe continue, qui ^a permis ^de déterminer la valeur de la

pression atmosphérique ^aux temps correspondants ^{à la lecture} simultanée du manomètre.

et des thermomètres.

Les nombres fournis par les observations du manomètre ont été d’abord corrigés pour la température de l’eau et de l’échelle du cathétomètre et ramenés à 00; ils ont été ensuite

exprimés ^en hauteur de mercure sous l’accélération normale de la pesanteur.

Une correction supplémentaire ^a permis ^{de tenir} compte des différences de niveau,

très faibles d’ailleurs, qui existaient entre la surface du liquide ^en ébullition et le baro-

mètre, pour les déterminations à la pression ambiante, ^{et entre} le manomètre et le baro- mètre pour les autres déterminations.

L’ensemble ^{de ces} réductions conduit enfin au tableau suivant qui contient les

moyennes ^des pressions ^{et des} températures ^de chaque groupe d’observations.

290

Ces nombres ont été utilisés pour calculer, par la méthode des moindres carrés, ^une formiile telle que :

- . - ...1

r..., , . ’" Il .. ..

La résolution des équations ^normales qui ^en résultent conduit, _{pour les} inconnues,

aux valeurs suivantes :

Par suite des petites ^erreurs d’observation, ^la température que l’on calculerait ^avec

ces coefficients pour 1)

760 mm serait trop ^{élevée de} 0,001471 degré~; ^{on a donc} corrigé

de cette quantité la valeur de _{a, et} l’on est arrivé ainsi à la formule :

Les écarts entre les températures observées et les nombres calculés avec les coefficients

précédents, ^ont été inscrits à droite du tableau des observations ; ils montrent une concor-

dance très satisfaisante, puisque ^le plus grand atteint seulement 0,003 degré.

Dans son mémoire récent sur les expériences ^de Chappuis, M. Ch. Volet a comparé ^les

résultats obtenus par différents expérimentateurs; ^{nous ne} saurions mieux faire que de

reproduire ^en partie ^sa documentation. Le tableau suivant, ^{réduit à} l’intervalle de pression.

pour lequel notre formule est valable, permet ^{de se rendre} compte ^de la concordance des divers résultats qui ^{ont été retenus}

Nous complétons ^cet exposé par ^une table qui indique pour tous les millimètres

entre 680 ^mm et 830 mm de pression mercurielle, ^la température d’ébullition de l’eau pure

telle qu’elle résulte de notre formule.

291

Manuscrit reçu le 10 mai 1930.