Essai sur le pouvoir refroidissant des gaz

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Submitted on 1 Jan 1884

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Essai sur le pouvoir refroidissant des gaz

Ch. Rivière

To cite this version:

Ch. Rivière. Essai sur le pouvoir refroidissant des gaz. J. Phys. Theor. Appl., 1884, 3 (1), pp.473-481.

�10.1051/jphystap:018840030047301�. �jpa-00238285�

4° ^{La dernière} colonne du Tableau mesure la

capacité

^totale

pendant

^la

^nuit, quand

^la

température

^{est à son} minimum. Elle

est

généralement plus grande

que la richesse ^à 6h du

matin;

^mais

quelquefois

^{elle est}

plus petite,

^{d’où l’on} peut ^conclure que l’air

est saturé à toute hauteur

quand

^sa

température

^{est minimum. Cela}

explique

^{toutes les} condensations de _vapeur

qui

^ont

généralement

lieu

pendant

^{la nuit.}

En

résumé,

les valeurs

de f F

ne nous apprennent que ^le

degré

de sécheresse ou d’humidité

relatives;

^{elles ne mesurent} _{pas la}

quantité

de vapeur. Au

contraire,

^le

rapport f H-f

^{mesure la com-}

position hygrométrique

^de

l’air;

^{il met en évidence les}

change-

ments

qui

surviennent le

jour

^{, la}

nuit, l’été, l’hiver,

^{aux diverses}

latitudes et altitudes.

C’est

pourquoi je répète qu’il

^serait rationnel de

supprimer

^les

valeurs

de f F

^{et de les}

^remplacer

^{par celles de}

^{f H-f.}

^{M. Mascart}

et M.

Angot

^{ont bien voulu se}

charger

^{de faire exécuter} les calculs que nécessiterait ^cette

modification,

^et les résultats seront

publiés

dans les Annales dit Bureau central

inéléoi-ologique, après

^avoir

été

communiqués

^à l’A.cadémie.

ESSAI SUR LE POUVOIR REFROIDISSANT DES GAZ;

PAR M. CH. RIVIÈRE.

Ce travail avait pour ^but d’étudier le

pouvoir

refroidissant des gaz dans des limites de

pression

^{et de}

température plus

^étendues

qu’on

^{ne l’avait}

fait jusqu’alors.

La méthode

qui

^a paru ^se

prêter

^{le mieux à ce} genre de ^re- cherches consistait dans l’observation d’un fil échauffé par ^un

courant

électrique : quand

^{ce fil a atteint sa}

température

^station-

naire,

^il

perd

par ravonnement ^et par ^{contact avec} le gaz ^une

quantité

de chaleur

égale

^à celle que

produit

le passage du ^courant.

Les conditions de milieu é tant

définies,

^le

problème

^{revient à la}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018840030047301

détermination simultanée de la

température

^{du fil et de la}

quantité

de chaleur

développée

par le courant.

La

température

^{du fil se déduit de sa} résistance

électrique

^{et la}

quantité

^{de chalcur est} déterminée _par la loi de Joule.

Il a donc fallu étudier au

préalable

l’influence de la

température

sur la résistance des fils de

platine qui

^{ont été}

employés

^{dans le}

cours de ces recherches. Cette étude a été faite avec soin sur un

fil de

platine

^{enroulé autour du réservoir en}

porcelaine

^{d’un pyro-}

mètre à

air; puis

^{ce fil a servi à son tour de} thermomètre pour l’étude des autres fils destinés aux

expériences

^{sur le} refroidisse-

ment.

Pour déterminer la résistance d’un fil

métallique pendant

^le

passage ^{du courant destiné à}

l’échauffer,

^on

cherchait,

par ^une méthode

d’opposition analogue

^{à celle de}

^Clarke,

la différence de

potentiel

^{à ses deux}

extrémités;

^on déterminait en même

temps

la différence de

potentiel

^{aux deux} extrémités d’un fil de résistance connue,

placé également

^{dans le}

circuit,

^{et assez} gros pour ^ne pas s’échauffer

sensiblement;

^le

_rapport

^{de ces deux} différences servai t

de mesure à la résistance cherchée.

Le calcul de la formule de Joule

exigeait

^encore que l’on ^connùt l’intensité du courant; ^{à cet}

effet,

^{une boussole} de Weber était

placée

^en dérivation sur le

circuit,

^et l’on avait soin que les dévia- tions fussent

toujours

^{assez faibles} pour

pouvoir

^être

regardées

comme

proportionnelles

^à l’intensité du courant : on a,

d’ailleurs, pris

soin de vérifier cette

proportionnalité.

La jig’.

ⁱ

représente schématiquement

^la

disposition générale

des

appareils.

^{A est un}

grand

^{flacon au milieu}

duquel

^sont

^tendus,

l’un à la suite de

l’au tre,

^{le fil}

principal

^{et un fil}

plus

^{court don t}

l’observation sert à éliminer le refroidissement

qu’éprouve

^le

premier

^à chacune de ses

extrémités,

par suite du ^{contact avec} les

pinces

d’attache. Ce flacon

communique,

par l’intermédiaire de tubes

remplis

^d’acide

phosphorique anhydre,

^{avec des}

appareils

^à

faire le vide. B est un

long

^et gros fil de cuivre dont la résistance

sert de terme de

comparaison,

^{et ces} trois fils sont

placés

^{dans le}

circuit d’une

pile G ;

^d’autres résistances intercalées servent à faire varier l’intensité du courant et, par

suite,

^la

température

^du

fil. La boussole de Weber est attachée en dérivation aux

points

DE. La

pile d’opposition

^{K renferme dans son}

circuit,

^{outre une}

résistance considérable de 5ooo ohms

environ,

^une caisse de rési-

stance

G ;

des conducteurs

F,

^H permettent ^{de relier les extré-} mités de cette caisse aux extrémités ^ci des fils

placés

^{dans le pre-}

mier circuit. Un

galvanomètre

^de

^Thomson,

^{intercalé en}

^H,

^permet

Fig. ^i.

de déterminer la résistance

qu’on

^doit introduire ^en _{G pour que} la différence de

potentiel

^aux extrémités de G fasse ^exactement

équilibre

^{à la} différence de

potentiel

^aux extrémités du fil observé.

Représentation graphique des résultats.

Une série d’observations faites à une

pression déterminée P1 donne,

pour différents excès de

température,

^la

quantité

^{de chaleui}

perdue

par le fil soumis à

l’expérience.

^{Le résultat de}

chaque

observation est

indiqué,

^{sur une feuille de}

papier quadrillé,

par

un

point

dont l’abscisse

représente ^l’excès,

^et l’ordonnée _{la quan-} Li Lé de chaleur

perdue.

La

ligne

^{continue rlf}

qui

passe par ^{tous ces}

points (fig. 2)

^re-

présente,

^{pour la}

pression ^P,,

^{la relation}

qui

^{lie la}

quantité

^de

chaleur à l’excès de

température.

Une série faite à une

pression

^moindre

^P2

^{donnera une courbe}

dont les ordonnées _seront, pour des ^abscisses

égales,

inférieures

aux ordonnées de la courbe _xi.

Enfin,

^une série faite dans le vide absolu donne une courbe A dont les coordonnées

représentent

^les

quantités

^{de chaleur}

perdue

dans le vide.

Chacune de ces séries

comprend

^{une dizaine}

d’olJServations,

quelquefois davantage,

^{et, si l’on met à}

part quelques expériences

Fig ^2.

faites dans

l’hydrogène, qui

^ont

présenté

^de

singulières anomalies,

les

points correspondant

^à

chaque

^{série se trouvent} distribués avec une

grande régularité.

En diminuant chacune des ordonnées BD de la courbe _x,, de l’ordonnée BC de la courbe A

qui représente

^{la chaleur}

perdue

dans le vide ^ou chaleur

rayonnée,

^{on a une} nouvelle courbe

B1 qui représente,

^{pou» Ici}

pression ^{P, ,}

^{la relation entre} l’excès de teni-

pérature du fil

^{et la} chaleur que lui enlève le gaz.

Une fois les

courbes B construites,

^on

conçoit qu’on puisse

^s’en

servir pour ^{en tracer} d’autres

représentant,

pour ^{un excès} cie

telnpératllre déternliné)

la relation entre la

pression

du gaz ^et la chaleur

qu’il

^{en lève ait}

fil.

^Ces

dernières,

que ^nous

appellerons

y, ^ont l’allure

représentée

^par

la fig.

^{3. On}

traçait

ainsi les courbes

correspondant

^{aux excès} 100°, 200°,

300°, ...,

et, pour

qu’on pût

facilement comparer leurs

formes,

^{on réduisait à la moitié les}

ordonnées de la courbe de 200°, ^au tiers celles de la courbe de

3oo",

^{etc. On}

traçait

^{aussi une} courbe relative à ^un excès de tem-

pérature

^très

petit,

la courbe d’excès °, par

exemple,

^{dont on}

multipliait

les ordonnées par i oo, afin de la rendre

comparable

^aux

autres.

Sur le flacon A coulent

plusieurs jets

^d’eau

froide,

^{de sorte} cluse

l’ig. ^3.

les excès sont observés au-dessus d’une

température toujours

voisine de

13°;

^une

petite

correction permet ^de

représenter

par les courbes les

quantités

^{de chaleur}

qu’on

^eût déterminées si la

température

^de l’enceinte avait été constamment maintenue à oo.

I. ^- Chaleur perdue dans le vide.

Les

quantités

^{de chaleur}

perdues

dans le vide absolu _par un

fil de

platine

^{ont été} déduites de

plusieurs

séries d’observations faites sous des

pressions

^très

^faibles,

^{et en}

particulier

d’une série très nombreuse et très

régulière

^dans

laquelle

^la

pression, qui

n’est

plus

^{mesurable à la}

jauge

^{de Mac}

Leod,

^est certainement inférieure à

1 10

de millième de millimètre de mercure.

Il était intéressant de comparer ^les résultats avec la formule

obtenue dans des conditions toutes différentes _par

Dulong

^{et Petit}

pour des ^excès inférieurs à

250°,

^et

confirmée,

^{au moins d’une}

manière

approchée

^et pour les ^mêmes limites de

températures,

par divers

physiciens;

^la

comparaison

^était

donc,

pour la méthode

exposée ici,

^{une sorte}

d’épreuve qui

^devait permettre ^de

juger

^de

sa valeur. Le Tableau suivant donne le résultat de la

comparaison :

on a

pris

^a

égal

^{à i,} 0°77, ^et déterminé le coefficient m de telle

sorte que la valeur calculée fût

égale

^à la valeur observée pour l’excès 150°.

On voit que la concordance ^est satisfaisante

jusqu’à ^400°.

^A

partir

^{de cette}

température,

^les nombres calculés croissent beau- coup trop

rapidement,

^{comme l’avaient}

déjà

fait remarquer, du reste,

plusieurs expérimentateurs.

II. ^- Chaleur enlevée par le gaz.

1 °

influence

^{de la}

pression.

^- J7ariation de cette

influence

avec la

température.

^{- Pour des}

pressions comprises

^{entre 300111111}

et

50mm,

l’influence de la

pression peut, quelle

^{que soit la}

tempé-

rature. être

représentée

^{par la} formule de

Dulong

^et

^Petit,

npb,

dans

laquelle p représente

^la

pression; seulement,

^{la valeur}

o, I 63

trouvée pour

l’exposant h

^est

beaucoup plus petite

que le nombre

o , £5

^obtenu par

Dulong

^{et Petit.}

Au-dessous de

50mm,

la chaleur enlevée par le gaz diminue ^avec la

pression plus

vite que ^ne

l’indique

la formule

précédente,

^{et la}

chute

devient,

^{aux très basses}

pressions,

extrêmement

rapide.

Aussi,

^{même à ces}

pressions

^très

faibles,

le refroidissement dû au

gaz

garde-t-il

^{encore, vis-à-vis du} rayonnement, ^une

importance

considérable : sous une

pression

^de

200mm,

^{l’air sec}

enlève, à

^oo"

d’excès,

^{180 fois autant} de chaleur _que le rayonnement; ^{il en enlève}

encore 12 fois autant à omm, i, et il faut réduire la

pression à

omm, 006 environ _{pour que} l’air n’enlève que la ^même

quantité

^de

chaleur _{que le} rayonnement.

Au-dessous de

50mm,

l’influence de la

pression

^n’est pas ^{la même}

aux diverses

températures,

^{car les courbes} y relatives ^aux divers

excès,

^au lieu d’avoir des ordonnées

proportionnelles

^{et d’être}

toutes semblables entre

elles,

^se

disposent

^comme

l’indique

^la

fig.

^{/. La variation de la}

quantité

de chaleur enlevée sous les

Fig. 4.

faibles

pressions

^est

plus rapide

pour les

températures

^basses que pour les

températures

^élevées.

2°

Influence

^{de la}

telnpératllre.

^- Variation de celte in-

fluence

^{avec la}

pression.

^{- Sous une}

pression déterminée,

^et

quand

^on considère des excès de

température

^de

plus

^en

plus grands,

^{on trouve} que ^la

quantité

de chaleur enlevée par le gaz croît d’abord

plus rapidement

que

l’excès,

ainsi que

l’exprime

^la

formule

exponentielle

^de

Dulong

^{et Petit}

Br,

dans

laquelle

^{c est un nombre}

plus grand

que ^l’unité.

àlais,

^à

partir

d’une certaine

température,

^le

phénomène change d’allure,

^{et, la} perte de chaleur augmente ^moins

rapidement

que

l’excès ;

^les

courbes B présentent

^un

point d’inflexion,

^{et ce}

point

d’inflexion

correspond

^{à une}

température

^d’autant

plus

^basse

que la

pression

^est

plus

^{faible. Pour des}

pressions

inférieures à

1mm, ^cette modification des

courbes B

^{semble même se}

produire

dès leur

origine.

^Par

exemple,

^dans

l’air,

^les différences successives des

quantités

de chaleur

correspondant

^{aux excès} o°, 100°, 200°, ...

ont été trouvées

égales,

pour diverses

pressions,

^{aux valeurs sui-}

vantes :

Pressions.

3°

Influence

^du diamètre du

fil.

^{- Les} observations ont

porté

^sur deux fils de

pla tine,

^l’un

de £

^de millimètre de

di amè tre,

l’autre

de 1 20 environ;

^ils étaient tendus horizontalement dans ^un flacon de Olll, 20 ^de

diamètre;

le corps soumis ^à

l’expérience

^avait

donc des dimensions

négligeables

^{à côté des} dimensions de l’en- ceinte. Les deux fils ont donné les mêmes résultats

généraux qui

viennent d’être

rapportés ;

^{mais la}

comparaison

des valeurs absolues des

quantités

de chaleur

perdues

^{dans les mêmes} conditions a

donné lieu à une remarque

importante.

La surface du fil le

plus

fin était

égale aux 6 10

environ de la surface du

plus

gros ; c’est ^à peu

près

^{le même}

rapport qu’on

^{a trouvé entre les}

quantités

^de

chaleur

rayonnées

^{dans le}

vide,

^{et aussi entre les}

quantités

^de

chaleur enlevées _par le _gaz sous de très

faibles pressions; ^mais,

sous des

pressions supérieures

^{à 5mm ou 10mm, on a trouvé sensi-}

blement la même

perte

de chaleur pour les deux ^fils.

Voici,

par

exemple, quelques

^valeurs obtenues pour le

rapport

^{de la chaleur} enlevée par ^{l’air au fil} le

plus

^{fin à la chaleur enlevée au fil le}

plus

gros: ^.

Ainsi,

^au moins pour des .fils ^très fins et

placés

horizontale-

ment) le refroidissement par ^{l’air ne} serait _pas

proportionnel

^{à la}

surface,

^mais serait relativement

plus grand

pour les fils de

plus petit

^diamètre.

4°

Influence

^{de la nature} du gaz. - On ^a choisi

parmi

^les

gaz faciles ^à obtenir purs ^ceux

qui

dicteraient le

plus

par leurs

propriétés physiques :

^{l’acide sulfureux et}

l’hydrogène.

Les résultats obtenus avec l’acide sulfureux dans treize séries

d’observations, comprises

^{entre les}

pressions

^{300mm et}

0mm, 005,

sont aussi

réguliers qu’avec ^l’air,

^{et se}

présentent

^{avec les mêmes}

caractères

généraux.

L’hydrogène,

^au

contraire,

n’a donné de résultats

dignes

^{de con-}

fiance

qu’à

de basses

températures

^{ou bien sous de très faibles}

pressions :

^{les fils de}

platine

^ont paru, ^aux

températures

^{élevées ct}

sous les fortes

pressions, éprouver

^des variations anormales de résistance.

La

comparaison

^des

quantités

de chaleur enlevées dans les mêmes conditions à un même fil par les trois gaz étudiés ^a conduit à un

résultat inattendu : sous les

pressions ordinaires,

^le

pouvoir

^refroi-

dissant de l’acide sulfureux est exactement

égal

^{à la moitié du}

pouvoir

refroidissant de

l’air; mais,

au-dessous de Ilnnl ou 2mm, ^ce

pouvoir

refroidissant relatif augmente, ^{et on l’a trouvé}

égal

^à

0,94

sous une

pression

^de 0 ^{1" De}

même,

^le

pouvoir

refroidissant de

l’hydrogène, qui

^est

égal

^à

5, 5

^aux

pressions ordinaires,

^diminue

à

partir

^{de 5mm ou i}

pnl’ll’

^{il a} été trouvé

égal

^{a 1 , 02 sous la}

pression

de

0mm, 05.

Ce dernier résultat a été obtenu dans deux séries d’observations

pendant lesquelles

^{on a}

pris

^soin

d’analyser

^les

dernières

portions

de gaz enlevées du flacon par la trompe ^{à mer-}

cure ; ^on s’est assuré ainsi

qu’il

^{ne s’était}

produit

^{aucune rentrée}

d’air,

^ce

qui,

^{du reste, était} inadmissible avec un

appareil capable

de

garder plusieurs jours

^{un vide de}

quelques

^{millièmes de milli-}

mètre.

Sous les

pressions

^très

^faibles,

^le

pouvoir

refroidissant _{d’un gaz} serait donc

indépendant

^{de sa nature}

chimique.