Cloche - Bell jar
 Cloche du début du XXe siècle avec pompe à vide
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| Les usages | Enfermer des objets, contenant des gaz ou du vide |
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Une cloche est un bocal en verre , de forme similaire à une cloche (c'est-à-dire que dans sa forme la plus connue, elle est ouverte en bas, tandis que son haut et ses côtés sont d'une seule pièce) et peut être fabriqué à partir de divers matériaux. (allant du verre à différents types de métaux). Les cloches sont souvent utilisées dans les laboratoires pour former et contenir un vide . C'est un appareil scientifique commun utilisé dans les expériences. Les cloches ont une capacité limitée à créer des vides puissants ; des chambres à vide sont disponibles lorsque des performances supérieures sont nécessaires. Ils ont été utilisés pour démontrer l'effet du vide sur la propagation du son.
En plus de leurs applications scientifiques, les cloches peuvent également servir de vitrines ou de cache-poussière transparents. Dans ces situations, la cloche n'est généralement pas placée sous vide.
Vide
Une cloche à vide est placée sur une base qui est ventilée vers un raccord de tuyau, qui peut être connecté via un tuyau à une pompe à vide . Un vide est formé en pompant l'air hors de la cloche.
Le bord inférieur d'une cloche à vide forme un rebord de verre épais, poli au fond pour un meilleur contact. La base du pot est également lourde et aplatie. Un frottis de graisse sous vide est généralement appliqué entre eux. Comme le vide se forme à l'intérieur, il crée une force de compression considérable, il n'est donc pas nécessaire de serrer le joint. Pour cette raison, une cloche ne peut pas être utilisée pour contenir des pressions supérieures à la pression atmosphérique, seulement inférieures.
Les cloches sont généralement utilisées pour les démonstrations en classe ou par les amateurs, lorsque seul un vide de qualité relativement faible est requis. Les recherches de pointe effectuées sous ultravide nécessitent une chambre à vide plus sophistiquée . Cependant, plusieurs tests peuvent être effectués dans une chambre à cloche ayant une pompe efficace et un faible taux de fuite.
Certaines des premières expériences scientifiques utilisant une cloche pour fournir un vide ont été rapportées par Robert Boyle . Dans son livre, New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects, (Made, for the Most, in a New Pneumatical Engine), il a décrit 43 expériences distinctes, dont certaines ont été réalisées avec Robert Hooke , enquêtant sur l'effet de la réduction de la pression de l'air dans la cloche sur les objets contenus à l'intérieur.
Expériences de propagation du son
L'une des expériences les plus connues consistait à placer une cloche qui sonnait à l'intérieur du bocal et à observer qu'en pompant l'air, la sonnerie disparaissait. Cette expérience a démontré que la propagation du son est médiée par l'air, et qu'en l'absence du milieu aérien , les ondes sonores ne peuvent pas voyager. Cette expérience est souvent utilisée comme expérience scientifique en classe , où l'expérience est répétée avec un élément tel qu'un réveil placé sous une cloche, et le bruit du réveil s'estompant lorsque l'air est pompé étant utilisé pour démontrer l'effet . En plaçant en plus un microphone à l'intérieur de la cloche et en observant que le son détecté par le microphone diminue au fur et à mesure que l'air est pompé, l'effet d'absorbance du son par le verre de la jarre elle-même peut être exclu.
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Bougie dans une cloche d'expériences
Une autre expérience courante utilisant une cloche consiste à placer un pot sur une bougie allumée et à observer que la flamme s'éteint, démontrant que l' oxygène est nécessaire à la combustion . Une variante courante de cette expérience consiste à placer la bougie et la cloche au-dessus de l'eau et à observer que lorsque la bougie s'éteint, le niveau d'eau monte à l'intérieur de la cloche. L'explication de cette observation est que le chauffage de l'air à l'intérieur du pot par les bougies provoque son expansion, et lorsque la bougie a épuisé l'apport d'oxygène et s'éteint, l'air se refroidit et se contracte, entraînant l'aspiration de l'eau à remplir l'espace. Une idée fausse commune est que le niveau d'eau augmente pour remplacer l'oxygène consommé, mais puisque la réaction de combustion produit du dioxyde de carbone gazeux en tant que produit, cette explication n'est pas correcte.
Joseph Priestley a également utilisé une bougie et une plante de menthe placée sous une cloche dans une expérience rapportée dans Experiments and Observations on Different Kinds of Air pour démontrer l'effet de la photosynthèse . La bougie a d'abord été allumée, puis la cloche a été placée sur les deux objets, et une fois l'oxygène consommé par la bougie, la flamme s'est éteinte. Cependant, la bougie a pu être rallumée quelques jours plus tard, démontrant que la plante avait produit l'oxygène nécessaire.
Expériences physiologiques
Priestley a également mené des expériences en utilisant des plantes et une souris sous une cloche. Il a découvert que même si une souris maintenue seule dans une cloche mourrait finalement, lorsqu'une plante était également placée à l'intérieur du pot, la souris survivrait.
Boyle a également étudié l'effet de l'élimination de l'air dans des cloches contenant un certain nombre d'animaux différents, notamment des insectes, des souris, des oiseaux et des poissons, et a observé la façon dont ils réagissaient lorsque l'air était retiré. Dans "Expérience 40", de New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects, (Fabriqué, pour la plupart, dans un nouveau moteur pneumatique), il a testé la capacité des insectes à voler sous une pression d'air réduite. , tandis que dans "Expérience 41", il a démontré la dépendance des créatures vivantes à l'air pour leur survie.
La peinture à l'huile Une expérience sur un oiseau dans la pompe à air représente un philosophe naturel répétant une expérience similaire à celle de Boyle avec un oiseau à l'intérieur d'une cloche.
Des risques
Un vide produit une différence de pression d'une atmosphère, environ 14 psi, sur la surface du verre. L'énergie contenue dans une implosion est définie par la différence de pression et le volume évacué. Les volumes des flacons peuvent varier d'un ordre de grandeur entre les expériences. Chaque fois qu'ils travaillent avec des flacons d'un litre ou plus, les chimistes doivent envisager d'utiliser un écran de sécurité ou le châssis d'une hotte à flux pour les protéger des éclats de verre, en cas d'implosion. La verrerie peut également être enveloppée de spirales de ruban adhésif pour attraper les éclats, ou enveloppée de mailles palmées plus couramment observées sur les bouteilles de plongée .
Le verre sous vide devient plus sensible aux éclats et aux rayures sur sa surface, car ceux-ci forment des élévateurs de contrainte , il est donc préférable d'éviter le verre plus ancien si possible. Les impacts sur le verre et les contraintes induites thermiquement sont également des préoccupations sous vide. Les flacons à fond rond répartissent plus efficacement les contraintes sur leurs surfaces et sont donc plus sûrs lors du travail sous vide.
Décoratif ou conservateur
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Les cloches purement décoratives étaient couramment utilisées à l' époque victorienne pour exposer et servir de cache-poussière transparent et de vitrines pour une grande variété d'articles, notamment des horloges, la taxidermie , des coquillages, des fleurs et des fruits en cire. Les cloches décoratives étaient faites de verre mince, avec plus de soin quant à leur clarté optique, et elles n'avaient pas de rebord de base épaissi. Pour cette raison, ils ne conviennent pas à une utilisation sous vide et échoueraient généralement s'ils étaient pompés.
Des dômes de verre similaires ont été utilisés comme dômes à fromage ou cloches de jardin .
Dans la culture populaire
- " The Jar " (novembre 1944) est une nouvelle de Ray Bradbury , publiée dans Weird Fiction
- Under a Glass Bell (1944) est un recueil de nouvelles d' Anaïs Nin
- The Bell Jar (1963) est un roman à clef de Sylvia Plath , initialement publié sous le pseudonyme de "Victoria Lucas"