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Le calorimètre à combustions vives de Favre et Silbermann, dont la figure 25 représente une coupe, comprend deux parties : le calorimètre proprement dit et la chambre à combustion, dont les dispositions varient selon les substances à brûler. Le calorimètre est
Figure 25 (1).
formé de trois grands vases cylindriques et concentriques aa, DD, CC. La chambre à combustion est constituée par un quatrième vase intérieur A. Le vase calorimètrique proprement dit est aa; il est en cuivre, argenté et poli extérieurement. Sa capacité est d'environ 2 litres ; une lame de cuivre a'a', destinée à retenir quelques gouttes d'eau qui pourraient être projetées, est soudée circulairement à 12"" de son bord supérieur. Un couvercle qui s'engage par un rebord à frottement doux dans l’intérieur du vase 4a porte quatre tubulures, l'une pour le thermomètre, deux, opposées et latérales, pour les tiges d’un agitateur 7, la dernière, centrale,
(1) Piy.cmprunlée au Traité de Chimie générale de Schühzeuberger.
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pour les tubes qui partent de la chambre à combustion. Le vase DD est argenté intérieurement, l’espace qui le sépare du précédent est rempli par une peau de cygne munie de son duvet; trois supports boulonnés cc le fixent au fond du vase CC. Les bords du vase wa sont à 20°" au-dessous de ceux des vases DD et CC. L'espace qui sépare ces deux derniers est rempli d’eau à la température ambiante. Tout ce système repose sur un socle en bois, appuyé lui-même sur un plateau en métal muni de vis calantes.
La chambre à combustion A est en cuivre doré ou en platine; son couvercle est vissé, et porte trois montants qui servent à le suspendre au couvercle du calorimètre aa et permettent de l’enfoncer à diverses profondeurs. Les dispositions accessoires de la chambre à combustion sont nécessairement différentes, suivant l’état physique des corps à brûler et la facilité de la combustion ; un réflecteur M permet de suivre la marche de celle-ci, qui estentretenue par un courant d'oxygène. Le gaz arrive par deux tubes : l’un, communiquant avec le gazomètre, maintient la chambre pleine de gaz à la pression ordinaire; l’autre, terminé par un orifice étroit, fait office de soufflet. Les produits s'en vont par un serpentin ou se condensent dans un réservoir. Les liquides à brûler sont placés dans dés lampes à mèche d'amiante, et les solides dans des vases de forme particulière. Les gaz sont amenés par un tube spécial. Dans tous les cas le combustible est enflammé dans l'air, puis introduit rapidement dans la chambre, qu’on ferme aussitôt par un couvercle à vis. |
La mesure de la chaleur de combustion du charbon présente quelque difficultés. Car il se produit toujours un peu d'oxyde de carbone, et, en conséquence, il faut ajouter à la chaleur recueillie par le calorimètre celle qui résulterait de la combustion de cet oxyde de car-
ET bone, Une analyse des produits de la combustion est donc nécessaire,
Phénomènes thermiques par voie lhuinide, — On peut les observer :
1° Entre liquides : dans la combinaison d'un acide avec une base en dissolution (chaleur de neutralisation); dans le mélange de liquides indifférents (chaleur de diffusion) ; dans la dilution par l'eau de dissolutions d'acides, de bases ou de sels (chaleur de dilution), ete. ;
2 Entre solides et liquides : dans la dissolution d’oxydes, d'acides, de sels dans l’eau (chaleur de dissolution) ; dans la précipitation d’un oxyde ou d’un métal par un autre oxyde ou un autre métal (chaleur de substitution), etc. ;
3° Entre gaz et liquides : dans l'absorption des gaz par les liquides (ehaleur d'absorption) ; dans le dégagement de gaz par réaction entre deux liquides, etc. ;
4° Entre solides, liquides et gaz : dans le dégagement de gaz qui résulte de l’action d’un acide sur un carbonate, le dégagement d'hydrogène par l’action de l'acide sulfurique étendu sur le zinc, etc.
Les phénomènes thermiques de ce genre ont été surtout étudiés, d'abord par Favre et Silbermann (1), puis par Thomsen, à Copenhague, et enfin par Berthelot.
Favre et Silbermann se sont servis de leur calorimètre à mercure ; mais le calorimètre à eau est préférable.
Thomsen se sert, pour mélanger les liquides, de deux vases en platines à parois minces, placés l’un au-dessus de l’autre et réunis par un tube à robinet : le vase inférieur sert de calorimètre.
M. Berthelot, à qui on doit les études les plus étendues sur les quantités de chaleur dégagées ou consom-
(1) Ann, Chim.-Phys., 8° série, t, XXXVI, p. 37.
mées dans les réactions chimiques, fait usage, pour les produire, de petits flacons de platine minces, de cylindres du même métal, qui peuvent être eux-mêmes munis de tubes à dégagement. 11 opère avec son calorimètre.
Sous le nom de petit laboratoire, M. Berthelot emploie l'appareil (fig. 26) pour faire réagir des gaz ou desliqui-
ee 7 Figure 26 (1).
des volatils, écouler au dehors les gaz produits, etc. Les dimensions de cet appareil permettent de le placer au centre d’un calorimètre cylindrique de 600 cc., plein d’eau. Il est formé de trois parties : un laboratoire, de 50 cc. environ ; un serpentin ss; un récipient R avec son tube à dégagement gazeux. Fa tout est entouré par le calorimètre v», muni de l’agiteur cc et du thermomètre.
Le calorimètre à glace de Bunsen paraît assez bien bien disposé pour étudier les phénomènes thermiques par voie humide. à
(1) Figure empruntée au Traité de chimie générale de Schutzenberger.
& IV. — CHALEUR RÉSULTANT DE LA TRANSFORMATION D’AUTRES FORMES DE L'ÉNERGIE.
Le calorimètre est applicable à la mesure de la chaleur qui résulte de la transformation de n'importe quelle forme de l'énergie.
Sans nous étendre longuement sur ce sujet, nous dirons que Joule a fait usage du calorimètre à eau pour
établir la loi qui porte son nom et que Favre s’est servi :
de son calorimètre à mercure pour montrer que la loi de Joule s'applique aux éléments de piles eux-mêmes. Joule faisait passer le courant d’abord à travers une boussole des tangentes, ensuite dans une spirale de résistance connue et qui plongeait dans un calorimètre à eau ; la température qu’elle communiquait à cette eau permettait de calculer la chaleur développée dans la spirale.
Favre disposait dans un moufle de son calorimètre une petite pile de Smée, dans un deuxième moufle, en même temps ou séparément, une résistance connue, et il mesurait ainsi la somme des chaleurs ou chacune isolément.
Nous terminerons en nous arrêtant un instant sur le thermomètre de Riess et sur la mesure de la chaleur solaire.
Le thermomètre de Riess est une sorte de gros thermomètre hair (fig. 27), dont le réservoir esttraversé parun fil de platine s enroulé en spirale et terminé à deux bornes À et B, qui peuvent être mises en communication par des fils métalliques avec les deux armatures d’une oatterie. Un bouchon métallique c permet de fermer ou de mettre le réservoir en communication avec l’atmosphère. L'appareil peut recevoir une inclinaison et par suite une sensibilité variable.
Si l’on fait passer la décharge dans Le fil, air intérieur s'échauffe, sa pression augmente, et le liquide estrefoulé dans le tube; ilest facile de trouver la relation qui lie ce déplacement à la quantité de chaleur dégagée.
Figure 27.
Mesure de la chaleur solaire. — T'énergie cosmique nous arrive sous forme d'énergie radiante. Elle est la source de tout mouvement à la surface de notre globe. Les physiciens ont employé deux méthodes pour l’évaluer sous forme de chaleur. Dans chacune d'elles, on expose à laradiation solaire un corps de chaleur spécifique connue ; mais dans un cas (méthode dynamique ou du pyrhéliométre), on mesure la vitesse d’échautffement; dans l’autre cas (méthode statique ou actinométrique), on mesure l'excès final de température du corps sur le milieu ambiant.
La méthode dynamique a été préconisée par Pouillet (1). Son pyrhéliomètre est un vase cylindrique plat, dont la base antérieure de surface s est couverte de noir de fumée, tandis que les autres faces sont argentées et
(1) Compt. rend., t. VII.
polies. Il est rempli d’eau distillée et constitue un calorimètre de valeur #». Il reçoit le réservoir d’un thermomètre, ettout le système est mobile autour d’un axe perpendiculaire à la face exposée au soleil. Soit f l’accroissement de température éprouvé par l’appareil au bout de cinq minutes d'exposition au soleil. La chaleur absorbée sera
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pendant une minute et sur un centimètre carré.
- En realité, le noïirde fumée ne possède pas un pouvoir absorbant absolu, et l'agitation est insuffisante pour uniformiser la tempéreture dans toute la masse de l’eau.
La méthode statique a été imaginée par de Saussure, qui, cherchant à comparer l'intensité de la radiation solaire au sommet des montagnes et dans les vallées, eut l’idée de soustraire au refroidissement par l’air un thermomètre, exposé ausoleil,en l’enfermant daus une boîte de liège enduite de noir de fumée et recouverte par une lame de verre blanc.
Sous le nom d’actinomètre, l'appareil de de Saussure a été perfectionné par divers physiciens, entre autres par M. Crova (1) et par M. Violle (2).
M. Violle représente la quantité de chaleur reçue à la surface de la terre par la formule
CRT FRET ie
a et 4 étant des constantes, H, Z, 2, /, e désignantla pression barométrique, la hauteur de la couche d'air à partir de la quelle il n’y à plus de vapeur sensible, la hauteur
(1, Compt. rend. de l'Acad, des Se, t. LXXXI, p. 1205 (2) Ann. Chim.-Phys., 5° série, t, X, p. 289,
du lieu d'observation, la tension moyenne de la vapeur d’eau entre Z et z, et enfin l'épaisseur atmosphérique en fonction de l'épaisseur au zénith prise pour unité.
