I. — THERMOMÈTRE A AIR

Commethermomètre à air, on peut, a priori, employer tous les appareils qui ont servi aux physiciens pour mesurer la dilatation des gaz, les porter à zéro et à la température + que l'on veut déterminer, mesurer la pression et le volume du gaz dans les deux cas, écrire la relation entre les divers éléments de l’expérience et résoudre la formule par rapport à x.

Pour définir la température, on a préféré la considération des variations de pression à la considération des variations de volume. C’est qu'un thermomètre fondé sur la dilatation des gaz à pression constante présenterait une sensibilité variable, la masse gazeuse qui reste dans le réservoir et celle qu’un accroissement de température donné en fait sortir, diminuant à mesure que la température s'élève.

Soient:

V,, le volume du réservoir à zéro,

v, le volume du tube capillaire (espace nuisible),

H,, la pression du gaz à zéro,

H,, la pression du gaz à la température x à mesurer,

«, le coefficient de dilatation du gaz (0,003668),

y, le coefficient de dilatation du verre (en moyenne 0,000025).

"6, la température ambiante supposée celle de l’espace

nuisible.

LM) Le volume total de l'air à la température de 0° et à la pression de 77,, est:

Ÿ dci ARE (1) A la température x, le gaz acquiert la pression H, et le volume:

Ve +2) +0 (2)

Le volume (2) étant ramené au volume (1) à la température +, la tension devient:

Ho (t + ax) et l’on a:

t + ab 1 + aô d'où :

He —H (: T7) a +) ATV 9 à ; (2) œ — vH, —(H> — EN | a, — 7 ( H,) V,1+a

Mettant («x H,—yH.,) en facteur commun au dénominateur, remarquant que y H, est négligeable en pré- (24 fraction très petite, on arrive à la formule simplifiée :

: V sence de aH,, (y — environ) et que T n’estqu’une

Hz — H, v 1 ab L = — a — |.

ic V, 1 + a ni) Quant la température à mesurer ne dépasse pas 60°, on néglige généralement la correction due à l’espace nuisible et on se contente de la formule approchée:

He = In LE mnt , aH, — YH>

Æs ADS

Pour les besoins de la pratique, on à donné au thermomètre hair diverses formes. Toutes présentent essentiellement un réservoir, un tube capillaire et un manomètre.

Le réservoir est généralement en verre, excepté pour les hautes températures où, le verre se ramollissant on lui substitue la porcelaine (1). Sa forme est, suivant les circonstances, celle d'un ballon ou celle d’un tube allongé, Son volume à zéro et son coefficient de dilatation doivent dans tous les cas avoir été préalablement déterminés.

Le tube capillaire est quelquefsis un simple tube de verre soudé d’une part au réservoir et de l’autre à la petite branche du manomètre. D'autres fois la jointure avec le manomètre se fait, soit par un tube à trois branches, soit au moyen de montures métalliques avec robinet, pièces coniques et collier à gorge. Enfin, lorsqu'on a intérêt à éloigner le manomètre, on emploie des tubes capillaires en cuivre ou en argent, sans soudure, d'environ 1/4 de millimètre de diamètre intérieur, &e 4 millimètre de diamètre extérieur et de telle longueur qu'on désire.

On mesure une fois pour toutes la capacité de l’espace nuisible entre deux repères marqués, l’un à l'extrédu réservoir, l’autre au sommet de la courte branche du manomètre,

Le manomètre est la pièce qui présente le plus de diversité relativement à sa disposition, à la manière

.. (4) Piinsep (1827) employait des réservoirs en or, et Pouillet (1836) des réservoirs en platine. Depuis, H. Sainte-Claire-Deville et Troost ont montré qu'à une très haute température le platine devient per

méable aux gaz. Ces deux savants ont employé la vapeur d’iode, qui est très dense, comime substance thermométrique pour les hautes tempéra= tures, et opéré 1par pesées (Ann.Chim. Phys., 3e série, t. LVIII, p. 263).

dont le mercure est introduit et à la méthode employée pour mesurer la différence des hauteurs,

Dans les appareils de Rudberg (1), de Magnus (2), etc, les deux branches du manomètre sont flxées au couvercle d’une cuvette à fond mobile, comme celle du baromètre de Fortin. La vis du fond agissant sur un sac de cuir doublé intérieurement de caoutchouc permet d'affleurer le mercure au repère du sommet de la courte branche.

Dans les appareils de Rudberg et de Magnus, le sac de cuir ne pouvait pas contenir une grande masse de mercure; aussi fallait-il employer des tubes étroits, où il était impossible d'éviter des irrégularités dues aux phénomènes capillaires. D'ailleurs pour les hautes températures les appareils ne tenaient pas la pression.

Regnault fit d'abord usage d’un appareil de ce genre où le déplacement du mercure dépendait de celui d’un piston en acier, mobile au moyen d'une vis. Une vis plus petite, mobile dans l’intérieur du piston, permettait la mise au point.

Mais Regnault ne tarda pas à abandonner cette disposition et à la remplacer par le manomètre qui porte son nom et que tout le monde connaît (fig. 1). Les différences de niveau se lisent au cathétomètre. Recknagel dans ses recherches sur la comparaison des thermomètres à air et à mercure (3), a fait usage d’un appareil perfectionné, construit par Jolly sur le type de ceux de Rudberg et de Magnus. La cuvette du manomètre communiquait, par l'intermédiaire d’un tube à robinet, avec une sorte de corps de pompe contenant du mercure mis en mouvement par un piston à vis. Le repère était constitué par une petite tige de verre coloré, Pogg. Ann., Bd XLIV, S. 119.

Pogg. Ann., Bd LV,S, 1.

(1) (2) /3) Pogg. Ann., Bd CXXIII, S. 155.

soudée intérieurement au sommet de la courte branche du manomètre. Une règle graduée, terminée en pointe, actionnée par un mouvement micrométrique, se déplaçait, devant un index, dans l’intérieur de la grande branche et donnait directement la différence de hauteur des colonnes mercurielles.

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Quint

| il À MARICRAË LT

pt G . | | ll mi | Si — Figure 1.

Jolly réunit simplement les deux branches du manomètre par un long tube en caoutchouc verni intérieurement. Une colonne reposant sur trois vis calantes, supporte le système; des chariots à vis permettent de déplacer les tubes de verre et de les fixer à hauteur voulue. Ces déplacements permettent de faire affleurer le mercure. Une graduation tracée sur une longue lame de verre permet de lire la différence des niveaux.

L'appareil de Jolly a été perfectionné sur les indications de Pfaundler (1).

(1) Lehrbuch der Physik, Bd Il, 2e Abtheil., S, 119.

Weïinhold l’a encore modifié en fermant la branche libre et y faisant le vide, disposition dont le principal avantage est de dispenser de l'observation du baromètre.

Thermomètres différentiels.

Le thermomètre à air se prête aisément à la mesure de très faibles différences de température. On connaît les thermomètres différentiels de Leslie et de Rumford, destinés l’un et l’autre à mesurer la différence de température de deux boules réunies par un tube en siphon. L'appareil de Leslie (fig. 2) repose surtout sur des va-

riations de pression, et celui de Rumford (fig. 3)sur des variations de volume. Médiocres comme thermomètres, ils constituent, celui de Rumford surtout, des thermoscopes sensibles, d'autant plus qu’au lieu de mercure, on emploie un liquide beaucoup plus léger (acide sulfurique concentré, coloré avec du carmin).

(4) Ueber die Messung hoher Temperaturen, Programm der Chemnitzer

gewerbeschule, 1873.

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Pfaundler (1) a fait une étude spéciale du thermomètre différentiel. La figure 4 représente l’une des nom-

1) il (l

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La —— —

Figure 3.

breuses modifications qu’il en a décrites. Le réservoir

Figure 4.

thermométrique est relié à un réservoir fermé, partiellement rempli de mercure, par un tube capillaire qui vient s'ouvrir dans le liquide. La graduation est obtenue de la façon suivante : on entoure de glace fondante le réservoir à mercure, on porte le réservoir thermométrique un peu audessus de la température maxima que l'instrument devra mesurer; on entoure alors de glace fondante le réservoir à air et on marque zéro au point ou le niveau de mercure s’arrête dans le tube capillaire ; aussitôt après, on procède de la même façon à la détermination du point d’ébulition

de l’eau ; on divise l'intervalle en 100 parties équidi-

(1) Wienu. Acad, Ber., Bd LXXII, 1875. Ù

stantes et on prolonge la graduation. Si l’on a donné aux deux réservoirs à air et à mercure une grandeur convenable l'instrument comporte, pour les hautes températures surtout, une exactitude plus grande que le thermomètre à mercure. L’échelle une fois construite est d’ailleurs définitive, de sorte que l’usage de l’ap= pareil ne présente aucune incommodité. On atteint une exactitude plus grande encore en déterminant empiriquement les points de l’échelle qui correspondent aux températures d'ébullition du mercure et du soufre (1).

M. Berthelot (2) a fait usage d’un appareil analogue, mais où le récipient à glace fait défaut, tandis que le réservoir à mercure s'ouvre dans l'air, ce qui rend la position de l’échelle dépendante de la pression atmosphérique. De là l’inconvénient, lorsqu'on veut se servir de l'instrument, de déterminer denouveau l’un des points fixes, le zéro ou le point de 100 par exemple, et de déplacer la règle graduéele long de la tige jusqu’à ce que le point fixe, inscrit sur la règle, réponde à la situation présente de la colonne mercurielle.

Figure 5.

(1) Le soufre bout, d’après Weinhold, à 4480,4 sous la pression de 760%m,9, et sa température d’ébullition s'élève de 0°,081 quand la pression croît de 4 millimètre. À

(2) Ann. Chim.-Phys., 4° série, 1868, t. XIII, p. 144;

Essai de Méc. Chim., t. I, p. 300,

(3) Loc. cit,

Pfaundler (3) a décrit sous le nom de double thermomètre à air un appareil dont la figure 5 indique la disposition essentielle. Les deux réservoirs thermométriques sont exposés à la température à mesurer; ils contiennent de l’air à une pression inégale ; la différence de pression est mesurée par la différence de hauteur des deux colonnes mercurielles. Or, comme les pressions sont proportionnelles aux températures absolues, il doit en être de même de leur différence. On conçoit donc que l’on puisse adapter à l'instrument une échelle définitive, en déterminant expérimentalement des points de repère, tels que : 0° et 100°.

Comparaison des thermomètres à gaz.

On doit à Regnault des expériences nombreuses sur la comparaison des thermomètres à gaz. Regnault à étudié tour à tour l'influence de la pression, de la nature du gaz et de la matière du réservoir (1). La conclusion de ses recherches est que le thermomètre à air peut être considéré comme un instrument parfaitement comparable, car en faisant varier successivement les éléments dont onle compose, on ne cesse pas d'obtenir les mêmes valeurs de la température dans des enceintes également chauffées. Mais à côté du précieux avantage d'indiquer une température parfaitement définie et qui mesure la chaleur qu'il absorbe, depuis zéro jusqu’à cette température, il a, en général, le grand inconvénient d'exiger, pour chaque détermination, une expérience complète et délicate. Aussi lui substitue-t-on, dans

(1) La dilatation du verre est environ 146 fois inférieure à celle de l'air; on conçoit donc qu'elle n’exerce sur les indications du thermomètre qu'une influence inférieure aux erreurs inévitables des expériences.

les cas ordinaires, d’autres thermomètres, et principalement le thermomètre à mercure, qui se prête infiniment mieux aux besoins de la pratique courante.