PUR

8 ALEXANDRE SANIELEVICI

de longueur, Le compartiment avant est destiné à abriter le galvanomètre et ses accessoires. La paroi antérieure de cette « chambre galvanométrique » est formée par un volet mobile qui porte, à la hauteur nécessaire, une fenêtre pour le passage du spot lumineux renvoyé par le miroir du galvanomètre. La fenêtre est garnie d’une plaque de verre à faces rigoureusement parallèles. La paroi postérieure de la chambre est constituée simplement par le côté de la cuve portant la tubulure. De la sorte, la température régnant dans la chambre galvanométrique est celle même du bain.

La caisse est tapissée intérieurement de feutre et de plaques de liège, qui la recouvrent également à l’intérieur.

c) Les couples thermoélectriques sont formés de fils de cuivre et de constantan, de 0,2 mm. de diamètre, isolés sous une couche de soie. I] n’est pas indispensable que les deux métaux soient soudés (à l’étain ; la soudure autogène réussit mal et les métaux sont oxydés) ; une épissure serrée suffit. Mais pour fixer le couple sur le corps C, le contact le plus intime étant nécessaire, on fera une soudure à l’étain chaque fois que cela sera possible.

La force électromotrice du couple Cu-Const. est égale à 41,0-10— volts pour une différence de température entre les soudures de 1.10% degrés centigrades. Elle est considérablement plus élevée que pour les autres couples usuels, sauf Fe-Const.

Il faut noter que si dans un circuit monométallique fermé on change en un point la structure interne du métal et si l’on modifie la température de ce point par rapport au reste du cireuit, on obtient un courant thermo-électrique. On peut donc dire que dans un circuit métallique fermé, même s’il est formé par un seul métal, naîtront toujours des forces thermoélectriques, si le circuit n’est pas à la même température. C’est ce qui rend indispensable de placer l’ensemble du circuit thermoélectrique — couples, commutateur, galvanomètre — à la température T4, de façon que seule la différence T: — T; puisse donner naissance à des forces thermoélectriques. |

Le commutateur 1 (fig. 3) permet d’inverser le branchement des thermocouples sur le galvanomètre, aux fins de contrôle.

d) Le galvanomètre utilisé par nous était un Zernike à cadre mobile, de la maison P. J. Kipr et fils, de Delft (Hollande). On règle le champ magnétique de façon que les oscillations du cadre soient apériodiques au régime critique. La résistance intérieure est de 20 ohms. Le galvanomètre est shunté par une résistance de 280 ohms; la résistance du circuit extérieur est de 250 ohms. La sensibilité de l'appareil est caractérisée par une déviation de 1 mm. à la distance de 1 m. pour une différence de potentiel de 3,6-10-4 volts aux bornes. Dans ces conditions, une différence de température entre les soudures d’un couple Cu-Const. égale à 0,002 degré centigrade produit une déviation de 1 mm. A Un :

e) Le thermomètre. — Pour les mesures de AT, on pourrait évidemment utiliser un thermomètre à gaz ou des couples thermoélectriques étalonnés. L'emploi de thermomètres à mercure est cependant toujours plus commode, et l’existence d'instruments comme les ultra-thermomètres BECKMANN (1°) permet des

mesures d’une grande précision. Nous avons utilisé deux de ces thermomètres (de la Maison Dr. Sreserr et Kuux, Kassel, Allemagne). Ils sont réglables pour des températures comprises entre a et a + 1 degré, depuis — 10 jusqu’à + 120 degrés. L’échelle thermométrique est graduée en millième de degré, et l’on peut lire à l’aide d’une loupe le dixième de division. Ils sont étalonnés par la P.T. R. de Berlin, ce qui permet d'apporter toutes les corrections nécessaires aux lectures de AT. La précision de ces lectures est de l’ordre de 2.104 degrés.

L’instrument plonge dans le bain sur une longueur de 20 cm. depuis son extrémité inférieure, et se trouve placé près de l’enceinte. Il est fixé sur une règle de métal qui sert en même temps de support à un vibreur électromagnétique dont le marteau vient frapper l’armature métallique supérieure du thermomètre. Il est nécessaire de faire fonctionner ce dispositif pendant 20 à 30 sec. avant chaque lecture, pour éviter que l’adhérence au capillaire ne maintienne le mercure dans une position de faux équilibre.

f) La marche adiabatique des expériences est assurée par un dispositif simple. Une bouilloire électrique, placée sur une tablette fixée au mur à 2 m. au-dessus de la table de travail, contient de l’eau portée presque à ébullition. Un tube de caoutchouc amène l’eau à un robinet placé sur cette table à portée de la main de l’opérateur. Un second tube conduit l’eau dans la cuve, où il débouche tout près du fond. On peut régler l’apport d’eau chaude de façon à assurer un échauffement régulier depuis zéro jusqu’à quelques degrés par heure. On maintient constant le niveau de l’eau dans la cuve à l’aide d’un trop-plein.

g) L’homogénéité de la température du bain est assurée par un système de barbottage d’air comprimé : un serpentin plat en plomb, perforé de trous latéraux, repose sur le fond de la cuve. Les bulles d'air montant vers la surface produisent un brassage continu d’une efficacité suffisante. Des expériences préliminaires nous ont montré qu'après introduction de 10 cm d’eau à 90 degrés dans les 25 litres d’eau du bain, légalisation de la température se fait en moins de 10 sec.

La caisse calorifugée contenant l’ensemble des appareils repose sur une tablette fixée à une colonne mécaniquement isolée, afin d’éviter les trépidations à l'équipage mobile du galvanomètre. Le montage est installé dans un sous-sol, dont la température ne subit pas de variations brusques. Cela s’est montré suffisant pour assurer, avec la protection thermique décrite, la constance de Ta au cours de mesures de plusieurs heures.

$ 3. Sensibilité. Précision. Corrections. — On peut définir la sensibilité de notre dispositif de mesure par la déviation du spot que produit l'unité de différence de température. Nous avons vu ($ 1) que la sensibilité du calorimètre est proportionnelle à celle du galvanomètre, et inversement proportionnelle à la capacité calorifique du corps C.

La précision des mesures dépend de la somme des erreurs accidentelles commises dans la détermination de la capacité calorifique K du corps C, et de l’accroissement de température AT.

10 ALEXANDRE SANIELEVICI

On a K = p:c, où p est le poids en grammes du corps €, cest la chaleur spécifique de la matière qui constitue le corps.

Les erreurs sur p sont toujours négligeables ; pour des poids de l’ordre

du gramme, l’approximation est en effet de l’ordre de 0,02 %. En employant, pour la confection du corps CG, des métaux purs ou de composition connue,

l'approximation sur c varie entre 0,2 et 0,5 %. On voit que Papproximation

sur K est pratiquement celle sur c.

Voici quelques métaux utilisés par nous, avec les chaleurs spécifiques respectives : | |

chal. spécif.

Métal Impuretés Fabrication c cal.-gr. Approx. ATUMINUMEN ERA mere 0,21% Fe,0,10% Si] Tréf. du Havre 0,2080 à 18° + 0,2 % Cuivre 2.2.0 SUITE TE LS 00e — 0,094% » 0É3 1% Laiton (60 % Cu, 40 % Zn) — 0,0930 »- 0,3 % APRES EEE er ON EE Lure << 0,1°/00 PD Marrest, Bonin

à : & C0, Paris 0,0554 » 0,597 ANNE PP ES CE one — — 0,1064 » DRE POP: AO S ATEN <T 19/0 Ag Merck 0,0308 » (EMA | ART AE SN AE È — Caplan, Paris 0,0312 » DAS

Les capacités calorifiques calculées à partir du poids et de la chaleur spéeifique peuvent être contrôlées à l’aide d’un effet JouLe connu.

Il y a lieu de tenir compte, dans le calcul de la capacité calorifique du corps C,

de certaines corrections additionnelles :

a) capacité calorifique À, de la source de chaleur.

b) capacité calorifique k, de l’air contenu dans le corps C.

c) k,, correction relative à la chaleur perdue par le corps C pour chauffer l'air (ou le gaz) contenu dans l’enceinte à la température Te — Ta.

Cette correction peut être calculée de la façon suivante (°°) :

Soit », le volume, & la chaleur spécifique à volume constant, d la densité de l’air contenu dans l’enceinte. Sa température s'élève avec la même vitesse que pour le système (A, C). La chaleur absorbée sera donc : Ag — v-&-d-AT, et cette quantité est fournie par le corps C et par l’enceinte A dans le rapport

des surfaces respectives. La fraction fournie par le corps sera : f — Ag: ne où s et S sont les surfaces en présence de C et de l’enceinte. On posera donc : RE V-Co-d-s SRE UT TE

d) capacité calorifique 4, relative aux couples thermoélectriques. On peut admettre que la moitié de la chaleur absorbée par les couples est fournie par le

corps G ; compte tenu de la nature des couples et de leurs dimensions, la valeur

de k, est 0,004 cal.-gr., pour deux couples.

On aura en définitive :

Koorrige — K + k, où = ki +R + hs + ke

Il n’y a évidemment lieu de tenir compte de ces corrections que si Èk est supérieur à l'erreur sur K.

Un nombre quelconque de mesures rigoureusement adiabatiques d’un même effet thermique fournirait pour AT des valeurs concordantes à l'erreur de lecture près. Dans la pratique, on observe des écarts beaucoup plus grands que 2-10 degré ; ces écarts sont dus au fait qu’il est impossible d'éviter, au cours d’une expérience de longue durée, des déviations accidentelles du spot galvanomé- trique. Pour qu’une mesure puisse être considérée comme correcte au point de vue de l’adiabacité, l'expérience montre qu’elle devra satisfaire à deux conditions : 1° que les déviations du spot ne dépassent pas, dans un sens ou dans l’autre, 1 mn. de l’échelle placée à 1 m. du galvanomètre ; 20 que la durée des déviations dans un sens soit sensiblement égale à celle dans l’autre sens et que la durée totale pendant laquelle le spot se trouvait dévié ne dépasse pas un dixième du temps de l'expérience.

$ 4. Marche d’une expérience. — a) Essai préliminaire. On s’assure que, pour le corps C et pour les couples utilisés, la condition Ag = 0, AT — 0 est satisfaite. Cet essai correspond en quelque sorte à la mesure du mouvement propre d’une chambre d’ionisation. b) Essai principal. On introduit la source de chaleur dans le corps C et l’on établit l'équilibre des températures Ta et Te. Cette mise en équilibre thermique se fait en chauffant ou refroidissant le bain jusqu’à ce que le spot revienne et demeure au zéro ; elle peut être réalisée très rapidement (5 à 10 min.), de sorte qu’il est possible de commencer les mesures moins d’une demi-heure après l'introduction de la source dans le corps C. C’est là un avantage précieux lorsqu'il s’agit de substances radioactives à décroissance rapide.

A partir du moment où le spot se trouve en équilibre sur sa position zéro, on pratique les lectures de température, à intervalles de temps dont la grandeur dépendra de l'intensité du débit thermique. Les accroissements de température devront être proportionnels aux temps. En renversant le sens de branchement des couples aux bornes du galvanomètre on devra trouver des accroissements égaux pour des intervalles de temps égaux.

Pour fixer les idées, nous allons donner deux exemples de mesures calorimétriques adiabatiques, l’une concernant un effet thermique constant (débit de chaleur d’un sel de radium), l’autre concernant un effet thermique variable avec le temps (débit de chaleur d’une ampoule de radon).

$ 5. Exemples de mesures au microcalorimètre adiabatique. — a) Effet thermique du rayonnement du radium en équilibre radioactif avec ses dérivés.

Source : ampoule de verre contenant 2,17 mgr. Ra élément, dans 31,0 mgr. chlorure de baryum radifère. Le Ra est en équilibre radioactif avec ses produits de désintégration jusqu’à RaC, C’. Il contient en outre du Po (RaF) accumulé par l'intermédiaire de RaD-RaË depuis fin novembre 1929, date de la dernière purification du sel.

Corps C : petit cylindre creux en Ag pur, fermé aux deux extrémités.

12 ALEXANDRE SANIELEVICI

Dimensions : hauteur : 26 mm. ; diamètre ext. : 20 mm. ; épaisseur de la paroi :

2 mm. Poids : p — 30,991, gr. Capacité calorifique K = 2,2 cal.-gr. (+ 0,5 %).

Les calculs donnent 24 — 0,010 cal.-g. = 0,45 % K, donc négligeable. Mesures de AT. — Le tableau I donne les résultats des mesures de AT.