SCHE DU

mm

MËNISQU

mm 0,9

mm 1,0

mm 0,4

mm 0,5

mm 0,6

mm

L'usage de ces Tables est assez limité aujourd'hui, parce que les constructeurs donnent toujours pour les instruments de précision un bulletin de comparaison avec un étalon sûr. La correction constante qu'ils indiquent peut provenir de causes multiples : on la fait subir à toutes les observations, et l'on ne tient plus compte de l'erreur due à la capillarité, parce

2^ GHÀP. II. — OBSERYÀTIONS FONDAMENTALES.

qu'elle est comprise parmi les autres. Le baromètre de mon laboratoire, par exemple, doit subir une correction égale à

Mais les risques d'un voyage sont fort grand s et l'on a toujours à craindre qu'une très petite quantité d'air ou d'humidité ne se soit introduite dans le baromètre.

Arago a indiqué (^) une méthode de vérification très simple : elle consiste à verser dans la cuvette ou à en retirer une certaine quantité de mercure, de manière à faire varier, entre de grandes limites, la capacité de la chambre barométrique; si le baromètre est en bon état, la hauteur doit rester la même ; elle varierait, au contraire, si peu que la chambre renfermât d'air ou de vapeur d'eau.

Pour certaines expériences très précises, qui nécessitent la connaissance de la pression absolue dé l'atmosphère ou d'un gaz, il convient de faire une dernière correction relative à la variation de l'intensité de la pesanteur avec la latitude et l'altitude. On est convenu de prendre pour pression normale celle qui serait mesurée par une hauteur mercurielle de 0^,760, à la latitude de 4^** et au niveau de la mer. Pour éliminer l'influence de la position particulièi'e du baromètre qui a servi à

relever la pression, on doit multiplier 760 par le rapport -^j

en désignant par G l'intensité de la pesanteur dans le lieu de l'expérience et par G45 l'intensité à 14 latitude de 45** et au niveau de la mer. Or on a

Gv.. I

G I — 0,0026 ces 2 cp — 0,0000002 H

cp est la latitude du lieu, H sa hauteur : ces données se trouvent à la page 38 1 de V Annuaire du Bureau des Longitudes, pour toutes les villes de France de plus de loooo habitants.

Description.

Le baromètre de Fortin suffit à tous les besoins de la science.

(*) jiimales de Chimie et de Physique, 2* série, t. XXX HI, p. SgS; 1826.

v M. — BAROxSTeu;. aô

FLes deux pièces principales, la cuvelte el le luhe avec son curseur a crémaillère, sont représcnlées dans les /z^. 6 et 7 ; les détails en sonl connus.

'le lube rie lailon porle une graduation dont le zéro corres- Bd a l'extrémilé de la pointe d'ivoire, au niveau constantdu îrcure; le curseur à vernier D, que l'on fait mouvoir par un

20 CHàP. h. — OBSERVATIONS FONDAMENTALES.

pignon, permet de suivre tous les mouvements du mercure et d'apprécier le ^V ^^ millimètre.

Il est essentiel que Taxe de Tinstrument soit vertical, sinon les lectures seraient erronées : on le suspend à une potence et son extrémité inférieure est enserrée dans un anneau à trois vis qui maintient la cuvette dans la position qu'elle a librement choisie.

Le baromètre doit être placé au grand jour, dans une chambre sans feu et à Tabri des rayons du soleil (*). On facilite l'observation en plaçant une feuille de papier blanc en arrière du baromètre, à» la hauteur de la fente supérieure et de la cuvette.

Il est prudent de vérifier les indications du thermomètre fixé sur l'instrument. On fera bien aussi de mesurer de temps en temps la distance qui sépare l'extrémité A de la pointe dlvoire à un point quelconque de la graduation, au 760° millimètre, par exemple, car un dérangement peut se produire dans la monture, et il importe d'en être prévenu et de le corriger.

Manuel opératoire.

lO On donne, avec le doigt, quelques petits chocs au baromètre, pour que le mercure puisse surmonter les frottements qu'il rencontre dans le tube et que le ménisque supérieur prenne sa valeur normale.

2° On lit la température.

3^ On fait affleurer la surface du mercure de la cuvette à Textrémité delà pointe d'ivoire, en agissant sur la vis du fond, très lentement, jusqu'à ce que le contact paraisse obtenu. Le mercure est-il trop haut, les objets rectilignes réfléchis à sa surface sont déformés dans le voisinage de la pointe ; le mercure est-il trop bas, au contraire, on aperçoit un vide entre la pointe et son image. Il convient de se tourner vers la lumière après avoir amené l'œil au niveau du mercure. M. Marié-Davy

(^) Pour réduire au minimum l'action du vent, on dispose le baromètre dans une pièce dont les ouvertures sont symétriques par rapport aux difTérentes directions des courants {Journal de Physique, février 1882, p. 66).

V® M. — BÀROMÉTRI£. 27

conseille de tracer une ligne droite verticale sur le papier blanc qu'on a placé en arrière de la cuvette.

La surface du mercure peut manquer de netteté par suite d'une légère oxydation du métal : Taffleurement est dès lors plus difficile à régler et il faut redoubler d'attention.

4** Pour mesurer la hauteur du mercure, il reste à faire glisser le curseur jusqu'à ce que le plan horizontal mené par le zéro du vernier soit tangent au ménisque, c'est-à-dire jusqu'à ce que l'œil placé dans le plan des bords antérieur et postérieur du vernier cesse de voir le jour entre ces bords et le sommet de la surface terminale : le moindre mouvement ascensionnel doit faire reparaître un trait continu de lumière. On peut saisir de la sorte une différence de yô de millimètre : le vernier permet de la mesurer, en notant la position de son zéro sur la graduation du tube et la concordance d'une de ses divisions avec un trait de l'échelle.

Nous avons vu qu'on peut avoir à déterminer la flèche du ménisque : pour cela, il faut abaisser le curseur jusqu'à ce que le zéro soit à la hauteur du cercle de contact du mercure et du verre et noter la différence.

Il reste à effectuer les corrections par le calcul ou par les Tables, en tenant compte du terme de correction relatif à l'instrument.

Résultats.

Je crois intéressant de consigner ici quelques observations de Regnault, relatives au degré de précision qu'on peut atteindi'e dans l'évaluation des hauteurs barométriques.

« Je ne crains pas d'exagérer, dit-il (*), en posant ce fait, qu'on ne peut répondre d'une mesure barométrique à plus de -^ de millimètre, quelque perfectionnés que soient d'ailleurs les appareils de mesure. La difficulté tient à ce que la pression atmosphérique varie incessamment; mais cette variation n'est accusée immédiatement par le baromètre que par des changements de forme du ménisque, et les variations de hauteur n'ont pas lieu d'une manière continue, mais plutôt par saccades.

(') Annales de Chimie et de Physique, 3* série, t. IV, p. /17.

28 CHàP. II. — OBSERVATIONS FONDAMENTALES.

On a recommandé, pour éviter cet inconvénient, de secouer le baromètre et de faire osciller la colonne mercurielle avant de faire Tobservation ; ' mais il est évident qu'on ne parvient pas par ce moyen à écarter complètement la cause d'erreur. »

VP MANIPULATION.

THERMOxMÉTRIE.

Le thermomètre à mercure peut servir aux recherches les plus délicates ; il donne des indications très précises, voire même le 2^ de degré, à la seule condition d'être soumis à un contrôle préalable et une vérification fréquente de ses points fixes.

Nous allons passer en revue les opérations qui ont pour but l'examen de la graduation, la détermination des points o et 100, et enfin la comparaison avec le thermomètre à air, qui est le seul théoriquement exact : il est indispensable de ne rien négliger dans ces épreuves, car il s'agit ici d'observations fondamentales.

Examen de la graduation, — L'intervalle compris entre deux divisions consécutives de la tige doit correspondre à une capacité mathématiquement constante, sinon la graduation serait nécessairement fausse.

Pour s'assurer de la bonne construction d'un thermomètre j on se sert de la machine à diviser ou bien de l'appareil cicontre {fig. 8), auquel Regnault donnait la préférence; c'est une table de fonte, le long de laquelle peuvent se mouvoir parallèlement l'une à l'autre, dans une même rainure, deux lunettes qui permettent de viser les divisions et de les subdiviser en dixièmes et en cinquantièmes; le thermomètre se place en AB, parallèlement à la rainure et à la règle divisée tracée sur ses bords.

On détache par de petites secousses une colonne de mercure d'environ 20 divisions de longueur, et on la promène le

VI® M. — THERMOMÉTRIE.

long du tube, en notant exactement le nombre de divisions occupées par elle ; il faut que Ton ne constate pas de différences supérieures à 7^ de division.

Pour détacher la colonne mercurielle, on incline le thermomètre à 45**, le réservoir étant en haut, et Ton donne un léger choc : quelquefois la colonne se rompt à la naissance de la lige; dans ce cas on redresse brusquement le thermomètre, pour resouder les deux fragments, et Ton recommence en essayant une nouvelle secousse.

Fi(r. 8.

Avec de la patience et une certaine pratique, qui ne peut s'enseigner ici, on réussit toujours, quoique plus ou moins vite, à isoler une longueur déterminée de mercure : au besoin on peut chauffer une partie de la tige au chalumeau; souvent encore on constate qu'il existe dans la tige un point où la séparation se produit plus facilement qu'ailleurs ; on en profite et, en échauffant ou refroidissant le thermomètre, on limite ad libitum le nombre de degrés occupés par l'index. C'est encore par de petites secousses qu'on fait voyager cet index et qu'on amène successivement son extrémité aux environs de o, 20, 4o, 60 ou ioo<*.

On en mesure chaque fois la longueur en fonction de la

graduation de la tige. Il faut toujours s'assurer, après avoir

visé les extrémités, que le mercure ne s'est pas déplacé dans

l'intervalle de deux observations et qu'il ne s'est pas dilaté

par suite d'une variation de température ; ce dernier point se

constatera en ramenant la colonne dans sa première position

ei en la mesurant de nouveau.

Celle constatation donne généralement des résultats satis-

3o CHÀP. 11. — OBSERYATIONS FONDAMENTALES.

faisants; lorsque le thermomètre est signé d'un nom tel que ceux de Baudin, Fastré, Tonnelot, Alvergniat, Salleron, etc., il est très rare qu'on ait à le rebuter.

Cependant le cas peut se présenter et il doit être prévu. Quelques auteurs conseillent alors une Table de correction ; on peut en effet calculer une formule empirique ou construire une courbe dans laquelle le nombre de divisions indiqué sur la tige soit exprimé en divisions normales ou en divisions d'un tube idéal parfaitement cylindrique ; mais il faut reconnaître que cette solution n'est pas pratique, car elle condamne le physicien à se servir d'un instrument médiocre, et à recou-^ rir à une Table, alors qu'il est avéré que nos bons constructeurs savent calibrer et diviser des tubes avec une perfection telle que les erreurs de graduation sont le plus souvent né-^ gligeables. 11 est plus rationnel et plus simple de se procurer un bon instrument. C'est donc uniquement pour nous assurer des qualités d'un thermomètre que nous le soumettons à une épreuve et nullement pour le corriger.

Détermination des points Jîœ es, — Il faut toujours commen-cer par le point loo. On se sert du bouilleur à double colonne cylindrique employé par Regnault {fig. 9) et l'on suit les variations de la colonne mercurielle à l'aide d'un viseur pour éviter les erreurs de parallaxe. M. Berthelot a fait remarquer (*) que, après avoir atteint un maximum, le liquide s'abaisse ensuite d'une très petite quantité et ne se fixe guère qu'après vingt minutes d'ébullition. Ces phénomènes se présentent même avec des thermomètres construits depuis dix ans, et ils se reproduisent chaque fois que l'on porte l'instrument à 100°, après l'avoir conservé à la température ordinaire pendant quelques mois.

Le réservoir ne sera pas immergé dans l'eau, mais il sera maintenu à o"',o2 au moins de la surface du liquide bouillant;: il est inutile d'employer de l'eau distillée. Le thermomètre doit être plongé dans le bain de vapeur jusqu'au voisinage du niveau du mercure à ioo% de manière à éviter toute correction.

(') Annales de Chimie et de Physique^ 4* série, t. XXIV, p. 120 (1873), et Journal de Physique, t. 11, p. 18 (1873).

- TBEHMOHËTBIE.

Lfe manomètre, qui communique avec l'intérieur du vase, permet de constater que la tension de la vapeur est égale à celle de l'almospiièrc au moment de l'observation : on relève cette pression au baromètre du laboratoire; la température correspondant à l'ébullition est donnée par les Tables de Regnault(xxxi'M.), ou paria formule ï^ 100-+- 0,0875 (H — 760), dans laquelle H représente la pression extérieure.

Lobseivation terminée, on enlève le vase du feu et l'on en retire le thermomètre : il est prudent de le suspendre à l'air pendant dix minutes avant de le porter à zéro.

On enfonce l'instrument dans une éprouvelte à pied remplie de glace fondante très pure (fig. 10), ou mieux encore dans un vase de bois perci de trous à sa partie inférieure, pour que l'eau de fusion puisse s'écouler facilemenl. Il convient de placer le réservoir du thermomètre au centre du vase

32 CHAP. II. — OB8ERYÀTIONS POlfD AMENTALES.

et à une certaine profondeur, de telle sorte que Teau qui se forme à la surface traverse une couche de glace suffisante pour être ramenée à zéro, car elle se surchauffe de quelques centièmes de degré avec une rapidité surprenante. La glace doit être pilée en fragments de la grosseur d'un pois; la neige a rinconvénient de se tasser irrégulièrement et il s'y produit des cavités ou des pocjies d'eau qui sont à une température supérieure à zéro. A l'aide d'une baguette de verre on creuse un trou dans la glace et l'on y introduit le réservoir, sans pression, mais de manière qu'il touche la glace de toutes parts. Les Traités de Physique ont tort de ne pas insister suffîsamment sur cette opération, qui est très délicate. M. Berthelot en a signalé les difficultés et il a indiqué les nombreuses précautions dont l'opérateur doit s'entourer. Il recommande même de suspendre le thermomètre et de ne pas le poser, car le propre poids de certains instruments suffit pour déformer le réservoir et fausser l'observation. Quelques secousses seront données au vase, avant de commencer les lectures, qu'on doit poursuivre pendant un quart d'heure environ. Le zéro ainsi déterminé au sortir de l'eau bouillante diffère de quelques dixièmes de celui qu'on marquerait après avoir abandonné l'instrument pendant plusieurs mois à la température ordinaire. M. Pernet (*) a donné au premier le nom de zéro déprimé et a démontré qu'il ne variait au plus que de 0%!, même dans le cours de plusieurs années. Tous les savants sont d'accord pour affirmer que les observations des points loo ne sont comparables qu'à celles du zéro déprimé pris immédiatement après. Il faut donc choisir pour distance fondamentale l'intervalle compris entre ces points et en adopter la centième partie pour valeur exacte du degré.

Pour un thermomètre à échelle centigrade dont le point 100 est à99°,82 et le zéro consécutif à o%38, le degré vaut i^^%oo6. Cette valeur sera soigneusement notée et conservée, car sa connaissance dispense de toute vérification ultérieure du point loo. D'après M. Pernet, on n'a qu'à contrôler 'de temps en temps le zéro et à garder la valeur du degré précédemment déterminée.

(* ) Journal d^ Physique, t. X, p. 52o; i88i.

YI® M. — THBRMOMÉTRIS. 33

Comparaison des thermomètres. — Grâce aux méthodes de graduation indiquées ci-dessus, des thermomètres de verre à la soude ou de cristal concordent à it:o%o2 près dans Tintervalle de o à loo; il est bon cependant de s'assurer toujours de cette concordance en comparant les instruments avec les étalons et surtout avec le thermomètre à air.

Cette opération se fait avec le comparateur de Regnault, vaste cylindre rempli d'eau ou d'huile et pourvu d'un agitateur. On relève de minute en minute les indications du thermomètre à gaz et l'on note simultanément les températures marquées par tous les instruments soumis à cette épreuve, ena yant soin de produire plusieurs fois de suite des variations de température très rapprochées. Jusqu'à loo*» des différences sont toujours faibles; elles passent par un maximum à 5o°, mais restent négligeables entre des thermomètres bien construits et récemment contrôlés.

Toutefois l'écart peut atteindre o% 5 avec le thermomètre à air, qui marque un peu plus que le thermomètre à mercure jusqu'à 100*» et notablement moins à partir de cette température. Voici une Table de concordance des indications des deux instruments :

Thermomètres

\mercure.. . o 20 4^ ^^ 80 'oo i^d 200 260 3oo Aair 0 20,2 4o>3 60, 3 80,2 lOo i49»5 198,9 247,6 296,7

Malheureusement cette Table n'a rien d'absolu, elle ne peut donc nous fournir qu'une indication générale, et il faut nécessairement graduer les instruments de précision par l'observa- Uon directe du thermomètre à air; chacun d'eux aura donc sa courbe et sa Table spéciale. D'après M. Bosscha, on pourrait se contenter d'une seule comparaison à 5o«, pour construire une courbe exacte jusqu'à 120°; les écarts 8 à une température

t seraient donnés en fonction de l'écart A observé à 50° par la

formule 5 = 7^ — t (100— t). Cette indication est précieuse.

Mesure des températures. — Un thermomètre contrôlé ainsi que nous venons de le dire pourrait donner le ^m^ de degré si l'inertie du réservoir de verre ne produisait un mouvenieni saccadé du mercure; mais on peut relever le ^-J^ et le

W. — Manip, 3

34 GHàP. II. — . OBSVRYÀTIONS FONDAMENTALES.

regarder comme exact, si toutefois Ton procède correctement à l'application de l'instrument et à la lecture de ses indications.

Pour ce qui est du premier point, il est impossible de formuler aucune règle précise ; l'opérateur se gardera surtout de toute influence étrangère à celle du milieu dont il s'agit de mesurer la température, et il protégera le thermomètre par un système d'enceintes convenables contre tous les corps chauds voisins et contre lui-même.

La lecture des thermomètres exige certaines précautions; par exemple, il faut vérifier qu'aucune portion de la colonne mercurielle ne s'est détachée, ce qui arrive parfois et met en défaut les physiciens les plus exercés. Il est bon de donner à l'instrument de petites secousses, pour permettre au mercure de prendre son niveau régulier.

La lecture opérée à l'œil nu expose aux erreurs de parallaxe ; on les évite sûrement en se servant d'une lunette et en observant le niveau du liquide à distance ; cette disposition présente toute espèce d'avantages, mais elle est si compliquée qu'on y renonce souvent. On peut aussi bien éviter les erreurs de lecture en s'aidant d'un petit miroir qu'on tient derrière le thermomètre : l'œil de l'observateur doit être placé de telle sorte que son image réfléchie se superpose à celle de l'extrémité de la colonne mercurielle.

Quand on est obligé de laisser une partie de la tige du thermomètre à l'extérieur de l'espace dont on cherche la température, on ne peut se dispenser de corriger le degré T observé, en tenant compte de la différence de température des deux parties de l'instrument. Soient t la température de la tige à partir d'une division 6, x la température vraie du corps soumis à l'expérience, et 8 le coefficient de dilatation apparente du mercure, que nous prendrons égal à o,oooi54; on peut écrire

I H-ajc

Cette correction dépasse souvent i^; dans les expériences très délicates, on entoure quelquefois la tige d'un manchon parcouru par un courant d'eau froide, afin d'enlever toute incertitude sur la valeur de t.