ÉTUDE DE LA DILATATION DES LIQUIDES PAR LES THERMO- MÈTRES COMPARÉS

Théorie.

Cette méthode consiste à construire avec les liquides des thermomètres à tige, semblables aux thermomètres ordinaires, €là en comparer la marche avec celle d'un étalon contrôlé avec le plus grand soin par un thermomètre à air.

hnaginée par Gay-Lussac, elle a été appliquée avec succès

par Isidore Pierre (,*); elle nécessite remploi d'un instrument dont la tige graduée en parties d'égale capacité marque les volumes correspondant aux divisions successives.

Un volume V© de liquide à zéro occupe dans le thermomètre à une température t un volume apparent V; en exprimantque le volume du contenu est égal à la capacité du contenant, on est conduit à la relation

Vo(i-f-^0 = V(i4-KO,

dans laquelle œ est le coefficient de dilatation absolue du liquide et K celui du verre de l'enveloppe.

Description.

Le thermomètre à volume, que les Allemands appellent le dilatomètre, est gradué et étudié au moyen de mercure sec et pur dont on le remplit d'abord.

Le tube porte une échelle arbitraire dont nous admettrons que les divisions possèdent rigoureusement la même capacité: il s'agit de déterminer les nombres qui expriment la capacité du réservoir jusqu'à l'origine de la graduation et celle d'une division en fonction des mêmes unités. Cette opération se fait en introduisant dans le thermomètre une quantité de mercure telle que le niveau du liquide s'arrête au.zéro lorsque l'instrument est plongé dans la glace tondante : le poids du mercure introduit, diminué du poids de l'enveloppe, donne la capacité du réservoir jusqu'au zéro de l'échelle. On ajoute alors une certaine quantité de mercure, de manière que, l'appareil étant entouré complètement de glace, le mercure atteigne une division /i, voisine du sommet de la tige. La capacité d'une division se déduit sans peine de l'augmentation de poids. On prend pour densité du mercure à zéro la valeur 13,696 et l'on se dispense des corrections de pesée relatives à la poussée : avec une balance sensible au milligramme, o;i peut apprécier un volume égal à y^ de millimètre cube. La seule difficulté

(*) Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t. XV, XiX et XX.

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le l'opération réside dans le remplissage à point voulu du hermomètre; on y arrive par tâtonnements.

Le coefficient de dilatation de Tenveloppe de verre se mesure par le procédé qui a été indiqué dans la dix-septième manipulation.

Le thermomètre peut dès lors être vidé, car il est prêt pour la détermination des coefficients de dilatation absolue des liquides. Il suffit d'un bain qu'on puisse chauffer graduellement de 0° à 100% tout en agitant le liquide : le thermomètreélalon et le thermomètre à liquide seront fixés Tun à côté de l'autre dans une douille placée au centre du couvercle de ce vase, et ils seront immergés jusqu'au niveau du liquide dans le tube, de manière à dispenser des corrections relatives à la tige.

Il convient que l'étalon ait la même longueur que le thermomètre à volume, afin que les deux réservoirs occupent les mêmes régions de la masse liquide destinée à les échauffer.

L'observation se fait à l'aide d'un viseur dont le champ embrasse les deux colonnes.

Manuel opératoire.

I** Le thermomètre à volume est rempli du liquide à étudier qu'on aura préalablement purgé d'air par une ébullition prolongée; pour certains liquides facilement décomposables par la chaleur, cette ébullition doit se faire dans l'air raréfié.

2* A zéro le liquide occupe un volume Vq.

3* Le bain chauffé graduellement est maintenu à une température sensiblement constante pendant dix minutes ; l'opérateur saisit l'instant d'un maximum ou d'un minimum de hauteur de la colonne thermométrique des deux instruments : ces xnaxima diffèrent à peine l'un de l'autre, quand on agite vivement le liquide.

Celte observation donne à la fois V et t.

4** On répète la même expérience à différentes températures.

5* Quand on veut opérer au-dessous de zéro, on remplit le vase d'un mélange de glace pilée et de chlorure de calcium

y6 CHAP. IV. — DILÀTATIOlfS.

cristallisé; par des additions convenables de Tune ou l'autre de ces deux substances, on parvient à maintenir constantes pendant plus d'un quart d'heure des températures de — 36*, lorsque l'air ambiant ne dépasse pas 2^ ou 3^,

Résultats.

Ces expériences peuvent être facilement répétées sur l'alcool anhydre qu'on a débarrassé de son eau par digestion prolongée avec de la chaux et qu'on a finalement rectifié en le distillant sur un mélange de parties égales de potasse et de carbonate de potasse. La marche de la dilatation de ce liquide est très bien représentée par la formule

iH- A^= I H-o,ooio4863o^ -+- 0,000001751/2 + 0,00000000 If*.

Ce liquide n'a pas de maximum de densité : les deux racines de la dérivée sont imaginaires.

Les coefficients vrais de dilatation sont les suivants :

A zéro O; CCI 049

Au point d'ébullition, à 78**, 3 o ,001 196

La concordance des indications des thermomètres à alcool et à mercure est la suivante :

Thermomètres

A mercure... — 82,22 —4,54 -4-28,00 4-5o,33 -1-76,73 A alcool — 26,82 —3,98 -H 25,73 -t- 47,52 -1-76,73