I. — PRELIMINAIRES

578. iVotloB de la chaleur. — Exposés à l'action des rayons solaires ou à celle d'un foyer en activité, nous percevons une sensation que nous qualifions de sensation de chaleur.

Les corps bruts, soumis k la même action, acquièrent la propriété de nous faire éprouver, soit au contact, soit à distance, la même sensation; nous disons qu'ils s'échauffent.

En même temps, ces corps éprouvent des variations de volume; ils peuvent aussi subir de profondes modifications dans leur état physique, fondre ou se transformer en gaz.

C'est l'étude de ces divers phénomènes qui va nous occuper maintenant.

579. Température. — Pour étudier scientifiquement l'action de la chaleur sur les corps, il importe de pouvoir définir avec rigueur les conditions d'échauffement dans lesquelles on les place ; ce sont ces conditions qu'on désigne par le mot de température^ appelant températures égales les températures de deux corps également chauds, température plus élevée ou plus basse la température d'un corps plus chaud ou plus froid.

Mais si nos sensations nous fournissent la notion de la température, elles ne nous sont plus d'aucun secours quand il s'agit de déter-

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Fig. 436.

miner la température avec précision; elles n'ont, en effet, rien d'absolu : si, par exemple, on plonge la main droite dans de l'eau thaude, la main gauche dans de l'eau froide, puis les deux mains dans de l'eau tiède, on perçoit à la première une sensation de froid, à la seconde une sensation de chaud.

Il nous faut donc chercher quelque autre effet de la chaleur qui soit susceptible d'être exactement mesuré et qui, par sa continuité^ permette de définir toutes les températures possibles : la variation de volume qu'éprouvent les corps quand on les chauffe remplit ces conditions.

580. Prenves de la dilatation des corps par la ehalenr. — Cette variation de volume est facile à mettre en évidence :

on la montre, pour les corps solides, par l'expérience du pyromètre à cadran (fig. 436), appareil qui paraît avoir été employé d'abord par Muschenbroeck pour comparer les allongements des divers solides; par celle du pyromètre à talon, appareil formé d'une règle métallique qui, à froid, se place exactement entre deux pièces fixes ou talons, et ne peut plus y entrer k chaud; par celle, enfin, de Vanneau de S*Gravesande, anneau au travers duquel passe exactement, à froid, une boule métallique qui se trouve trop grosse après qu'on l'a chauffée.

Pour les liquides, on se sert d'un ballon A (fig. 437) muni d'un tube BC et rempli d'un liquide coloré, alcool par exemple. Après avoir marqué par un index D le niveau du liquide dans le tube, on plonge le ballon dans de l'eau chaude ; le niveau s'abaisse d'abord, à cause de la dilatation du ballon, mais se relève au-dessus de sa position primitive, la dilatation du liquide surpassant celle de l'enveloppe.

Pour les gaz, on a, par exemple, un ballon A (fig. 438), auquel on adapte un tube de sûreté BC contenant un liquide coloré; il suffit

Fig. 437.

Fig. 438.

de chaaffer le ballon entre ses mains pour voir, au mouvement du liquide, le yolume et la pression de Tair augmenter tous deux.

581. Thennoinèire, — Ce qui précède montre qu'on pourra désigner le degré d'échauffement d'un corps, c'est-à-dire sa température, en indiquant le volume qu'il occupe; si, dans deux observations différentes, on lui trouvé le même volume, on dira que sa température est la même; si son volume ne change pas, sa température sera constante, à la condition toutefois que les autres conditions qui peuvent aussi influer isur le volume restent les mêmes. On aura ainsi ce qu'on pourra appeler un thermomètre mesurant sa propre température.

Mais si deux corps inégalement chauds sont placés -au contact l'un de l'autre, le corps le plus chaud se refroidit, l'autre s'échauffe, jusqu'à ce qu'ils n'éprouvent plus ni l'un ni l'autre de variation de température, ni, par conséquent, de volume; ils se mettent, en d'autres termes, en équilibre de température.

Un thermomètre, mis en contact intime avec un corps P, et soustrait d'ailleurs à toute autre action calorifique, se mettra donc, au bout d'un temps plus ou moins long, en équilibre de température avec lui. Supposons que le ihême thermomètre, mis en contact avec un autre corps Q, prenne le même volume qu'au contact du corps P; on est conduit à dire que les corps P et Q sont à la même température. Cette conclusion ne sera, toutefois, légitime, qu'après qu'on aura vérifié que les corps P et Q, mis au contact l'un de l'autre, n'exercent l'un sur l'autre aucune action calorifique. L'expérience montre effectivement que si deux corps sont respectivement en équilibre de température avec un troisième, ils sont en équilibre de température entre eux. Cette proposition, qui ne nous apparaît pas comme nécessaire a priori, est évidemment liée à la nature intime des conditions qui déterminent la température d'un corps et nous semblera sans doute plus évidente quand nous serons mieux renseignés que nous ne le sommes actuellement sur la nature des phénomènes calorifiques. Quoi qu'il en soit, c'est grâce à ce feit que la mesure des températures se trouve légitime et qu'un seul instrument, spécialement disposé pour qu'on puisse apprécier facilement ses variations de volume, nous permettra de rechercher la température de tous les autres corps.

L'instrument le plus communément employé dans ce but se compose d'un réservoir de verre A (fig. 439) surmonté d'un tube étroit ou tige BC et contenant du mercure; c'est au fond le même appareil que celui qui sert à démontrer la dilatation des liquides (fig. 437). On détermine la température par le niveau du mercure dans la tige ; à cet effet, celle-ci porte une graduation en parties d'égal volume.

La température de la glace fondante ayant été appelée 0", par convention, la division à laquelle doit arriver le mercure quand on met rinstrument dans la glace est marquée 0. La division 100 marque, par suite d'une convention semblable^ Tendroit où doit arriver le mercure dans de la vapeur d'esu bouillant sous une pression de 76 centimètres de mer^cure normal (477). Les divisions placées au-dessous du 0, et indiquant des températures plus basses que celle de la glace fondante, se lisent précédées du signe moins.

C'est là ce qu'on appelle le thermomètre à mercure.

Une seconde manière d'indiquer la température, entre mille autres qu'on peut imaginer, consiste à la mesurer par la pression d'une masse de gaz déterminée dont le volume est maintenu constant, car nous savons que cette pression augmente d'une façon continue quand la température s'élève; on a alors un thermomètre à gaz. Les températures de la glac^ fondante et de la vapeur d'eau bouillante s'appellent toujours 0° et 100°; les degrés intermédiaires désignent à peu près les mêmes températures que dans le thermomètre à mercure; les températures très élevées seulement sont désignées par des degrés un peu différents suivant qu'on les mesure avec le thermomètre à mercure ou avec le thermomètre à ^- 439 gaz.

Dans les expériences que nous allons rapporter, on s'est servi, pour mesurer les températures, tantôt de l'un de ces instruments, tantôt de l'autre. Nous verrons plus loin auquel des deux on doit donner la préférence.