II. — THERMOMÈTRE A MERCURE

650. Théorie du thermomètre à tige. — Le thermomètre à mercure se compose d'un réservoir de verre cylindrique ou sphériquc, A (fîg. 471), muni d'une tige BC divisée en parties d'égale capacité ei terminée par une petite chambre ou ampoule D. Supposons qu'on ait déterminé les divisions d'affleurement du mercure, l'appareil étant successivement porté à 100° et, immédiatement après (657), à 0°; soit V le volume apparent compris entre ces deux divisions. Supposons maintenant l'appareil porté successivement à la température cherchée et à 0°; soit v' le volume apparent compris entre les deux divisions d'affleurement. La température cherchée t se calculera par la formule (645) :

Si les divisions ont rigoureusement la même capacité, le rapport - - sera le même que le rapport — des nombres de divisions qui séparent les points d'affleurement. Enfin, si le thermomètre est gradué de telle sorte que n = 100, on aura

On distingue dans un thermomètre deux genres de sensibilité.

Un thermomètre est dit sensible, ou encore précis, si, à une faible variation de température, correspond un déplacement considérable du niveau du mercure; cette qualité exige que la capacité du réservoir soit grande par rapport à la section de la tige.

Un autre genre de sensibilité consiste dans la rapidité avec laquelle l'instrument se met en équilibre de température avec le milieu 4iubiant; cette rapidité est d'autant plus grande que le réservoir est l^liis petit; la forme allongée qu'on donne le plus souvent k ceréservdir, et qui est plus commode que la forme sphérique, est aussi favorable à cet équilibre, car, à volume égal, la surface est plus grande.

Pour concilier les conditions de ces deux sensibilités distinctes, on est amené à employer des tiges extrêmement fines.

651. Consfmetion du thermomètre à tige. — Ges tiges doivent être aussi régulières que possible. Pour les essayer, on y introduit une goutte de mercure dont on mesure la longueur à l'aide d'un compas dans les diverses régions; cette longueur serait constante si la

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section était partout la même; on devra rejeter tout tube dans lequel la longueur d'une goutte de 50"" varierait de plus de 1"'".

Les tubes destinés à la fabrication des thermomètres sont fermés à la sortie de la verrerie et restent parfaitement propres. Un tube qui serait resté ouvert et où la poussière se serait introduite devrait être lavé à Tacide azotique bouillant, puis à l'eau distillée, et enfin séché dans un courant d'air chaud.

Le tube étant choisi et lavé, on soude ou l'on souffle à l'une de ses extrémités B (fig. 471) un réservoir cylindrique ou sphérique. Les dimensions de ce réservoir doivent être telles que l'échelle du thermomètre comprenne un nombre de degrés déterminé. Soit V le volume du réservoir, V celui de la tige, n le nombre de degrés, k le coefficient de dilatation apparente du mercure dans le verre. On déterminera V par l'équation

ykn = V,

Pour déterminer v, on remplit la tige de mercure et on la pèse; on la pèse vide et la diflerence des poids donne le poids et, par suite, le volume du mercure.

On souffle enfin à l'autre extrémité C de la tige une ampoule D terminée en pointe, et qu'on a soin de main- p. ^^^ tenir fermée à la lampe jusqu'à ce qu'on veuille introduire le mercure. On a alors un tube auquel on donne le nom de chemise de thermomètre.

Pour introduire le mercure, on chauffe légèrement l'ampoule D dont on a ouvert la pointe et on la plonge immédiatement dans du mercure bien pur et bien sec; l'air qu'elle renferme se refroidit et se contracte; du mercure s'y introduit. En répétant plusieurs fois, s'il y a lieu, cette opération, on introduit dans l'ampoule assez de mercure pour remplir le réservoir et la tige. On chauffe alors le réservoir sur un petit fourneau èi charbon; l'air qu'il renferme s'échappe en partie; on le laisse se refroidir en maintenant le tube vertical et le mercure vient prendre lapilace de l'air; en recommençant plusieurs fois, on remplit le réservoir aux deux tiers environ. On fait alors bouillir quelques instants le mercure introduit, tout en chauffant à l'aide d'une lampe à alcool celui que renferme encore l'ampoule, et quand tout l'air du réservoir a été chassé par l'ébullition, on abandonne le tout au refroidissement; la vapeur de mercure se condense et le liquide remplit entièrement le réservoir et la tige.

Pour ne laisser dans l'instrument que la quantité de mercure nécessaire, on le porte à une température voisine de la plus élevée qu'il doive indiquer et on rejette le mercure qui se trouve alors dans

Tampoule, puis on sépare celle*ci et on ferme du même coup Viastrument en fondant la partie supérieure de la tige en C.

Comme l'instrument pourrait être, par mégarde, porté à une température trop élevée, il est bon de ménager à la partie supérieure une petite chambre dans laquelle le mercure pourrait se déverser; on la forme en ramollissant au chalumeau Textrémité de la tige et chauffant le réservoir de manière à faire arriver le mercure dans le voisinage de la partie chaude ; la vapeur qui s'en dégage gonfle le tube et y souffle une petite ampoule qu'on laisse immédiatement refroidir. Cette ampoule permet encore de séparer une partie du mercure quand on doit faire, après coup, le calibrage de la tige (653).

652. Détermination des points 400 et O. — Pour déterminer, le point d'affleurement du mercure à 100"^, on place le thermomètre dans une étuve à vapeur d'eau. Cette étuve (fig. 472) comprend un large cylindre AB où l'on met l'eau qui doit être portée à Tébullition; la vapeur monte autour du thermomètre dans un cylindre étroit, C, placé au-dessus du premier, redescend par un cyUndre un peu plus large, D, qui enveloppe le précédent et le préserve de tout refroidissement, puis s'échappe au dehors par une ouverture latérale E. Le thermomètre est ajusté à l'aide d'un bouchon de liège dans un couvercle qui ferme l'appareil à sa partie supérieure; on a soin de l'enfoncer de telle sorte que le mercure de la tige ne s'élève au-dessus du couvercle qu'autant qu'il faut pour qu'on l'aperçoive. L'étuve doit être assez profonde pour que le réservoir ne plonge pas dans l'eau, mais seulement dans la vapeur. Elle est enfin quelquefois munie d'un petit manomètre à eau, F, qui sert à constater que la pression de la vapeur est bien égale à la pression atmosphérique.

Au bout de vingt minutes environ d'ébullition, le mercure est stationnaire ; on note sa position sur la division du tube, si ce dernier porte une graduation préalable, ou bien on la marque à l'aide d'un pinceau très lin enduit de vernis, si le tube n'est pas encore divisé.

Le point ainsi noté ne correspondrait à la température de 100** que si la pression atmosphérique était précisément de 760™"* ; on aura exactement la température d'ébullition de l'eau en consultant les tables de Regnault relatives à la tension maxima de la vapeur d'eau; on pourra aussi supposer la variation du point d'ébullition proportionnelle, dans le voisinage de 100°, à la variation de la pression et se fonder sur ce qu'une variation de,27"'™ dans la pression produit alors une variation de même sens de 1<» dans la température d'ébullition.

Pour déterminer le point 0, on entoure le thermomètre de glace

THERMOMËTRIE

fondante immédiatement après avoir terminé Topération précédente. On se sert à cet eflFet d'un entonnoir (fig. 473) rempli de glace pilée ou râpée qu*on laisse immergée dans son eau de fusion ; un tube de caoutchouc fixé, à la partie inférieure permet seulement de laisser écouler Texcès de liquide quand on est obligé de renouveler la glace. Le thermomètre est placé verticalement de façon que son réservoir et la partie de la tige qui renferme du mercure soient entourés de glace, en ne laissant émerger de la colonne de mercure

Fig. 472

Fig. 473.

que ce qu'il en faut pour apercevoir le niveau. Le point où le liquide s'arrête correspond à 0®.

653. Échelle systématique en parties d^égale longueur. — Quand

on a ainsi déterminé les points de la tige correspondant à 0** et à une température T voisine de 100*^, on recouvre le thermomètre de vernis de graveur en couche assez mince pour qu'on voie au travers les marques qu'on a faites; on détermine avec une machine à diviser la distance de ces marques, on divise celte distance par T et on a ainsi la longueur des divisions qu'on doit tracer sur la tige à partir du 0; ces divisions sont tracées au burin, puis, les numéros étant inscrits, on grave à lacide fluorhydrique.

Les numéros des divisions ainsi tracées n'indiqueront les températures qu'approximativement, à cause de la forme non cylindrique de la tige et de diverses autres circonstances. Pour pouvoir faire des déterminations précises, il faut, avant tout, connaître les volumes relatifs des divisions. Cette étude de la graduation peut se faire de la manière suivante.

Premier procédé. — On commence par chauffer l'instrument de

manière à déverser dans la chambre une partie du mercure qu'il renferme, de sorte qu'après refroidissement la tige se trouve entièrement vide; on isole alors dans la tige un index ayant quelques divisions de longueur*, une dizaine par exemple; puis on place rinstrument sur un banc (fig. 474) où on le maintient par des res-

Fig. 474.

sorts et sur lequel peuvent glisser un ou deux petits microscopes munis de réticules. On amène la goutte dans la région 0 — 10 de la graduation et Ton vise successivement ses extrémités avec Tun des microscopes afin de déterminer exactement sa longueur k^. En inclinant convenablement l'appareil, on fait glisser la goutte dans la région 10 — 20, on mesure sa longueur k^ et ainsi de suite.

En prenant pour unité de volume la dixième partie du volume des 10 premières divisions, le volume compris entre les divisions 10 et

k 20 est égal à 10 multiplié par le rapport ^r , etc. On peut alors faire

un tableau donnant les volumes compris entre 0 et 10, 0 et 20, 0 et 30, etc. ; on en déduit un second tableau dans lequel on consigne ce qu'il faut ajouter ou retrancher aux lectures 10, 20, 30, etc., pour avoir le volume vrai. La correction à faire à une lecture quelconque se trouvera par une interpolation toujours très simple et qu'on pourra rendre plus facile par l'emploi d'une courbe dont les abscisses représenteront les lectures et les ordonnées les corrections qu'elles comportent.

Procédé de Gay-Lussac, — On introduit dans la tige une colonne de mercure occupant à peu près la moitié de la longueur de 0 à 100, et on la met successivement aux deux extrémités de cette longueur

I.Pour isoler cet index, on amène, en chauiïant l'inslrument, un peu de mercure dans la tige, puis on brise la colonne de mercure par une secousse longitudinale, le réservoir étant en haut. La partie ainsi séparée n*a pas, en général, la longueur voulue, mais si on la raccorde avec le reste de la masse, la colonne se séparera toujours facilement à Tendroit de la tige où s'est produite la première rupture, tant qu'on n'aura pas amené, par un refroidissement convenable, le niveau au-dessous de ce point. En chauffant ou refroidissant, on fait passer au delà de ce point un index de longueur voulue et on le sépare facilement grâce à la circonstance précédente.

THERMOMËTRIE

en AMj et BM, (fig. 475) ; la distance M,Mj étant très courte, son milieu M divise le volume M^Mj en deux parties égales et, par suite, aussi lo volume AB. n désignant le nombre des divisions de AB, si l'on con-

xm

mt

txxx

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tm

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Mil Mil Mil Mil lllitttt

tm

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tm

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tt«t=

M Fig. 475.

vient de représenter aussi par n leur volume, et si «' est la division placée en M, il faut faire à la lecture n' la correction

On détermine de môme les corrections pour les milieux de AM et de BM, etc.

Ce procédé, plus précis que le précédent, permet de tracer d'une façon très sûre, avec un petit nombre de déterminations, une courbe de correction.

654. Échelle arbitraire en parties d'égale longueur. — On trace

quelquefois sur la tige, avant de déterminer les points 100 et 0, ou même avant de construire l'instrument, une division tout à fait arbitraire en parties d'égale longueur, 1 millimètre par exemple, et on en détermine les volumes relatifs par les procédés décrits plus haut. Les points 100 et 0 tombent alors sur des divisions quelconque|S et le numéro d'une division ne donne, a priori, aucune indication approchée de la température ; c'est un désavantage vis-à-vis de la méthode précédente.

Sur la figure 474, oh a supposé l'instrument non encore construit *.

655. Échelle arbitraire en parties d'égale capacité. — L'échelle

arbitraire peut être construite en parties d'égale capacité. A cet