QUANTITÉ DE CHALEUR - BUT DE LA CALORIMETRIE. — Si
Ton fait brûler quelques grammes de charbon de façon que toute la chaleur produite se transmette à une masse d'eau^ on consUtera que celle-ci s'échauffe d'un certain nombre de degrés. Suivant la quantité de charbon brûlé, réchauffement de Teau sen plus ou moins grand, et nous dirons qu'il s'est produit plus o« moins de chaleur.
La chaleur est donc une grandeur mesurable, et nous pourrioos, dans ce cas, évaluer la chaleur produite, soit par la masse dt charbon brûlé, soit par le nombre de degrés dont s'est élevée II masse d'eau déterminée qui a pris cette quantité de chaleur, sort encore par la valeur de la masse d'eau dont elle peut élever de 1° la température.
La calorlmétrie a pour objet la mesure des quantités de cJi»leur.
Si la chaleur dégagée par 1 gr. de charbon qui bnile est enployée uniquement à chauffer 1 kilogramme d'eau, elle élèvtft de 8' sa température. Si la même quantité de chaleur est emr ployée à chauffer i kilogi'amme de mercure, elle en élèvera to température de 240**. Ainsi les diverses substances à masses égties exigent des quantités de chaleui's différentes pour s'élever iYm même nombre de degrés. Nous étudierons d'abord, sous le oom de chaleurs spécifiques, ({uelles sont les quantités de châlecr requises par les divers corps pour être portés d'une tempéntifl» à une autre.
CALOniMÉTRIE — CHALEUHS SPÉCIFIQUES 635
Un gran'l nombre de phénomènes créent ou détruisent de la d^lialeur; tels sont les cliangemenls d'état (fusion, vaporisation, 4::;43!nlensation, solidification), les transformations isomi-riques ou 0^1 lotropifjues; et les combinaisons chimiques, les actions mëcanicjties, les décharges ou les courants électriques, etc. Ces divers ■[-. tiénoraènes caloriftques ibrmont autant de sujets dont la caloriiiiéuie fait l'étude.
D'après la définition même de la chaleur, une masse déterminée d'un corps qui. après avoir subi des transformations quelconques, revient aux mêmes conditions chimiques et physiques (d'état, de température, de pression, etc.) est ramenée à posséder la même ijuantité do chaleur.
2. CUORTB. — On a adopté comme unilé de quantité de chaleur celle qui est nécessaire pour porler de 0" à i" la température d'un grainine d'eau, ou, ce qui revient au même, celle <|ui est abandonnée par un gramme d'eau en se refroidissant de 1° ft 0"; cette unité s'appelle la calorie (M.
Du reste pour élever un gramme d'eau de 1° à partir d'une température quelconque il faut toujours à très peu près la même quantité de chaleur, c'est-à-dire une calorie. On peut s'en convaincre par l'expérience suivante.
On prend deux masses d'eau égales, l'une froide à f, l'autre chuude à T', et on les mêle ensemble ; si l'on évite toute perte de chftieur par rayonnemeni ou par conductibilité, en employant les pi'océdéâ décrits plus loin, on constate qu'on obtient un mélange
à Une température — ^ — moyenne des températures initiale 1°
"' anale T°.
Or, la masse chaude a cédé une certaine quantité de chaleur q,
*■ 'enipérature s'abaissant de T à —T—, c'est-à-dire s'abaissant
' ' On dïaigno souvent aussi bous Io aoin do calorie uno unilà mille fois g Scande, celle qui est nécossaire pour élever de 0* a 1* un kilogramme "- Pour éviter toute conrusion nous appellerona cello dornlèpo unHé la ' "<'• etiarie.
de — 5 — degrés; celte quantité de chaleur q a ser>i à chauffer
la masse froide , et, comme elle s'est élevée de i à — ^ degrés
elle s'est échauffée d'un nombre de degré — - — juste égal i
mm
celui dont s'est refroidie la masse chaude : ainsi Teau pour s élever
de —5 — degré à partir de (® degrés, ou à partir de — - — degrés,
exige la même quantité de chaleur.
Il résulte de là, que pour s'élever de ( à f degré un grammtf d'eau exige t' — ^ calories ; or, comme p grammes d'eau en exige évidemment p fois plus, la quantité q de chaleur nécessaire {lair élever de t' — t degrés une masse d'eau de p grammes est donnée par:
3. CHALEUR SPÉCIFIQUE. — Désignons par Q la quantité de chaleur nécessaire pour porter un gramme d'une substance de 0" à f**; cette cpiantité Q est une fonction de la température I.
L'expérience prouve que, pour la plupart des substances b fonction Q est à peu près proportionnelle à la température I fournie par le thermomètre à air.
En d'autres termes, q étant le nombre de calories nécessaiie pour porter un gramme de la substance considérée de la tempe»
rature i à la température tf, le quotient — -^ — est a peu près
constant ; on appelle ce quotient la chaleur spéciâque du corpL Si nous désignons cette quantité par c on a donc :
Si t! — f^l, on R c =^ q: la chaleur spéciSqœ dune sabstêoet ^si le nombre de calories nécessaire pour élever dun dfyr*
GALORIMETRIE — CHALEURS SPECIFIQUES Ô37
an gramme de cette substance. D'après cotte définition, la chaleur spécifique do Teau est i .
Pourtant, comme le rapport n*est pas absolument indé-
If ^"^ i
pendant de t et de f, il convient, pour èlre rig^oureux, de désigner
ce rapport sous le nom de chaleur spécifique moyenne entre t
et t ; et nous appellerons chaleur spécifique vraie (C) à t'^la limite
de la valeur spécifique moyenne quand la température tf tend
vers la température t :
C = lin>.^^
Comme on le voit, la chaleur spécifique vraie est la dérivée de la fonction Q par rapport à la température :
Des trois grandeurs Q, c et C dont nous venons de donner la définition, la chaleur spécifique moyenne c est la seule que les expériences puissent d(*lerminer directement. Les valeurs trouvées pour celle-ci entre des températures diiïérentes permettent d'obtenir une fonction empirique de t représentant la quantité Q. Enfin, le calcul fournit la valeur de la chaleur spécifique vraie, qu*ou doit employer, et qu'on doit considérer cormne une constante, dans le cas d'une faible variation de température.
4. CAPACITÉ CALORIFIQUE. — Dans le cas (fun corps homogène nous appellerons capacité calorifique a le produit de la chaleur spécificpie c du corps par sa masse p,
(l) a^pc
Dans le cas où le corps est hétérogène, et est formé de substances homogènes différentes, ayant respectivement des masses
P'jP",P"', etc., et des chaleurs spécifiques c', d',cf'\eic., la ca] cité calorifique a du corps est définie par la relation :
(2) a = p'c' + p"c" + p"'c"' + . . . = ^pc ('^
Suivant que les quantités c,c',c",c"'... représentent les chalei. spécifiques moyennes ou vraies dans ces formules, a représeK la capacité calorifique moyenne ou vraie.
Voyons maintenant Tulililé de ces définitions.
Puisqu'il fautc(f — i) calories pour élever un gramme d* corps homogène de la température f à la température t', il f« évidemment pc{t' — t) calories pour élever p grammes de corps de tk t' ; d*où, en désignant par q ce nombre calories 9. relation :
(3) q=pc(r-t) •
ou en vertu de la relation (i):
Cette dernière égalité convient évidemment encore dans le ^
(1) L'expression de capacilé calorifique a été employée par beaucoup physiciens comme cxaclemcnt synonyme do chaleur spécifique : ce qui PC deux expressions différentes pour designer une mûmo ^j^randcur. D'au ^
part, la quanlité 2jpc a reru de Regnault le nom un peu bizarre de cor^
converti en eau, parce que 2dpc représente précisément la masse d'eau q(
exigerait le même nombre de calories que le corps pour s'élever du mttC' nombnr de degrés.
II nous a paru préférable, comme le font un certain nombre de physicien^
de donner à celle grandeur [2dpcj\o nom très juste de capac//é calorifiqa^
ne ful-ce que par analogie avec ce qu'on appelle capacilé électrique. ^ chaleur spécifique est ainsi la capacité calorifique de l'unité de masse d'w corps homogène.
CALORIMETRIE — CHALEURS SPÉCIFIQUES
d'un corps hétérogène, la. capacité calorifique a étant définie
par lareffllion (2).
Si dans la formule (4) on fait ( — t'^i, on a a^q : k capacité caloriUque est le nombre de calories nécessaires pour élever d'un degré la température d'un corps homogène ou
Nous allons exposer maintonant les méthodes qui ont été le plus employées pour d^'lerminer les chaleurs spécifiques.
S. HËTHODE DU PtTITS DE GLACE. — Imaginée par le physicien suédois Wilcko vers ITSi. Cette mélhoile a été employée et perfecljonnée par Black ('). Voici le procédé expérimeulal employé par co physicien.
Dans un bloc de glace pure bien exempt de bulles, on creuse "De cavilé (Ug. 250) qu'on peut recouvrir d'un couvercle fornié P^ uu morceau de glace, s'appliliant exactement sur la partie su- Pt'rieure aplanie du bloc.
Après avoir bien essuyé la ca- ^'^, ou y introduit le corps solide ^ liquide dont la masse P a t'tê "^•«miiuée par ta balance, et qui ®®l porti! à une température con- «Ue T^i| notablement supérieure ,
"*; on couvre ensuite le puits de ''~.
8'Iace avec son couvercle. Le ^^'ps se refroidit jusqu'à 0°, et la r^aieur qu'il abandonne l'ail fondre *'"■ '^■
^ eiflce. Ramené à 0" le corps a
*^''xlu une quantité de chaleur q égale à PcT, en désignant par c ^ chaleur spécilique moyenne entre Oet T"; cette quanliti5 de ^***leur q a été déti'uite par la fusion d'une masse p grammes de
fa(') Joteph Black, profosaour ù Glsscow ol ensuîlo à Edimbourg, ni i **<»*tleaux eo 17M, mort en 1799.
. '^ Nous indiquons plus loin (J 9)
Or la masse j) de glace fondue Cst donnée en reçue provenant de sa fusion, cl en la ])esnnl.
Quiint à'Ia coiifiiaiitij 1, on [uMil la di^Ioriniiicr en le puiU une masse connue île P grammes d'eau i eonime la elialeiu' siiéeiliquu de l'eau e^jt 1, on a, l la masse do glaue fundue :
ce qui fait (50nnnili'e X.
Far celte nn-tlioflc, on n l'avantage de ne pas av* peixlne au ilehors ]iendanl l'cxperiem^e : il n'y a aiiei à faire. Si le liloe de glaee a ('-te niainlenu longlen do glace fondante, pour que les couclies interne» ii' teniijérature iurérieure à 0", la méthode est irrépn. elle n'est jias Irès eonnnode, aussi esl-elle bien aujourd'hui.
