La méthode des mélanges et celle du calorimètre Méihod

' 1* ■ ^u refroidis-

ne permettent pas d évaluer avec exactitude le calorique sèment, spécifique d'une substance solide ou liquide, lorsqu'on n'a qu'une petite masse de cette substance. Il convient alors d'employer un autre procédé , connu sous le nom de méthode du refroidissement, inventé par Mayer , et que divers physiciens ont pratiqué depuis , mais qui n'a acquis tout le degré de précision dont il est susceptible qu'entre les mains de MM. Dulong et Petit. Ce procédé consiste à comparer les temps que plusieurs corps de différentes natures mettent à perdre , par le refroidissement dans le vide, un même nombre de degrés de température, lorsque leur volume , la nature de leur surface rayonnante , leur température primitive et celle de l'enceinte , sont identiquement les mêmes.

Voici l'appareil dont il faut se servir : une caisse cylin- Yi\*. «4*)drique en cuivre AB , couverte intérieurement d'une couche de noir de fumée , est entourée d'un manchon CD rempli de glace pilée à o°. Au milieu de AB est suspendu un petit vase cylindrique £ très mince et en argent poli , dans lequel se trouve la substance qu'il faut éprouver, réduite en poudre ou en limaille. La boule d'un thermomètre est disposée au centre de cette masse-, sa tige s'élève verticalement et traverse dans un bouchon métallique le fond

3c;2 COURS DE PHYSIQUE.

supérieur de ÀB. Un tuyau en plomb muni d'un robinet, qui débouebe dans le cylindre ÀB , et qui peut se visser à la platine d'une machine pneumatique , permet de faire le vide autour de la masse E.

Pour faire une expérience au moyen de cet appareil , on plonge le cylindre E , renfermant la substance à étudier et le thermomètre , au milieu d'un vase de métal entouré d'un manchon qui contient de l'eau chaude. Lorsque Je thermomètre indique que toute la masse a pris la température de l'eau , on porte le cylindre E au milieu de AB ; Je bouchon qui le soutient est luté dans l'ouverture qu'il fer/ne -, on fait ensuite le vide. On observe le thermomètre avec une lunette horizontale , mobile sur une règle verticale -, lorsque la température qu'il indique est de i o° au-dessus de zéro , on compte, au moyen d'un chronomètre à secondes, le temps t que le thermomètre emploie à descendre à 5g. Le rapport des temps t et ainsi observés successivement pour deux substances différentes , est lié par une équation fort simple au rapport de leurs chaleurs spécifiques; c'est celte relation qu'il s'agit de trouver maintenant.

271. La loi du refroidissement de Newton peut être adoptée dans ces circonstances , puisque les excès de température sont très petits, et que d'ailleurs le refroidissement a lieu dans le vide. Soit alors A l'excès primitif de la température que possède la masse E, sur celle de l'enceinte , à l'époque t = o , ou lorsqu'on commence l'observation du refroidissement. L'excès variable T, existent après le temps £, sera donné par l'équation (1) T = A^r'. Posant pour simplifier log /ut = m , on déduit de cette for-

mule (a) m =-log^, et pour la vitesse du refroidisse*

ment (3) V = — » = mT. L'observation indiquée cidessus donnant le temps ty que la masse £ emploie à descendre de la température A = io° à celle T = 5° , l'équation (2) donne pour la valeur numérique du nombre m,

m = j Jog 2. Or, d'après l'équation (3), le coefficient constant m est la fraction de degré que perdrait dans l'unité de temps le corps qui se refroidit, si l'excès T n'était que de d'après cette définition, m est directement proportionnel à la surface S du corps, à la conductibilité extérieure h de cette substance , et aussi inversement proportionnel a la masse M et au calorique spécifique c du corps

qui se refroidit -, on pourra donc poser : m = On a donc :

1 , Sh Sht

- \0$2. = —, OU Me = : .

t u Me loga

Si donc M et M', c et c' , sont les masses et les caloriques spécifiques de deux substances successivement éprouvées dans l'appareil -, que t et t! soient les temps que le thermomètre a employés dans les deux circonstances , pour descendre de la même température iop à la même température 5°, l'étendue et la nature de la surface rayonnante restant d'ailleurs les mêmes dans les deux cas, ouaura

Sht , Sht' U'c t'

Me == 1 , Me = ; : et par suite -TS— = - ,

log2 log 2 r Me / '

d'où l'on déduira le rapport cherché — .

Dans ce genre d'expérience, il est important de n'employer que des substances réduites en petites masses, de rendre leur refroidissement le plus lent possible , et do ne

l'observer que pour de faibles excès de température , afin de rendre insensible l'influence de la conductibilité intérieure, qui est différente d'une substance à l'autre. Il faut observer le refroidissement dans le vide, ou au moins dans l'air très raréfié , tel qu'il existe sous le récipient d'une machine pneumatique lorsque l'éprouvette n'indique plus que quelques millimètres de pression intérieure, afin de n'avoir pas à tenir compte des quantités de chaleur enlevées par le contact du gaz , qui suivent une autre loi que celle indiquée par Newton (§ 263). Les précautions prises par MM. Dulong et Petit ont éloigné toutes les causes d'erreur ^ ces physiciens ont ainsi obtenu avec exactitude les capacités pour la chaleur d'un grand nombre de substances , et particulièrement des métaux.

Loi des 272. En rapprochant les résultats qu'ils ont obtenus Ccff!qucB des d'une autre espèce de nombres spécifiques fournis par l'aatomes. nalygc chimique, ils ont découvert une loi importante qu'il importe d'énoncer ici. Toutes les combinaisons inorganiques peuvent se définir facilement , en admettant qu'il existe dans la nature un certain nombre de corps ou de substances pondérables simples, dont les dernières particules ou les atomes indivisibles aient des poids égaux dans la même substance, mais différents d'une substance à l'autre -, les rapports de ces poids ont été trouvés par l'expérience. MM. Dulong et Petit ont ajouté une preuve nouvelle en faveur de l'existence des atomes chimiques, en déduisant des valeurs qu'ils ont obtenues, pour les chaleurs spécifiques des substances métalliques, cette loi remarquable : que la chaleur spécifique des atomes ou molécules des corps simples est la même pour tous.

Pour vérifier cette loi , il faudrait diviser le calorique

DIT -SEPTIÈME LEÇON. 3o,5

spécifique de chaque corps simple , ou la quantité de chaleur nécessaire pour que son unité de poids s'élevât de i°, par le nombre de molécules ou d'atomes chimiques que contient cette unité de poids , lequel nombre est évidemment en raison inverse du poids de chacun de ces atomes. Il suffit donc de multiplier respectivement les nombres exprimant les caloriques spécifiques des corps simples , par ceux qui expriment en chimie les poids de leurs atomes , et si Ton obtient des produits sensiblement égaux , on en conclura que la loi énoncée plus haut est vraie. Or on trouve que ces produits ne différent les uns des autres que de quantités assez petites pour pouvoir être attribuées aux erreurs d'observation , ou au degré d'incertitude que comportent encore les méthodes employées dans les analyses chimiques.

II existe encore parmi les chimistes quelques doutes sur les véritables rapports des poids des atomes de quelques corps simples , mais pour chacun de ces atomes on ne balance qu'entre deux ou trois nombres , qui sont entre eux dans des rapports simples. La loi précédente , vérifiée sur tous les corps simples à l'abri de cette incertitude , offre donc un moyen précieux de guider dans le choix à faire parmi plusieurs nombres également probables, offerts au chimiste pour représenter les poids de certains atomes.

Le tableau suivant contient les caloriques spécifiques de différents corps simples obtenus par MM. Dulong et Petit -, on y a joint les poids des atomes chimiques des mêmes corps, et les produits dont l'égalité a fait découvrir la loi précédente.

5U Ht»! AJ>L,L».

CALORIQUES spécifiques (c).

POIDS atomiques («).

PRODUITS j

Bismuth. . . .

Plomb

ZlDC»

Cuivre

o,io55

Il Soufre