DILATATION DES SOLIDES

Nous n’avons fait jusqu’ici que considérer le changement d’état d’une manière générale. Il y a un phénomène extrêmement intéressant qui a lieu pendant le changement d’état relativement à la chaleur ; c’est que le changement d’état ne s’opère que par des variations dans la quantité de chaleur que renferme les corps. La glace, par exemple, ne devient liquide qu’en se combinant, si nous adoptons le langage dont nous avons parlé, avec une certaine quantité de calorique : de même l’eau ne devient fluide qu’en se combinant avec une nouvelle quantité de calorique. Réciproquement, la vapeur d’eau ne redevient liquide qu’en perdant une certaine quantité de calorique , et de même l’eau ne se change en glace qu’en perdant aussi du calorique. Yous sentez qu’il est fort important de connaître ces quantités de calorique ainsi absor-

be l’atmosphère; mais on supplée à cette colonne au moyen d’une pompe, comme dans la presse hydraulique, ou par des appareils particuliers dont il n’est point de mon objet de vous entretenir.

bées ou abandonnées par les corps pendant le changement d’état; maïs nous n’avons pas encore les données suffisantes pour mesurer ces quantités ; je laisse donc cet objet de côté pour le moment; j’y reviendrai plus tard.

Nous allons nous occuper dvun effet particulier de la chaleur, qui consiste dans les ehangemens de volume que les corps éprouvent par l’action de la chaleur, ou en général de la di/tffat/en.Nouscommenceronspar nous occuper d’une seule classe de corps, des solides.

Nous avons déjà prouvé que la chaleur dilate en général les corps ; car c’est d’après ce résultat que nous avons contruit un thermomètre.

Rien n’est plus facile que de faire voir que la chaleur dilate les corps solides. Il suffit de prendre une barre de métal ou d’une substance solide quelconque , dont la longueur est supposée déterminée,, qui se placerait entre deux axes verticaux fixes, et ensuite de chauffer cette barre. En la portant à une température plus ou moins élevée, vous verrez qu’àprès avoir été échauffée, elle ne pourra plus se placer entre les deux points fixes; par conséquent il faudra en conclure que la chaleur a augmenté les dimensions de cette barre.

J’ai dit que rien n’était plus facile que de prouver cette dilatation ; mais en même temps il faut dire qu’il est extrêmement difficile d’en obtenir la mesure exacte, parce que cette dilatation est extrêmement faible. Ainsi , en prenant parmi les corps solides celui qui se dilate le plus, comme le zinc, on verra que le zinc, pour une étendue de température de 100 degrés, ne se dilate que de de sa longueur, c’est-à-dire que si vous prenez une longueur de 322 parties, la longueur totale, pour une variation de 100 degrés, deviendra 323, ce qui est une quantité extrêmement petite, et cependant je cite le corps qui se dilate le plus. Si nous considérions le platine, nous verrions qu’il se dilate d’une quantité qui est incomparablement beaucoup plus faible : ainsi, la dilatation du platine est seulement de -- /b d ? c’est-à-dire qu’il faudrait uoo parties pour en avoir 1101. Cette dilatation est extrêmement faible, et il faut employer toutes les ressources de la physique et recourir aux moyens les plus précis, pour parvenir à la mesurer avec une exactitude convenable ; et d’autant plus que réellement, pour beaucoup de cas, il est indispensable de connaître exactement celte variation de volume. On a employé beaucoup de moyens pour déterminer cette dilatation.. Il y a un assez grand nombre d’appareils ; mais un seul de ces appareils, si on voulait le décrire conve-

nablement, prendrait un temps qu’il ne nous est pas permis de lui consacrer. Je me bornerai uniquement à vous faire comprendre la marche générale qu’on peut suivre dans de pareilles recherches. La difficulté est d’avoir une hase qui serve d’étalon de mesure , et qui soit à l’abri de la température que doit éprouver la barre dont on veut mesurer la dilatation. Tous sentez bien que si vous vous servez d’un mètre, d’une mesure quelconque pour apprécier les dilatations, une fois que la barre sera échauffée, vous ne pourrez appliquer votre mesure contre le corps échauffé, car cette mesure se dilaterait aussitôt, et par conséquent vous auriez un résultat très erroné. Il faut nécessairement que vous puissiez prendre la dilatation avec une mesure invariable ; et pour cela, il faut la tenir à distance. Voici comment il faut concevoir qu’on pourrait procéder : soit A B, fig. 4? la barre dont on veut mesurer la variation de volume. On prend sa longueur à une température déterminée, en plaçant, par exemple, la barre dans de la glace fondante. Imaginez maintenant qu’à l’extrémité de cette barre on ait fixé un montant, une règle en métal, CD j, qui se recourbe horizontalement à une certaine distance en D; vous sentez très bien que lorsqu’on échauffera la barre, la température de cette barre n’ira pas influencer sur la petite règle DE : d’ailleurs, on peut les séparer par un écran. Si maintenant on place la barre A B dans une petite auge remplie d’eau qu’on échauffe successivement depuis zéro jusqu’à ï oo degrés, même plus loin , la barre s’allongera d’une certaine quantité , et le montant C D sera transporté parallèlement à lui-même; en même temps la petite branche D E 9 qui porte un vernier, correspondra successivement à différentes divisions d’un mètre, et donnera ainsi la mesure de la dilatation de la barre métallique. Nous supposons que dans cet appareil, l’une des extrémités de la barre est fixe; imaginons maintenant, fig. 5, que nous ayons un montant également recourbé à chaque extrémité de la barre; lorsque la barre est à la température zéro, il y a une certaine distance entre les deux bras horizontaux DË} GH. En échauffant la barre, en la portant à 100 degrés, par exemple, les deux bras s’éloignent d’une certaine quantité, et on obtient ainsi la mesure de la dilatation éprouvée parla barre, en lisant avec soin les divisions du mètre auxquelles correspondent les deuxpoints E,H.

Telle est l’idée la plus simple que nous puissions vous donner des méthodes que l’on a employées pour mesurer la di-

lalation des solides. Ces méthodes, en général, reviennent toutes à celles que je viens de décrire.

En soumettant ainsi les métaux et les diverses substances solides, réduits en cylindres ou en prismes àdifférens degrés de température, on est parvenu à construire des tables donnant la dilatation pour chaque corps. Voici quels sont les résultats généraux auxquels on est parvenu. Ou a reconnu que si l’on échauffait les corps solides depuis la température zéro, ou même depuis 3o degrés au-dessous de zéro, jusqu’à 100 et même i5o degrés au-dessus, les dilatations que les divers corps solides éprouvaient, étaient proportionnelles à la température. Ainsi nous avons une barre d’une certaine longueur que nous appellerons l’unité, par exemple, un mètre, a la température de zéro ; nous l’échauffons à 20 degrés, elle augmente d’une certaine quantité, par exemple, d’un millimètre ; nous continuons à l’échauffer jusqu’à 40 degrés , elle augmente d’une nouvelle quantité égalé à la première ; c’està-dire qu’elle se trouve augmentée de deux millimètres ; nous 1’échauffons jusqu’à 60, 80, 100 degrés, et elle est augmentée successivement de 3, de 4, de 5 millimètres. En un mot, les accroissemens de la barre sont proportionnels aux températures 20, 40, 60, 80 et 100. Voilà ce qu’on entend, en disant que pour des limites de température qui ne sont pas trop éloignées, comme, par exemple, depuis 3o degrés au-dessous de zéro, jusqu’à i5o degrés au-dessus, les dilatations des divers corps solides sont proportionnelles aux températures mesurées avec le thermomètre à mercure. Mais il ne faudrait pas généraliser ce résultat et croire que parce que en échauffant un corps solide jusqu’à 100 °, vous avez eu 5 millimètres de dilatation, en le chauffant jusqu’à 5oo°, vous auriez 25 millimètres. La dilatation marche dans un rapport bien plus considérable. Ainsi, en général, à mesure que l’on chauffe un corps solide, les dilatations cessent d’être proportionnelles aux élévations de température. Nous reviendrons plus tard sur cet objet; nous nous bornons, quant à présent , à considérer la dilatation entre deux limites de température qni ne sont pas trop éloignées comme entre — 20 et -f- i5o.

Je ne m’arrêterai pas à vous présenter ici les tables de dilatation que vous pourrez voir dans les ouvrages de physique et de chimie ; cependant je vous ferai remarquer que parmi les corps solides, il y a des différences très grandes à cet égard. Ainsi, par exemple, de zéro à 100% le platine se dilate de 7-, ' > tandis que le zinc se dilate de 7—, c’est-à-dire, à peu près quatre fois plus. Le plomb se dilate d’une quantité à peu

près semblable. Enfin il y a pour chaque métal particulier des variations très grandes. Le zinc et le plomb se dilatent le plus, le platine est celui qui se dilate le moins, les autres métaux, comme l’or, l’argent, le cuivre, le fer etc. , ont des dilatations intermédiaires. A côté du platine on peut mettre les substances vitreuses qui se dilatent aussi très peu, et particulièrement les terres cuites, la fayence sans biscuit, la porcelaine. Enfin des substances qui se dilatent infiniment peu, sont les fibres ligneuses considérées dans les cas de la longueur; car dans le sens perpendiculaire aux fibres, il y a des effets compliqués qui dépendent dece que ces fibres ne sont que juxta-posées, et de ce que l’eau joue un grand rôle dans tous ces corps. Mais je le répète, dans le sens de la longueur, les substances ligneuses se dilatent très peu, au point qu’on peut les considérer comme des pendules à peu près invariables.