DILATATION DES LIQUIDES

Nous nous sommes occupés, dans la dernière séance, de la dilatation des solides; nous allons, dans celle-ci, nous occuper de la dilatation des liquides.

Les liquides se dilatent, en général, beaucoup plus que les solides, et, pour le prouver, il suffit de citer le zinc et le mercure. Le mercure, parmi les liquides, est celui qui se dilate le moins; et le zinc, parmi les solides, est celui qui se dilate le plus. Or, le mercure se dilate de ^5 de son volume, depuis zéro jusqu’à ioo°; tandis qpe le zinc ne se dilate que de Ainsi le mercure, le moins dilatable des liquides, est beaucoup plus dilatable que le zinc, le plus dilatable des solides.

La dilatation des liquides ne peut être obtenue qu’en les enfermant dans des vases soumis à différens degrés de chaleur, et en cherchant alors les variations de volume qu’ils peuvent éprouver. Si les vases dans lesquels on met les liquides étaient de matière invariable par l’action de la chaleur, la question de la dilatation des liquides serait extrêmement simple, puisqu’elle se réduirait à remplir un vase d’un liquide à une température donnée, à zéro, par exemple, et à échauffer ce vase jusqu’à ioo°. Lors de la dilatation, il y a une portion du liquide qui s’échappe; on conserverait ce vase également plein du liquide dilaté ; on le pèserait dans cet état ou après l’avoir laissé refroidir; il est évident que le vase pèserait moins qu’avant, puisqu’une partie du liquide serait sortie du vase. La quantité de liquide qui se serait échappée , qu’on connaîtra par une simple soustraction, fournirait immédiatement la dilatation.

Mais voici un grave inconvénient qui se présente, c’est que les vases dans lesquels on met les liquides sont dilatables par l’action de la chaleur. Si, par exemple, nous avions un vase

aussi dilatable qu’un liquide, en échauffant les deux corps en» semble, rien ne sortirait; parce que si d’un côté le liquide augmente de volume; de l’autre côté, la capacité du vase que nous supposons aussi dilatable que le liquide , augmenterait flans la même proportion, et, par conséquent, l’excédant de capacité du vase suffirait pour contenir l’excédant de volume du liquide. Mais si nous supposons que nous ayons un vase rempli de mercure, comme le mercure est plus dilatable que le verre ; si on vient à échauffer les deux corps, il sortira une certaine quantité de liquide, mais seulement une quantité égale à la différence entre la dilatation du liquide et la dilatation du vase. Nous ne pouvons donc, par ce procédé , avoir immédiatement la véritable dilatation des liquides; mais nous allons voir comment on pourrait cependant en déduire cette dilatation, lorsqu’on connaît celle du verre.

Avant d’indiquer comment on peut parvenir à déterminer la dilatation des liquides dans des vases, nous allons indiquer une méthode au moyen de laquelle on est tout-à-fait indépendant de la dilatation des vases. Cette méthode, qui est fort simple, consiste à avoir, fig. 1 , deux colonnes de verre qui communiquent ensemble parle bas, au moyen d’un tube aussi en verre, qui est soudé à chacune d’elles. On verse un liquide, de l’eau, par exemple, dans chacune de ces colonnes, qui sont enveloppées d’une colonne plus large , afin que dans l’une on puisse tenir de l’eau froide à la glace, tandis que dans l’autre on tiendra de l’eau chaude, dont on fera successivement varier la température de manière à avoir io°, 20% 5o°, ainsi de suite. 11 s’agit d’apprécier les variations des deux colonnes, résultantes de ces différentes températures; ce qui est extrêmement facile. Vous vous rappelez que lorsqu’on a des liquides dans un tube , les pressions que ces liquides exercent sur les vases sont absolument indépendantes du diamètre du tube, de son irrégularité. Que ce soit un cylindre ou un cône, les bases étant lesmêmes, vous aurez toujours la même pression, pourvu que les hauteurs soient égales. C’est sur ce principe qu’est fondé le procédé que nous venons d’indiquer. Supposons que le liquide soit d’abord à la même température dans les deux colonnes. Dans ce cas, il doit se maintenir justement à la même hauteur dans ces colonnes. Je suppose maintenant que l’on échauffe l’une des colonnes , sans échauffer l’autre, alors la colonne que l’on échauffe va, pour pouvoir faire équilibre à l’autre, s’allonger d’une certaine quantité. Ce sera la différence de longueur entre les deux colonnes qui va nous donner immédiatement les dilatations. En effet, nous savons

que les densités sont en raison inverse des volumes; nous savons aussi que, lorsque deux colonnes de densité différente se font équilibre, les longueurs sont en raison inverse des densités. Par conséquent, nous conclurons de là que les volumes et les longueurs sont proportionnels entre eux. Donc nous pourrons dire que l’allongement de la colonne, qui est indépendant de la forme du vase , sera proportionnel à l’accroissement de volume que le liquide recevrait dans des vases qui seraient tout-à-fait inextensibles par l’action de la chaleur.

Cette méthode est, comme vous le voyez, extrêmement simple, puisqu’il ne s’agit que de bien lire l’allongement de la première colonne, sans avoir aucune correction à faire. Pour pouvoir mesurer avec exactitude la différence de hauteur de colonne, on adapte à l’appareil ou une vis micrométrique , ou de petites lunettes qui se meuvent par le moyen de vis , et on peut alors apprécier des centièmes de millimètre.

Cette méthode, quoique extrêmement simple, ne peuts’ap>pliquer à tous les liquides. Il y a une difficulté, c’est d’avoir exactement la température de la colonne dans toute son étendue; cela fait qu’on n’emploie pas ce procédé pour tous les liquides, et qu’on a recours à des appareils plus simples. Mais il faut qu’on connaisse la dilatation d’un liquide par ce procédé,.qui est tout-à-fait indépendant de la dilatation des vases, pour qu’ensuite on puisse se servir de ce même liquide pour connaître les corrections qu’il faut faire lorsqu’on se sert de vases extensibles par la chaleur. Pour connaître la loi de dilatation d’un liquide, on fait varier la température dans l’une des colonnes, et Ton construit une table dans laquelle on a, d’un côté, les variations de température, et de l’autre, les variations de longueur correspondantes qui sont proportionnelles aux variations de volume. MM. Petit etDulong se sont servis de ce moyen pour connaître la dilatation du mercure, et ils l’ont donnée avec beaucoup de soin, de manière que c’est celle-là que nous choisirons pour ensuite déterminer la dilatation des autres liquides.

Voyons maintenant, si on voulait déterminer la dilatation d’une manière plus simple, avec les appareils qu’on a toujours à sa disposition, tels qu’un simple vase, comment on pourrait s’y prendre. On peut prendre des vases qui seraient exactement bouchés àl’éméri, on prend la capacité de ce vase, par les moyens que nous avons indiqués en parlant de la détermination des densités. Je dois vous parler d’un phénomène qui est assez curieux relativement à la dilatation des vases ou des enveloppes solides qui retiennent les liquides. Si on sup-

pose une boule surmontée d’un tube, qu’on remplit de liquide et qu’on plonge subitement dans de l’eau chaude, l’eau communiquant sa chaleur à l’enveloppe , parce que la chaleur se communique de couche en couche, il en résulte une augmentation de capacité du vase, car lorsqu’un vase s’échauffe, tous ses diamètres augmentent comme si ce vase était solide; il faut alors plus de liquide pour tenir ce vase plein au même degré, par conséquent le liquide va baisser dans ce tube d’une quantité assez notable; mais ensuite le liquide remonte asse& vite, parce que la chaleur pénétrant dans le liquide, le dilatera, et bientôt la dilatation du liquide l’emportera sur la dilatation du corps solide.

Je reviens à notre expérience : soit un vase, fig. 2, terminé par un tube très étroit, forme qui permet de déterminer d’une manière précise le volume sur lequel on opère; car après avoir rempli ce vase, il suffit de passer le doigt sur l’extrémité du tube , pour être sûr d’avoir la capacité avec la plus grande précision. On ne pourrait avoir la même exactitude , si l’on employait des vases larges. On remplit entièrement le vase de liquide à une température déterminée, par exemple, à zéro, et on en prend le poids: on met ensuite ce vase dans l’eau bouillante et on le laisse dans cette eau, jusqu’à ce qu’il en ait pris parfaitement la température; ce qui exige environ 20 minutes. A mesure que le liquide se dilate, il est évident qu’une portion de ce liquide doit s’échapper par le petit tube. Lorsque je suis bien assuré que le liquide de mon vase a pris la température de l’eau bouillante, je passe de nouveau le doigt sur l’extrémité du tube , et je retire le vase de l’eau. La quantité de liquide qui s’est échappée va être reconnue faci lement par la pesée que l’on fera de ce vase, quand il sera revenu à une température déterminée, comme celle de la glace. Pour le ramener à cette température, il suffira de le tenir plongé dans un bain de glace; et c’est ici qu’on sent l’avantage de la forme que l’on a choisie pour le vase qui sert à faire ces expériences; il serait assez difficile avec un vase un peu large de refroidir exactement sa partie supérieure, sans la plonger dans la glace, et alors il y aurait danger de mélange. Avec un tube d’un diamètre très petit, on peut le laisser s’élever au-dessus de la glace, sans qu’il puisse en résulter d’erreur sensible.

Vous concevez donc bien qu’en échauffant un vase rempli de liquide, d’eau, par exemple, à la température de zéro, et en la chauffant ensuite jusqu’à 100% il y aura nécessairement une portion de liquide qui s’en ira, et qu’en pesant ensuite le vase après lû refroidissement, vous connaîtrez, par cette

nouvelle pesce comparée à la précédente , la quantité de liquide qui s’est échappée. Si le vase, comme il faut le supposer d’abord , n’était pas dilatable , il est évident que si l’on a un petit appareil, fîg. 3, donttoute la partie AB soit pleine, lorsque le vase est à la température de zéro, et que l’on échauffe, il y aura une portion de liquide qui s’échappera; si ensuite on laisse refroidir, ce vase n’est plus rempli que de A et C. Il est clair que ce serait ce volume de liquide, donné par son poids, qui occuperait tout le vase lorsqu’on porterait ce liquide à une température de 100 degrés.

Le rapport de la quantité de liquide contenu dans ce vase , à la quantité de liquide qui reste maintenant, vous donnera la dilatation , c’est-à-dire , qu’il faudra pour connaître la dilatation, diviser le poids primitif du liquide, par le poids qu’il a après qu’une portion s’est échappée par la dilatation.

Mais en raison de ce que le vase est dilatable , il faut nécessairement faire une correction. Pour cela, il faut avoir recours à la dilatation propre du corps qui forme la matière solide. Si ce vase est en verre, il faudra prendre la dilatation du verre ; on l’a donnée plusieurs fois dans cet ouvrage ; mais les verres sont très variables dans leur nature ; c’est-à-dire que s’il s’agissait de faire des expériences très délicates, vous auriez des différences assez notables. Les verres qui contiennent du plomb se dilatent plus que ceux qui n’en contiennent pas. Suivant la composition du verre même, il y a dès différences assez grandes. On commet donc presque toujours une erreur, mais en prenant une moyenne entre les nombres les plus exacts, l’erreur pourra être négligée..

Gomment faire pour obtenir exactement la dilatation ? C’est là ce que nous proposons d’indiquer brièvement. Le verre se dilate, par exemple, depuis zéro jusqu’à 100 degrés, qui est l’étendue dans laquelle nous faisons notre expérience, poui l’unité, de 0,00087, c’est-à-dire qu’une règle dont la longueur serait exprimée par un, augmenterait de 87 dix-millièmes. Pour avoir la dilatation cubique, il faut tripler ce résultat; par conséquent la dilatation cubique sera exprimée par o,oo2(>» Telle est la quantité dont un vase de verre augmente depuis zéro jusqu’à ioo°. Ainsi, si nous prenons une quantité d’eau qui soit exprimée par 12/j grammes, dans le commencement de l’expérience, le vase qui renfermait cette quantité d’eau renfermait un volume exprimé par 124 centimètres cubes. A 100", cette quantité sera augmentée des 26 dix-millièmes de 124, et alors le vase sera devenu 124? plus une certaine quantité que je vais représenter par une lettre, par a?, par

exemple. Ainsi le vase dilaté, sans y mettre de liquide, sera devenu 124 plus a*. Ce sera 124 X 1 + 0,0026. Yoilà la capacité du vase maintenant qu’il est soumis à l’action de la chaleur, tandis que précédemment elle était exprimée par 124.

Lorsque nous avons échauffé notre liquide à 100 degrés et que nous laissons refroidir, il y a une portion de liquide qui aurait dû s’échapper, qui ne s’en va pas, qui reste pour emplir cette augmentation de capacité du vase. 11 est très aisé de calculer cette portion de liquide qui aurait dû s’échapper, si le vase eût été inextensible. Lorsqu’on a un même vase, ayant des capacités différentes, avec un même liquide qu’on peut supposer renfermé dans ce vase, on obtient facilement ces variations de capacité, puisque les capacités sont proportionnelles au poids. Ainsi à zéro, le vase pesait 124, à 100 degrés il ne pèse plus que 118. Par conséquent la différence entre ces deux nombres exprime la quantité qui s’est échappée ; mais il ne s’en est pas échappé assez, et ce nombre est nécessairement trop grand : car si le vase ne se fût pas dilaté , vous concevez bien qu’il y aurait eu une plus grande quantité de liq uide qui serait sortie du vase. Il devient donc nécessaire de faire une correction, et pour cela il suffit d’établir la proportion suivante : Puisque 1 18 grammes se trouvent dans le vase qui est dilaté, c’est-à-dire dans le vase dont la capacité est 124 (1 *4- 0,0026), il doit se trouver un plus petit nombre de grammes dans le vase dont la capacité serait seulement 124» C’est-à-dire qu*en représentant ce plus petit nombre par œ9 nous aurions :

x nous représentera la quantité véritable de liquide qui serait restée dans le vase, s’il ne se fût pas dilaté : et en divisant le poids du vase entièrement plein , c’est-à-dire 124 par x, nous aurions la dilatation.

Tels sont les divers moyens qu’on emploie pour parvenir à la dilatation des liquides en opérant dans des vases solides , dont on connaît parfaitement la dilatation linéaire , et par suite la dilatation cubique.

Nous allons maintenant nous occuper de rechercher comment les liquides se comportent entre eux relativement à la dilatation. Si l’on compare l’eau à l’alcool, l’alcool à l’éther, l’éther à une huile, on trouve de très grandes différences. Il n’y a aucune loi à établir à cet égard.

Si l’on prend le même liquide pour étudier sa dilatation, voici ce que l’on remarque : il y a des liquides qui 11e chan-

gent pas facilement d’état, qui doivent être exposés à une température très élevée pour se volatiliser, ou à un froid très considérable pour se congeler; il y en a d’autres, au contraire, qui changent facilement d’état, comme l’éther qui bout très facilement à 36% l’alcool qui bout à peu près à 78% l’eau qui bout à 100% tandis qu’il y a les huiles volatiles qui ne bouillent qu’à i55%îles huiles fixes qui en exigent 3oo, le mercure qui en exige 56o.

Ce que l’on remarque en général, relativement à la régularité de la dilatation de ces divers liquides, c’est que lorsqu’on considère la dilatation fort loin des points où le liquide peut changer d’état , pour se gazifier ou se solidifier , alors les augmentations de volume que le liquide reçoit sont sensiblement proportionnels à la température. Mais lorsque l’on prend des liquides qui changent très facilement d’état, ou que, même pour ceux qui ne changent pas facilement d’état, on les prend près du point où ils vont en changer , alors ces dilatations sontirrégulières , et en général , elles vont croissant à mesure qu’on s’approche du terme de leur ébullition. C’est ce que nous allons établir en prenant quelques liquides, comme l’eau , l’alcool et l’huile , et en faisant des thermomètres avec ces divers liquides, comme on en a fait un pour le mercure; c’est-à-dire qu’on remplit d’eau, par exemple, une boule surmontée d’un tube supposé parfaitement cylindrique. On plonge cette boule dans de la glace , et l’on marque le point où l’eau s’arrête dans ce- tube. On chauffe ensuite cette eau sans s’inquiéter de sa dilatation, jusqu’à 100 degrés. La distance entre ces deux points extrêmes qui correspondent à nos deux points extrêmes dans le thermomètre à mercure , est divisée en cent parties égales. Nous ferons la même chose pour d’autres boules semblables, dans lesquelles nous mettrons de l’huile, de l’alcool, etc.; nous aurons de cette manière des thermomètres centigrades à eau, à huile, à alcool. Il est clair que ces divers thermomètres doivent s’accorder parfaitement dans les points extrêmes que nous avons déterminés, en les plongeant dans de la glace et dans de l’eau à ioo°. Nous allons supposer maintenant qu’on les expose successivement à des températures croissantes ou décroissantes, et nous examinerons leur marche comparative. Il est évident que si les divers liquides se dilataient d’une manière uniforme, nos instrumens devraient toujours être parfaitement d’accord et indiquer constamment la même température. Nous allons voir ce qui arrive d’après les expériences de Davy. Je prends le mercure , l’alcool rectifié , l’huile d’olive^ l’eau et l’eau salée.

Mercure. Alcool rectifié. Huile d’olive. Eau. Eau salée.

Je suppose qu’on ait plongé tous nos instruirons dans un bain d’eau à la température de 75% marqués par le thermomètre à mercure. Dans ce cas, l’alcool rectifié marque 70°25, l’huile d’olive marque 74% 1 au lieu de ^5°; il y a une différence d’un degré : cela peut provenir de ce que l’huile est un corps visqueux qui coule difficilement ; de sorte que lors même que l’huile se dilaterait d’une manière uniforme , on pourrait s’attendre à des inégalités. L’eau ne marque que 57°. Voyez quelle erreur énorme vous auriez, si vous construisiez un thermomètre à eau. Le sel corrige l’irrégularité de la dilatation de l’eau; lorsqu’on emploie un thermomètre fait avec de l’eau salée, l’erreur n’est plus que de 5°, 6 à peu près.

Si l’on plonge ensuite les mêmes instrumens dans de l’eau à 5o°, marqués par le thermomètre à mercure, on remarque des différences dans le même sens; il en est de même lorsqu’on plonge ces instrumens dans de l’eau à 25°, et, enfin , en les plongeant dans de l’eau à zéro, ils s’accordent tous ensemble.

Ces résultats suffisent pour montrer clairement que les liquides que j’ai pris pour exemple sont bien loin de se dilater d’une manière uniforme. Il n’y a que l’huile qui se dilate sensiblement comme le mercure. Or, nous remarquerons que l’huile et le mercure ne bouillent que très tard, et que le mercure ne se congèle également que fort tard, à peu près à 4*>° audessous de zéro.

Ainsi nous voyons que les liquides se dilatent d’une manière tout-à-fait irrégulière, et nous remarquons en même temps que ce sont les liquides les plus fixes qui, dans les limites de température dont je vien^9 de parler, se dilatent le plus proportionnellement à la température exprimée par le thermomètre à mercure; et que lorsqu’on prend des liquides très volatils, les dilatations de ces liquides sont très irrégulières. Il faut étendre notre résultat; c’est que si l’on prend l’huile ou d’autres liquides qui bouillent très tard, mais près du point de leur ébullition, alors leurs dilatations deviennent irrégulières. II en est de même, si on les prend près du point où ils vont se solidifier.

Ce principe peut servira vous diriger, lorsque vous voudrez

construire des instrumens propres à mesurer d’une manière exacte les variations de chaleur.

Je viens de dire que l’eau se dilatait d’une manière tout-à-fait irrégulière. Comme c’est un liquide qui joue un grand rôle dans la nature, qu’il interv ient dans les expériences de chimie, dans celles de physique, il est nécessaire de connaître plus particulièrement la marche de ce liquide. C’est de tous les liquides connus jusqu’à présent, ou, pour mieux dire, de ceux sur lesquels on a fait des expériences, celui qui se dilate de la manière la plus bizarre, la plus singulière.

Nous avons établi enprincipequelachaleurdilataitlescorps, l’eau forme une exception à ce principe. La chaleur, au lieu de dilater l’eau, la condense, à un certain degré qui n’est pas très éloigné des températures ordinaires, ou ce qu’on appelle la glace fondante. Comme on rapporte les densités des autres corps à celle de l’eau, il importe de connaître la véritable marche de ce liquide. Beaucoup de physiciens s’en sont occupés, et, en dernier lieu, un physicien suédois, d’après les expériences duquel M. Hallstrom a donné une table qui va depuis o° jusqu’à 3o°, dans laquelle on a les dilatations de l’eau, et par suite les densités et les volumes correspondans.

Outre cette table, il y en a de très bien faites : celle du docteur Gilpins et celle deBlagden. Ces tables, comparées entre elles , ne s’éloignent pas beaucoup des mêmes résultats : ce qui doit nous inspirer de la confiance dans leur exactitude.

Yoici quels sont les résultats donnés par Hallstrom.

Soit de l’eau que nous supposons à la température de zéro, sa pesanteur spécifique, sa densité sera prise pour unité. Si, à partir de ce point, nous la chauffons graduellement, à i°, 2°, 3°, 4°, 4° tô, voici ce que les densités vont devenir:

A o° la densité est exprimé par î ;

A i° la densité devrait être plus petite, tandis qu’elle va aller en augmentant, ainsi nous aurons;

A o° la densité est de î;

A i° i,oooo466;

À 4°tÎj 1,00010824;

A 6° i,oooo856;

A 70. 1, oooo355 ;

C’est à 4 °T5 qu’est le point du thermomètre auquel correspond la plus grande densité de l’eau. Vous remarquerez

— 5oo —

qu’à ti0Tô9 l’eau a une densité qui est de plus grande

que la densité de l’eau à la température de zéro.

Si l’on prend les degrés après 4° tV? alors la densité commence à aller en diminuant , en se conformant à la loi générale.

A 8°-^ nous tombons sur un nombre égal au premier. De sorte que les dilatations vont d’abord en augmentant depuis zéro, si les densités augmentent les volumes diminuent; et qu’ensuite, à partir de40T^) les dilatations vont en diminuant, et par conséquent les volumes vont en augmentant. A partir du point maximum et à égale distance de chaque côté de ce point, les dilatations sont exprimées par un même nombre.

Une chose fort remarquable , c’est que l’eau peut être maintenue liquide au-dessous de zéro, même à plusieurs degrés.

Le maximum de densité de l’eau se trouve à 4° s? d’après Hallstrom; d’après le docteur Gilpins et Blagden, et d’après le docteur Hope , il est à 5°

Enfin, d’après Tralès, il est à 4° tô- Après que l’eau a dépassé son maximum de densité elle continue à se dilater, mais d’une manière irrégulière. Les dilatations croissent très lentement jusqu’à îo degrés; mais à mesure que l’eau s’échauffe , les dilatations marchent extrêmement rapidement.

Il s’agit maintenant de déterminer avec exactitude ce maximum de densité de l’eau. Tous sentez que les moyens dont nous avons’ déjà parlé pour la détermination des densités ne pourraient vous donner une exactitude aussi grande que celle dont nous avons besoin. Il faut, par conséquent, avoir recours à d’autres moyens. Il y en a un qui consiste à prendre un corps solide, tel qu’un cube ou une boule de cuivre, de laiton ou de verre, dont on connaît bien la dilatation. M. Lefèvre-Gineau au lieu de s’en rapporter aux dilatations données dans les ouvrages, a pris lui-même la dilatation du métal dont il se servait. Après qu’on a choisi un corps solide , on le leste de manière qu’il soit de même densité que l’eau. Vous concevez que dans ce cas, si on le plonge dans l’eau, il y reste comme en équilibre et peut être suspendu par un simple cheveu. Si maintenant l’on échauffe l’eau, le cylindre se dilatera en s’échauffant, et par conséquent il déplacera un certain volume d’eau qu’il sera facile de déterminer, puisque nous connaissons l’accroissement de volume que ce corps solide peut recevoir à une température donnée. Si donc l’eau, en s’échauffant, ne se fût pas dilatée et n’eût pas augmenté de densité, vous sentez qu’alors l’instrument déplaçant un plus grand volume de liquide , perdrait une plus grande partie de son

— 3oi —

poids, et qu’il faudrait pour rétablir l’équilibre ôter des poids de l’autre plateau; mais il y a un fait compliqué. En même temps que le liquide s’échauffe il se dilate ou il se contracte, de sorte que nous connaîtrons par la marche des pesées le maximum de densité de l’eau , car au maximum de densité , le volume du liquide déplacé est plus pesant. Par conséquent la correction qu’il faut faire deviendrait plus forte. C’est par des pesées successives, faites depuis zéro jusqu’à i°, 2°, 3% 4°, 5°, et en reversant plusieurs fois de suite qu’on est parvenu à trouver que c’était à 4 degrés ou un peu plus que se trouvait le maximum de densité. Ce moyen est très exact.

En voici un autre employé par Rumford d’abord, et ensuite par le docteur Hope. Ce moyen consiste à prendre de l’eau qu’on renferme dans une cloche, fig. 4? qui est entourée d’un manchon creux, A , dans lequel on met un mélange frigorifique, composé avec de la glace et du sel, ce qui donne un froid d’environ 20° au-dessous de zéro. Que va-t-il arriver en prenant cette eau à la température ordinaire, par exemple, à io° ? Toutes les parties d’eau qui sont en contact avec la zone froide, vont se refroidir, mais en se refroidissant elles deviennent spécifiquement plus pesantes, et par conséquent elles vont descendre vers le fond; de sorte qu’il y aura un courant qui ira de haut en bas; et si l’eau tendait à devenir de plus en plus dense à mesure que la température baisse, il est évident que nous aurions toujours dans le bas la température la plus basse, parce que toutes les parties refroidies iraient au fond ; mais si l’eau a un maximum de densité à 4 degrés , que va-t-il arriver quand l’eau sera parvenue à 4 degrés? Vous concevez qu’alors les parties en contact avec la zone froide serontpluslégères, etque, par conséquent, ilne pourra plusy avoir de courant : de sorte qu’en cherchant la température indiquée par le thermomètre dans le plus bas, nous aurons le maximum de densité.

Dans l’expérience que nous venons d’indiquer, il faut se rendre indépendant de la température ambiante; ce qui se fait en enveloppant l’appareil avec du duvet.

Ajoutons encore, comme particularité qui appartient aussi à l’eau, que lorsqu’elle se congèle, au lieu de donner, comme beaucoup d’autres corps, un solide qui soit plus dense que l’eau elle -même, elle donne un corps beaucoup plus léger. Ainsi la glace ne pèse que 9i4millièmes, l’eau pesant 1000 millièmes ou un. Par conséquent, la glace est d’un millième plus légère que l’eau. C’est ce qui explique pourquoi la glace se trouve toujours à la surface des rivières. A la vérité, on a expliqué aussi la suspension de la glace sur l’eau par des vides

qu’elle renferme: mais ces vides ne font qu’augmenter la légèreté de la glace. Supposons que nous ayons de la glace aus si pure que du cristal, cette glace mise sur l’eau n’irait jamais au fond, elle surnagerait toujours , à moins qu’on n’employât des moyens mécaniques pour la forcera descendre au-dessous de la surface.

C’est le maximum de densité de l’eau à 4% qui nous fait concevoir que les fonds des grands lacs, lors même que leur surface viendrait à geler, ne seraient jamais à la température de zéro; parce qu’il se passera, à l’égard des lacs, ce qui se passait à l’égard de notre appareil. Ainsi, à moins que toute la masse liquide ne vienne à geler, on ne trouve jamais le fond des lacs gelé. L’eau qui contient du sel gèle plus difficilement. L’eau qui contient sur 1 00 parties d’eau , 55 de glace , ne gèlerait qu’à 20 degrés au-dessous de zéro, et ensuite elle gèle proportionnellement à la quantité de sel qu’elle renferme. Dans ce cas, le maximum de densité est reculé, jet s’éloigne autant du point de congélation qu’il l’est lorsque l’eau est pure : de sorte que, par les mêmes principes que nous exposions tout à l’heure, le fond des mers ne doit pas être non plus à la température de zéro, à moins qu’il n’y ait des courans uniformes qui viennent le faire geler.

Une autre application du maximum de densité, mais qui a moins d’intérêt que la précédente, c’est qu’on a remarqué que dans les montagnes où il y a des glaces permanentes, il se forme, durant l’été, des trous appelés des puits de glaces. Supposons une masse de glace soumiseaux chaleurs de l’été, et qu’il y ait sur cette glace quelque petite inégalité, la chaleur fondant la glace, il se forme un petit fdet d’eau; l’eau qui est immédiatement en contact est à zéro ; par conséquent , elle est moins dense que l’eau qui est à la surface, et celle-ci, par conséquent, tombe au fond où elle porte de la chaleur, fait fondre une partie de la glace, et reprend la température de zéro. Pendant ce temps , l’eau à zéro qui était remontée à à la surface s’échauffe , et aussitôt qu’elle arrive à 4% elle descend au fond.

C’est ainsi qu’on conçoit facilement comment une masse de glace peut être creusée, tandis que si l’eau était plus dense à zéro, les couches d’eau échauffées par le soleil ne pourraient se précipiter, et, par conséquent, il n’y aurait pas de creusement de glace. On trouve de ces cavités qui ont plusieurs pieds, et même plusieurs mètres de profondeur.

IMPRIMERIE DE E. DUVERGER

HUE DE VERNEM1 , K. 4.