CAPACITÉ DES CORPS POUR LA CHALEUR

Après avoir indiqué les moyens de prendre la densité des fluides élastiques non permanens, ou vapeurs, nous allons continuer l’examen des effets de la chaleur sur les corps. En parlant de la dilatation des corps par la chaleur, nous avons examiné ce qui se passe lorsqu’on porte ces corps d’une température à une autre ; mais nous n’avons pas fait attention à la dépense de chaleur , nous n’en avons tenu aucun compte ; nous nous sommes bornés avoir le résultat final, la dilatation. Il nous reste à considérer maintenant quelle est la dépense de chaleur qui est nécessaire pour porter les corps d’une température à une autre.

Si l’on opérait sur des poids égaux de matière, par exemple, un kilogramme d’eau, de soufre, de fer, de plomb, ainsi de suite, on reconnaîtrait bientôt que, pour les porter de zéro à ioo°, ces corps ne demandent pas la meme quantité de chaleur ou la même quantité de calorique. Les uns en exigent plus, les autres moins. Ainsi, pour échauffer, par exemple, de l’eau depuis zéro jusqu’à ioo°, il faut une certaine quantité de chaleur qui reste combinée avec l’eau. Si vous prenez du mercure, pour l’échauffer de même depuis zéro jusqu’à 100% il faudra une quantité de chaleur 3o fois plus petite, c’est-àrdire qui sera le trentième de celle que l’eau prend pour parcourir la même étendue de température.

On exprime celte propriété des corps d’exiger des quantités de calorique différentes, pour passer d’une température à une autre, par le nom de capacité des corps pour le calorique, et la quantité de calorique exigée pour chaque corps s’appelle calorique spécifique.

La question que nous nous proposons maintenant d’examiner, c’est la recherche des quantités de -calorique nécessaires pour élever les divers corps, en les supposant sous le même poids, d’un égal nombre de degrés. Les nombres que nous trouverons seront des rapports qui exprimeront les capacités d’une manière analogue à celle dont on exprime les

densités.

Peut-être me direz-vous : comment le thermomètre ne fait-il pas connaître immédiatement ces quantités de chaleur? Lu peu de réflexion vous convaincra que le thermomètre ne peut nous servir pour cet objet. En effet, qu’esl-ce qu’indique le thermomètre ? îl indique que le corps avec lequel il est en contacta exactement la même température que lui ; voilà tout. Le thermomètre ne peut dire autre chose, lorsque l’équilibre de température est établi , sinon que les corps avec lesquels il est en contact ont la même température que lui, que le calorique a la même tension dans ces divers corps. Pour mieux vous faire comprendre ceci, je vais vous citer un exemple.

Si vous aviez des réservoirs de capacités différentes , communiquant tous par le bas an moyen de tuyaux, l’éîyn jsé maintiendrait de niveau dans tous ces réservoirs , dans ceux qui seraient formés par de larges cuviers comme dans ceux qui seraient formés par de petits tonneau!. Le thermomètre fait la même chose relativement aux corps; il mesure la hauteur du calorique dans ces corps. Mais comme la hauteur de la colonne d’eau ne fait pas connaître la quantité de liquide contenue dans le tonneau , de même le thermomètre ne fait point connaître la quantité de chaleur renfermée dans les corps.

Il faut donc avoir recours à des moyens particuliers pour déterminer ces quantités de chaleur. Or, voici des moyens bien simples qu’on peut employer. On a reconnu qu’un Corps échauffé, étant mis en contact avec de la glace, pouvait en fondre une certaine quantité. Il faut dire que la glace , uriéf fois qu’elle est à la température de zéro, ne peut être échauffée davantage; toute ta chaleur qu’on lui communiqué est employée à la fondre. Nous n’avons pas de glace à 'ùffiï 5%

I! faut, pour fondre la glace, consommer une Ce rt aîné

quantité de chaleur; car autrement, s’il ne lui l'allait point de chaleur, on concevrait que, dès que l’on aurait une masse de glace , une légère addition de chaleur suffirait pour la fondre. Ainsi donc la glace ne se fond qu’en se combinant avec une quantité très notable de chaleur, et cette quantité de chaleur est proportionnelle à la quantité de glace, c’est-àdire que si vous avez un kilogramme de glace, il faudra, pour la faire fondre, une certaine quantité de chaleur; si vous avez deux, trois... kilogrammes, il faudra, pour les faire fondre, une quantité de chaleur double, triple. .. ; en un mot, il faud rades quantités de chaleur proportionnelles au poids de la glace qu’il s’agit de fondre.

Cela admis, si vous mettez un corps échauffé avec de la glace, ce corps échauffé va nécessairement communiquer sa chaleur à la glace, et finira par prendre la même température qu’elle, c’est-à-dire par venir à zéro. Le résultat de cette communication de la chaleur par le corps échauffé à la glace sera une certaine quantité d’eau.

Si tous les corps pris sous le même poids avaient la même capacité, c’est-à-dire s’il leur fallait, pour aller de zéro à ioo°, la même quantité de chaleur, n’est-il pas évident qu’ils fondraient tous des quantités égales de glace ? Maintenant un corps qui aura une capacité de moitié seulement, ne pourra fondre que la moitié de la glace que fondent les autres corps. Un corps qui aura une capacité vingt fois plus petite ne pourra donner que vingt fois moins de chaleur, et ainsi de suite,

Dans cette manière de mesurer les capacités des corps, la quantité de glace fondue sera proportionnelle aux capacités, et réciproquement les capacités seront proportionnelles aux quantités de glace fondue.

D’après ce principe , on peut employer une méthode très simple pour déterminer les capacités des corps. Mais, je le répète, pour le concevoir d’une manière aussi simple que possible, nous n’aurons qu’à nous figurer tous les corps sous le même poids, qui sera le kilogramme, par exemple; si vous prenez des poids différées, vous les ramènerez au kilogramme par le calcul.

Ayant donc pris tous les corps sous le même poids, nous les supposerons échauffés à une température déterminée, que je supposerai ici de 57° et, ainsi échauffés, nous les mettrons en contact avec de la glace La manière la plus simple d’opérer ce contact, est de concevoir qu’on ait un morceau de glace creux, fig. 5; ce qu’il est facile de.se procurer en hiver, en

faisant geler de l’eau dans un seau. On forme ensuite une capacité dans cette glace avec un fer chaud, ou, mieux encore, en faisant préparer un petit seau qui s’enfoncerait d’une certaine quantité dans le grand. L’eau se gèle tout autour, et il ne s’agit plus que de dégager le seau intérieur ; pour cela on y jette un peu d’eau; cette eau fond la couche de glace qui environne le petit seau, qu’on peut alors retirer avec la plus grande facilité. On a ainsi un puits de glace, dans lequel on enfermera les corps. Il y a une attention à avoir : si l’on mettait le corps échauffé de manière qu’il regardât l’air par le haut, il renverrait du calorique rayonnant, qui ne serait pas employé à fondre la glace, et alors nous aurions des erreurs dans notre résultat. Il faut que rien ne se perde ; c’est pour cela qu’on a un plateau de glace servant de couvercle, de manière que le calorique rayonnant qui part du corps vient frapper ce couvercle, et fait fondre la glace dont il est formé. Quand le corps est resté un temps sufïisantpour communiquer sa chaleur à la glace, et prendre lui-même la température de zéro, on recueille l’eau qui est le résultat de la fusion de la glace, et on en prend le poids. Pour opérer avec plus de précision, on enlève avec des linges pesés d’avance, l’humidité qui peut rester dans le puits de glace , et on en ajoute le poids au poids de l’eau qu’on a recueillie.

D’un autre côté, comme l’air est en contact avec la glace et qu’il est plus chaud, il la fond; mais le résultat de l’action de l’air sera de fondre la glace à l’extérieur, et l’eau qui en proviendra ne se mêlera pas avec celle de l’intérieur. Néanmoins, comme ces expériences se font ordinairement en hiver, il est facile de se placer à une température peu différente de zéro.

Telle est la manière simple qu’on peut employer pour déterminer les capacités des différens corps pour le calorique.

On a fait l’expérience sur divers corps et on a trouvé que les corps suivans portés à la température de 3? 0 £ ont fondu, savoir :

Un kilogramme d’eau o sr- , 5oo,

Un kilogramme d’huile ogr- , 25o,

Un kilogramme d’acide sulfurique concentré ogr- , 166,

Un kilogramme de verre ogr , 100,

Un kilogramme de mercure osr» , o i5.

Telles sont les quantités de glace fondue par ces différens corps. Mais comme c’est ici une propriété nouvelle que nous mesurons, il faut prendre une unité de mesure pour les capacités des corps, comme nous avons déjà pris pour mesurer

ks densités le poids de l’eau renfermée sous un certain volume, il n’y a pas de raison pour que nous prenions un autre corps que l’eau pour notre unité de capacité. Ainsi nous prendrons la quantité de chaleur, que l’eau cède à la glace en passant de la température de 5?° J à la température zéro, et nous appellerons cela un ou 1000; et il suffira d’exprimer d’une manière proportionnelle les quantités de calorique qui sont données par les autres corps. Ainsi nous aurons :

Capacité de l’eau i, ooo,

de l’huile o, 5oo,

de l’acide sulfurique o, 552, du verre o, 200,

du mercure o , o3o .

En prenant d’autres températures que 37° \ ; en portant, par exemple , les corps à 10 °, à 20 °, à 3o°, etc., nous aurions trouvé d’autres nombres, mais qui auraient entre eux les mêmes rapports que ceux que nous venons d’énoncer. Mais, en général, on entend par capacité des corps pour le calorique, ou par calorique spécifique , la quantité de chaleur ou de calorique qui est nécessaire pour élever d’un degré la température de tous les corps.

La méthode que nous venons de vous expliquer, quoique la plus simple pour l’expérience, ne s’applique pas toujours facilement à la détermination de la capacité des corps. Si 011 avait de la glace parfaitement compacte , il n’y aurait aucune objection à faire. Mais il arrive le plus souvent que les morceaux de glace ont des fentes par lesquelles l’eau s’échappe. Pour remédier à cet inconvénient, on se sert d’un appareil, désigné par le nom de calorimètre , qui a été imaginé par Laplace et Lavoisier; il est destiné à remplacer le puits de glace.

Cet appareil, fig. 6, se compose d’une capacité intérieure A , propre à recevoir le corps chaud; d’une enveloppe extérieure BC qui renferme de la glace. Si cette enveloppe était exposée immédiatement à l’action de l’air , cet air ferait fondre une partie de la glace extérieure , et l’eau provenant de la fusion se mêlerait avec l’eau provenant de la fusion de la glace intérieure, et l’on ne pourrait plus compter sur l’exactitude des résultats. Pour éviter cet inconvénient qui n’existait pas dans le puits de glace, on a une troisième enveloppe DE qui renferme également de la glace. Cette glace sera fondue par l’action de l’air extérieur. Mais l’eau résultant de la fusion de cette glace ne se mêlera pas avec l’eau provenant de la fusion de la glace contenue dans l’enveloppe B C • En effet il y a deux robinets JR , r , dont le premier donne le

résultat de la fusion par le corps échauffé , et le second donne le résultat de la fusion par l’air extérieur. Pour qu’il n’y ait point de chaleur de perdue , le couvercle de la capacité A est recouvert de glace; et enfin, pour empêcher l’action de l’air extérieur, on se sert d’un couvercle F également recouvert de glace.

Il y a une attention à avoir lorsqu’on se sert de cet appareil. Tout le monde sait que lorsqu’on jette de l’eau sur de la neige, la neige ne la laisse pas écouler; elle s’en imprègne comme une éponge. Si donc nous mettions de la neige au lieu de glace dans notre appareil, il serait possible que nous n’eussions pas un fdet d’eau, parce que toute l’eau résultant de la fusion s’imbiberait dans la neige, ety serait retenue par l’action capillaire. Ainsi, d’après cela, il est évident qu’on ne peut employer la neige. On emploie de la glace pilée qui produit plus ou moins cet effet de la neige. Cet inconvénient n’a pas échappé aux habiles physiciens à qui nous devons le calorimètre ; pour y remédier, ils ont pris de la glace qu’ils ont laissé fondre un peu, afin que toute l’eau qui pouvait être retenue par l’affinité capillaire le fût avant qu’on soumît le corps à l’expérience, et qu’après on n’eût que l’eau résultant de la fusion de la glace.

Il nous reste à vous dire comment il faudrait s’y prendre, si l’on avait à prendre la capacité de liquides, ou de corps qui doivent agir sur l’eau, comme la chaux, l’acide sulfurique. Comme on ne peut alors mettre ces corps immédiatement en contact avec l’eau ou la glace, on est obligé de les enfermer dans un flacon dont la capacité doit être prise d’avance. On peut encore s’y prendre d’une autre manière, c’est d’échauffer le vase à la température de 57°^, et de le mettre ainsi dans l’appareil : il fondra une partie de la glace. Lorsque le vase a pris lui-même la température de la glace, alors on y met le corps. On retranche la quantité d’eau fondue par le vase de toute la quantité d’eau qui a été fondue; ce qui reste est la quantité due au corps.

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