LOIS DU REFROIDISSEMENT

Nous allons pour terminer l’examen des divers phénomènes à considérer dans la chaleur, dire quelquesmots sur le refroidissement des corps dans un milieu. Lorsqu’un corps est plongé dans un milieu, comme dans l’air, et que ce corps est

échauffé , sa température s’abaisse peu à peu et finit par être la même que celle des corps environnans. Si l’on observe les variations de température, en comptant le temps pendant lequel ces variations ont lieu, on remarque que le corps étant échauffé, par exemple à ioo°, se refroidit beaucoup plus pendant la première minute du refroidissement qu’il ne se refroidit pendant la deuxième, à plus forte raison, pendant la troisième , la quatrième , ainsi de suite, de manière que les pertes de chaleur qu’il éprouve sont d’autant plus grandes que la température se trouve plus élevée. C’est un fait dont on acquiert très facilement la certitude par la plus légère observation. Quelle est la loi suivant laquelle ce refroidissement peut se faire ? Newton avait supposé , d’après quelques expériences faites dans des températures très limitées, que les pertes de chaleur qui avaient lieu pour le corps supposé échauffé, étaient proportionnelles à l’excès de la température du corps sur celle du milieu ambiant. Supposons, par exemple, que la température du milieu ambiant soit à o°, et que le corps soit une masse d’eau échauffée à ioo°, qui se refroidisse de io° en une minute. Supposons que le même corps tombe à la température de 5o% et qu’on le laisse refroidir pendant une minute. Newton supposait que la perte de chaleur que le corps faisait dans cette circonstance où il n’était plus échauffé qu’à 5o° était proportionnelle à l’excès. Dans le premier cas, le refroidissement était de dix degrés lorsque le corps était à ioo°; lorsqu’il tombe à 5o° un refroidissement proportionnel à 5oet à 100 serait 5°. Plus tard plusieurs physiciens reconnurent que cette loi n’était plus exacte pour les températures un peu élevées et que les pertes de chaleur au lieu d’être simplement proportionnelles aux températures, croissaient dans un rapport plus grand. Ainsi je suppose que nous aurions en partant de io° une perte exprimée par 1, en allant à 5o°, nous aurions 7 ou 8, en allant à ioo°, nous aurions 20 ou 5o. En un mot, les refroidissemens sont beaucoup plus considérables que Newton ne l’avait trouvé. Quelle est exactement cette loi du refroidissement des corps ? C’est ce que MM. Petit et Dulong ont entrepris de déterminer par des expériences extrêmement précises et délicates.

Le phénomène est plus compliqué qu’il ne paraît au premier coup d’oeil. A l’époque où Newton fit ses expériences, 011 ignorait cette propriété, bien connue aujourd’hui, qu’ont les corps de se refroidir de deux manières ; par le contact de Pair et par le calorique rayonnant qui part de leur surface.

Cette ignorance rendait impossible de déterminer exactement la véritable loi du refroidissement.

MM. Dulong et Petit, partant des expériences qu’on avait faites avant eux , ont d’abord cherché à isoler les deux refroidissemens dont nous venons de parler. Pour opérer avec précision, ils ont imaginé de prendre un thermomètre qui était en mercure, mais ils ont reconnu qu’on pouvait prendre d’autres corps, et que la loi ne changeait pas, si par loi du refroidissement on entend effectivement la progression suivant laquelle ce refroidissement a lieu ; et l’on entend très bien que les nombres qui expriment les refroidissemens pour chaque corps peuvent être différens et cependant la loi être constante.

Étant donné un corps échauffé , on mesure pendant une minute seulement, mais avec beaucoup d’exactitude, la perte de chaleur qui a lieu pour ce corps, et on appelle cette perte, qui a lieu pendant une minute, en supposant le refroidissement uniforme , la vitesse ou 1* intensité du refroidissement. Ainsi, suivant Newton, la vitesse du refroidissement eût été exprimée par io°, puisqu’il supposait que le corps étant à ioo°, il perdait dans la première minute io°.

Ce sont ces vitesses qu’il s’agit de trouver dans chaque cas particulier pour telle ou telle température, dans telle ou telle circonstance.

Pour obtenir de la précision dans leurs résultats, MM. Petit et Dulong, au lieu de les faire au milieu d’un espace où il y aurait pu avoir des courans, ont pris un grand ballon dont l’intérieur avait sa surface constante et noircie. Au centre de ce ballon était la boule d’un thermomètre dont la tige sortait pour qu’on pût lire les variations de température à l’extérieur. Ce thermomètre était variable en masse, suivant les circonstances. Pour s’assurer une température déterminée, le ballon qui était tantôt vide, tantôt plein de tel ou tel gaz, plongeait dans une cuve où l’on mettait de la glace et ensuite de l’eau que l’on élevait facilement avec de la vapeur à 20, à é\o, à 80, à 100 degrés. On avait l’avantage d’avoir ainsi le milieu ambiant rigoureusement dans les mêmes circonstances; ce qui permettait d’arriver à des résultats extrêmement précis.

Il s’agissait de savoir si l’on pouvait se servir, pour étudier les lois du refroidissement, de tel ou tel thermomètre. MM. Dulong et Petit ont fait des expériences avec des thermomètres remplis de matières différentes, telles que l’eau, l’acide sulfurique, l’alcool, et ils ont reconnu que la loi du refroidissement était constamment la même, c’est-à-dire que

la série des résultats qu’on obtenait pour un corps ne différait de la série obtenue pour un autre corps qu’en ce que tous les termes correspondans de l’une devaient être multipliés ou divisés par un terme constant. C’est là le caractère d’une égalité de loi.

S’étant assurés que la grosseur du corps qui se refroidissait ne changeait pas la loi , ils se sont bornés alors à étudier les refroidissemensd’un thermomètre qui était exposé à des températures variables dans l’enceinte dont ils ont fait ensuite varier la nature, tantôt en laissant l’intérieur tout-à-fait vide, tantôt en y laissant entrer l’air atmosphérique , tantôt, enfin, en y introduisant telle ou telle substance gazeuse.

Le travail de MM. Dulong et Petit est extrêmement intéressant par l’esprit de recherche et d’analyse qui y règne. On ne saurait trop en recommander la lecture à ceux qui s’intéressent à la physique, et qui y ont déjà acquis assez de connaissances pour lire ce travail avec fruit. C’est le même Mémoire dont nous avons déjà parlé en traitant des dilatations et des capacités que MM. Petit et Dulong ont reconnu différentes pour les divers corps. Ce Mémoire fort étendu , et qu’on ne peut lire qu’avec le plus grand intérêt, se trouve dans les Annales de Chimie et de Physique , vol. VII, page 1 13.

Il serait impossible de donner le détail des calculs de MM. Petit et Dulong; je ne puis que me borner à vous citer les résultats qu’ils ont obtenus.

Ils ont reconnu que la loi du refroidissement était la même, quels que fussent les liquides employés pour les thermomètres ; qu’elle était aussi la même pour des vases de nature et de formes différentes. Ils ont opéré sur des sphères, sur des cylindres tantôt courts, tantôt allongés, et la loi s’est constamment maintenue.