MESURE DE LA CHALEUR

Puisque la chaleur augmente le volume des corps, elle l’augmente d’autant plus que l’intensité de la chaleur est plus grande. En mettant un corps à un premier degré de chaleur, il y aurait une première augmentation de volume ; à un degré plus fort, l’augmentation serait plus forte, ainsi de suite. Ainsi la variation de volume croît d’une manière quelconque suivant l’intensité de la chaleur. Admettons, par conséquent, que nous ayions une barre métallique dont nous puissions connaître exactement le volume, qu’on la chauffe et qu’on apprécie une première variation, puis une deuxième, puis une troisième, etc. Vous concevez qu’en cherchant à mesurer les variations de volume que la barre éprouvera successivement, nous aurons ensuite réciproquement un moyen de reconnaître lorsque nous aurons des quantités de chaleur correspondantes à celles qui ont produit les variations de la barre.

Le moyen de faire un instrument pour mesurer la chaleur consisterait à prendre la longueur de la barre dans une circonstance déterminée, et ensuite de la chauffer, par exemple, jusqu’au point où l’eau entre en ébullition, ce qui a lieu à un degré de chaleur qu’on peut regarder comme constant dans des circonstances également constantes, c’est-à-dire, lorsque la pression barométrique est de 76 centimètres et que l’eau estpure. Chauffée à ce degré de chaleur, la barre éprouverait une certaine variation de volume ; par exemple, elle se serait allongée de l’épaisseur d’un pouce. On diviserait cet espace en un nombre de parties déterminées, en cent par exemple. Si ta barre était partie du point de chaleur auquel l’eau se congèle ou la glace se fond, et qu'on l’eût portée jusqu’au degré de chaleur qui fait bouillir l’eau, on conçoit que l’augmentation totale pourrait être divisée en 100 parties égales. Ces 100 parties seraient ce qu’on appelle des degrés; et lorsque notre barre aurait un allongement exprimé par 20, elle indiquerait un degré inférieur de chaleur que lorsqu’elle aurait un allongement exprimé par 40,

thermomètre.

Nous aurions dans cette barre de métal ainsi graduée , un instrument qu’on appelle thermomètre , qui signifie mesure de la chaleur. Ce nom s’applique à tout corps qui est propre a faire connaître, par ses variations de volume, les variations correspondantes de chaleur qui ont amené ces variations de volume. Mais nous avons déjà remarqué que le métal et les corps solides, en général, se dilatent d’une quantité extrêmement petite; si c’est, par exemple, d’un millimétré, d faudrait diviser un millimètre en cent parties, ce qui ferait des divisions tout-à-fait inappréciables â la vue. Voilà pourquoi nous rejetons de prime abord les corps solides pour en taire des thermomètres.

Les liquides se dilatant davantage que les solides , nous pourrons nous en servir pour former un thermomètre qui sera plus sensible. Supposons d’abord un liquide renterme dans un tube cylindrique , fig. 5, partout du même diamètre. Si l’on chauffe cette colonne de liquide, on remarque un allongement dans la colonne. Si je voulais avoir seulement le cinquantième de la variation de volume qui a lieu, cela serait assez difficile. En effet, en nous servant d’un liquide dispose comme je viens de le dire, c’est-à-dire renfermé dans un tube cvlindrique, je pourrai réellement faire un thermomètre , mais j’aurai un thermomètre paresseux , c’est-à-dire , me donnant des variations de volume très petites, quoique les quantités de chaleur qui les auraientproduites fussent très grandes. Il y a un moyen de rendre ces variations beaucoup plus sensibles; il est fondé précisément sur la liquidité , sur cette propriété des corps solides de s’introduire dans des espaces très petits. Ce moyen consiste à souder un réservoir A, B , fio-. 4, auquel on peut donner une forme quelconque, à un tube l C D , beaucoup plus étroit. Il est clair, dans ce cas, que le liquide qui n’occupait dans le réservoir qu’un petit espace , en occupera un beaucoup plus grand dans un tube étroit. Et si l’on l'ait un tube d’un diamètre convenable , la plus légère variation de volume dans la masse du corps va devenir aussi sensible que l’on voudra. Si par exempte, nous prenons un tube cent fois plus étroit que 1e tube fig. 3 dont nous nous étions servis d’abord pour démontrer la dilatation des liquides, la même quantité de liquide aurait occupé dans te tube cent fois plus étroit une longueur cent fois plus grande.

Tel est l’artifice qu’on emploie pour rendre tes dilatations

des corps très sensibles, artifice qu’on ne peut employerpour les solides, mais qui est très praticable pour les liquides qui peuvent, par conséquent, nous servir pour former un thermomètre. Les fluides élastiques dont les molécules jouissent d’une mobilité parfaite pourraient nous servir également; mais par des raisons qu’il est inutile d’exposer en ce moment, en général, nous n’emploierons pas les fluides élastiques. Nous parlerons cependant d’un thermomètre à air qui est extrêmement précieux.

Il s’agit de savoir quel est parmi tous les liquides celui auquel on doit donner la préférence. Nous pourrions faire un thermomètre avec de l’eau ou de l’esprit de vin colorés, mais nous verrons que ces liquides ne se dilatent pas d’une manière assez régulière pour que les variations de volume soient sensiblement proportionnelles aux variations de chaleur : ainsi par ces raisons que nous développerons davantage par la suite , nous rejeterons l’eau et l’esprit de vin.

Parmi les liquides il y en a un, le mercure, qui ne devient solide qu’à un degré de froid que nous ne rencontrons jamais dans nos climats , et dont les variations de volume , dans une étendue considérable, sont sensiblement proportionnelles aux diverses quantités de chaleur qu’on ajoute successivement dans un corps. Ce sera par conséquent le mercure dont nous nous servirons pour mesurer les variations de chaleur , et nous allonsde suite vous parler de la manière de construire le thermomètre, en partant des principes que nous venons d’établir et en nous servant d’une boule en verre surmontée d’un tube plus ou moins étroit. Lorsqu’on veut avoir de grandes divisions on se sert de tubes très étroits qu’on appelle des tubes capillaires.

CONSTRUCTION DES THERMOMETRES.

On prend un tube et on le réduit à la longueur convenable en le coupant au moyen d’une lime ou d’un silex. Il s’agit ensuite de le remplir de mercure, et il est nécessaire d’entrer dans quelques détails sur cette opération. Supposons que nous nous servons d’un tube capillaire : si nous essayons d’y verser du mercure, il se divisera et tombera à côté. Il y a cependant un moyen de le remplir, c’est de mettre un tube plus large au-dessus et de verser le mercure dans ce second tube, qui forme une espèce de réservoir. Cette colonne qui est pesante exerce une pression sur l’air qui remplit le petit tube, chasse cet air devant elle et le force à se contracter.

Cet air comprimé diminue de volume et le mercure finit par pénétrer dans la boule intérieure. Si après avoir ainsi rempli cette boule en partie, on rend le tube horizontal, la pression du mercure sur l’air du tube cesse , et l’air qui se trouve dans le tube tend à se mettre en équilibre avec le ressort de l’air extérieur , ce qui n’a lieu que lorsqu’une partie de l’air renfermé dans le tube s’est échappée ; en effet, l’air intérieur ayant cédé au mercure une partie de l’espace qu’il occupait, et qu’il ne peut plus reprendre , il est évident qu’il n’y aura équilibre entre l’air extérieur et l’air intérieur que lorsqu’une partie de ce dernier sera sortie du tube. En rendant ainsi alternativement le tube vertical et horizontal , on parvient à remplir le réservoir jusqu’aux trois quarts. Une raison qui empêche qu’on ne puisse le remplir complètement, c’est qu’en mettant le tube horizontalement l’air se loge dans les angles du réservoir d’où il ne peut être expulsé.

Il faut donc avoir recours à un autre moyen que je vais vous indiquer. La chaleur, venons-nous de dire, dilate l’air et augmente beaucoup son volume. Si l’on chauffe la boule en la plaçant sur des charbons ardens, la force élastique de l’air augmentant par la chaleur, il faut nécessairement qu’il s’en échappe une certaine partie, sans cela, il ne pourrait y avoir équilibre entre l’air intérieur et l’air extérieur. Si après avoir ainsi produit la dilatation de l’air renfermé dans le tube, on plonge l’extrémité ouverte de ce tube dans du mercure, que va-t-il arriver ? La boule et l’air qu’elle renferme se refroidissant, le ressort de cet air ne pourra plus faire équilibre à l’air extérieur, lequel par conséquent forcera le mercure à s’élever à une certaine hauteur dans le tube et à pénétrer jusque dans la boule. Cette dilatation de l’air que nous venons de produire par la chaleur, pourrait être produite également au moyen de la machine pneumatique.

Quand on est parvenu à introduire une certaine quantité de mercure dans la boule du thermomètre, rien n’est plus facile que de chasser tout l’air qui est renfermé dans la boule et le tube; pour cela on a encore recours à l’action de la chaleur. On place l’instrument sur une grille au milieu de charbons ardens ; l’air se dilate et s’échappe ; l’eau qui peut se trouver dans le mercure ou dans la boule, les bulles d’air qui tapissent le verre se détachent de toutes parts, en donnant au verre une apparence argentine. On laisse le tube exposé à la chaleur jusqu’à ce que le mercure commence à entrer en ébullition. Alors la vapeur du mercure qui se produit et qui a une

force élastique supérieure à celle de l’air, force l’air à s’en aller.

Une attention qu’il faut avoir quand on fait ainsi chauffer un tube destiné à faire un thermomètre, c’est de mettre des charbons non-seulement autour de la boule, mais aussi le long de la tige. C’est ce que ne font pas ordinairement les artistes qui, pour aller plus vite, se contentent de faire bouillir le mercure dans la boule, et non dans la tige; de sorte qu’il peut rester dans la tige ou de l’air ou de la vapeur. Il résulte de là un très grave inconvénient : lorsqu’on porte lesthermomètres à un degré de chaleur un peu élevée la colonne de mercure se divise.

Il convient meme de faire bouillir le mercure dans le réservoir supérieur. En faisant bouillir le mercure, ii se produit une vapeurqui occupe un volume beaucoup plus considérable que le liquide. Cette vapeur, en se dégageant, entraîne avec elle le peu de vapeur d’eau ou d’air qui pourrait rester dans ce tube. Quand il n’j a plus que de la vapeur de mercure, en laissant refroidir, cette vapeur se condense, il se forme un vide, et par l’effet de ce vide, le mercure entre dans le tube et le remplit entièrement, et l’on a alors ce qu’on appelle un thermomètre bouilli , parfaitement purgé d’air. Quand le thermomètre est refroidi, on présente son extrémité à la lampe d’émaillenr et on file cette extrémité.

Il ne s’agit plus maintenant que de graduer le thermomètre que nous venons de construire. Vous concevez très bien que du premier abord on n’établit pas un rapport convenable entre la longueur et la capacité du tube et la capacité du réservoir. Si vous faites le réservoir trop grand, le tube ne pourra loger toutle mercure que la chaleur dilatera. Il y a cependant des moyens rigoureux de proportionner les longueurs des tubes aux capacités des réservoirs et de faire un thermomètre de prime abord; mais il est plus simple de se servir, pour graduer les thermomètres, de la méthode que nous allons indiquer.

On veut, par exemple, avoir un thermomètre qui puisse aller jusqu’à l’eau bouillante. On fait bouillir de l’eau dans un réservoir, on y plonge le tube et on l’y laisse tant qu’on voit du mercure s’échapper par l’extrémité du tube qu’on a filée à la lampe. Quand tout l’excédant de mercure s’est dégagé , comme l’extrémité du tube est très fine, il suffit de la lumière

d’une chandelle pour fondre le verre et fermer le thermomètre. On coupe ensuite, au moyen de la lampe d’émailleur, l’extrémité filée du tube laquelle est tout-à-fait inutile, et qu’il y aurait même des inconvéniens à laisser, et l’on a alors un tube arrondi à son extrémité.

II ne reste plus pour achever l’instrument que d’avoir deuxpoints pour déterminer la longueur des degrés. Pour cela nous prendrons de la glace qui fond ou de l’eau qui se congèle; et je fais remarquer de suite qu’il faut que la glace ait été formée avec de l’eau pure, de Peau de rivière, par exemple : si l’on prenait de l’eau impure, nous aurions une erreur. Après avoir laissé un peu refroidir notre thermomètre, noiisle plongerons dans la glace, en ayant le soin de l’enfoncer jusqu’à la hauteur de la colonne de mercure, parce que ce n’est pas seulement le mercure renfermé dans la boule qui doit se dilater par la chaleur ou se contracter parle froid, c’est aussi le mercure contenu dans le tube. Le froid ne se communiquant pas brusquement à travers la matière du verre et du mercure, il faut un certain temps pour que la colonne soit devenue parfaitement stationnaire. Lorsqu’elle se sera arrêtée, nous ferons un petit trait à l’encre rouge, ou, si nous voulons avoir un instrument précis, avec la pointe très fine et allongée d’un diamant.

Voilà un de nos deux points déterminés : il s’agit d’en avoir un second. Pour cela nous ferons bouillir de S’eau dans un vase, fig. 5, qui consiste dans une espèce de boîte surmontée d’un tube creux qui a deux ouvertures latérales pour laisser échapper la vapeur. Le thermomètre est placé dans ce tube, et il est retenu au moyen d’un bouchon. Lorsque l’eau bout, la vapeur qui se produit a le même degré de chaleur que l’eau qui la donne : de sorte que nous pourrions nous dispenser de faire plonger la boule dans l’eau ; cependant, en général, il vaut mieux faire plonger la boule dans le liquide; mais seulement d’une profondeur égale à l’épaisseur de cette boule. Il est nécessaire que toute la colonne soit exposée à la température de la vapeur qui sort. Lorsque la colonne est devenue stationnaire, ce qui a lieu après deux ou trois minutes, on marque l’endroit où la colonne s’est arrêtée au moyen d’un second trait fait avec la pointe de diamant, et l’on a deux points déterminés, l’un par le moyen de la glace, l’autre par le moyen de l’eau en pleine ébullition ; et ces deux points vont suffire pour déterminer Y échelle thermométrique .