CHAPITRE PREMIER

KFFETS GÉNÉRAUX DD CALORIQUE, THERMOMETRES.

47t. Hypothèseï lur la cause de la chaleur, calorique. — Les

sensations de chaleur et de froid nous sont familières, et chacun a observé que le même principe qui fait naître en nous ces sensations exerce aussi son action sur les corps inertes. Par exemple, un corps quelconque, placé devant un foyer, s'échauffe de plus en plus ; écarté de ce même foyer, il se refroidit. Or, ce n'est pas seulement sa surface qui s'échauffe et se refroidit ainsi, mais toute sa masse, quelque dur que soit le corps. Le principe de la chaleur peut donc se transmettre à distance, pénétrer dans la matière des corps, s'y accumuler, puis s'en dégager ensuite pour aller échauffer d'autres corps.

C'est ici que, pour remonter à la cause des phénomènes dépendant de la chaleur, les physiciens ont admis l'existence des fluides impondérables et incoercibles dont nous avons eu déjà occasion de parler (6), et que, divisés d'opinion, les uns ont adopté V hypothèse de l'émission, les autres celle des ondulations ; hypothèses qu'on verra reparaître dans l'étude de la lumière.

Dans l'hypothèse de l'émission, soutenue par Newton et par les physiciens de son école, on attribue la cause de la chaleur à un fluide éminemment subtil , impondérable et incoercible, émis dans toutes les directions par les corps chauds ; en sorte que c'est ce fluide qui, tantôt s'accumulant dans les corps, tantôt les abandonnant, donne naissance à tous les phénomènes de chaleur et de froid. Cette matière invisible, impalpable, qui fait rougir le fer.

fond les métaux, met les corps en ignition, a d'abord reçu les noms de matière ignée, de matière du feu; mais lors de la réforme du langage scientifique, Lavoisier, célèbre chimiste et physicien de la fin du siècle dernier, lui a donné le nom de calorique, d'un mot latin qui veut dire chaleur.

Dans l'hypothèse des ondulations, soutenue par Descartes, Huyghens et leurs disciples, on suppose aussi un fluide invisible, insaisissable, extrêmement subtil et élastique, qu'on nomme éther; mais ce fluide, au lieu d'être émis par les corps et de se transmettre de l'un à l'autre, est répandu dans tout l'univers, dans toutes les substances et même dans le vide le plus parfait. Cela posé, on admet que tous les phénomènes qui dépendent de la chaleur ont pour cause un mouvement vibratoire particulier des molécules des corps chauds, lequel mouvement se transmet à l'éther, qui le propage ensuite, avec une vitesse presque infinie, sous forme d'ondulations, de la même manière que l'air propage le son : en sorte que c'est à l'intensité plus ou moins grande des vibrations de l'éther que sont dus tous les degrés de chaleur et de froid.

Ces deux théories ont longtemps divisé les physiciens; mais aujourd'hui , vu l'analogie qui existe entre les phénomènes de la chaleur et ceux de la lumière, la théorie des ondulations étant celle qui a prévalu pour ce dernier agent physique, c'est aussi celle qui est généralement adoptée dans la chaleur. Toutefois, l'exposition des phénomènes se présentant sous une forme plus saisissable dans la théorie de l'émission, et la transmission ou l'accumulation d'un fluide calorifique étant plus facile à se représenter que ses ondulations, on s'exprime, en général, conformément à l'hypothèse de l'émission. Nous continuerons donc à donner à la cause de la chaleur, quelle qu'elle soit, le nom de calorique, et nous dirons d'un corps qui s'échauflte ou se refroidit, qu'il absorbe ou perd du calorique.

473. Importance de l'étude du calorique. — Par les applications

nombreuses que nous présente la chaleur, par l'influence bienfaisante qu'elle exerce sur tous les êtres de la nature , aucune des branches de la physique ne mérite autant de fixer notre attention que celle qui traite du calorique. En effet, non -seulement c'est le

DILATATIONS. â05

calorique émis de nos foyers qui sert à la préparation de nos ali ments, et qui , pendant les longs hivers de nos climats, supplée, pour nous, à Tabsence de la chaleur solaire; mais, dans Tindustrie, c'est à Taide de cet agent puissant que Thomme extrait des minerais les métaux qu'ils contiennent , les affine et les façonne à son usage. C'est cet agent qui sert à la préparation d'une foule de produits utilisés dans les arts, tels que le gaz d'éclairage, la chaux à bâtir, le plâtre, le verre, la potasse, etc., etc. ; c'est lui encore qui crée partout une force motrice si puissante en transformant l'eau en vapeur. Enfin, nous n'en finirions pas si nous voulions mentionner ici toutes les grandes applications du calorique; qu'il nous suffise d'ajouter qu'il pénètre l'univers entier, anime toute la nature organisée, que sans lui les plantes et les animaux ne pourraient vivre, que les mers ne seraient qu'un immense banc de glace, et que tout notre globe serait plongé dans un engourdissement absolu.

Sous le nom de feu, le calorique a excité de tout temps l'admiration du genre humain, et presque tous les peuples primitifs l'ont divinisé. Les Perses et les Péruviens saluaient le soleil levant^ comme le symbole du feu le plus pur. Le feu sacré qu'entretenaient à Rome les prêtresses de Vesta , celui qui brûlait sans cesse dans le temple de Delphes, le culte de Vulcain , nous rappellent la déification du feu. Prométhée étant, d'après la fable, le premier inventeur qui enseigna aux hommes l'usage du feu, passa pour ravoir dérobé au ciel, et sous l'allégorie d'un vautour qui lui rongeait le foie toujours renaissant, les anciens figuraient le désir de savoir qui le consumait sans cesse.

474. Effeti généraux du calorique. — On a déjà VU (4) qu'en s'accumulant dans les corps , le calorique a pour eflet général de faire naître entre leurs molécules une force répulsive opposée à l'attraction moléculaire. Obéissant à cette force, les molécules s'écartent, les pores augmentent, et de là résulte un accroissement de volume qu'on désigne sous le nom de dilatation. Cette dilatation s'observant également dans les solides, dans les liquides et dans les gaz, la dilatabilité des corps par la chaleur est une nouvelle propriété générale à ajouter à celles déjà étudiées (7).

L'action du calorique sur les corps solides n'est pas seulement

de les dilater; en outre, lorsqu'il s'y trouve accumulé en quantité suffisante, ces corps perdent d'abord de leur solidité, ils deviennent mous; puis la quantité de chaleur augmentant encore, la force répulsive due au calorique finit par faire équilibre à l'attraction moléculaire, et alors les corps affectent l'état liquide. La cire, les résines, le soufre, passent ainsi facilement de l'état solide à l'état liquide. La chaleur produit donc ici, dans les corps solides, un changement d'état. Or, sous l'influence de cet agent, un phénomène semblable se produit dans les liquides; en effet, lorsqu'on les chauffe, ils se dilatent d'abord ; mais chauffés davantage, l'attraction moléculaire est vaincue par la force répulsive, et ces corps se transforment alors en fluides aériformes qu'on désigne sous le nom de vapeurs.

Si au lieu de s'accumuler dans les corps le calorique s'en dégage, si au lieu d'échauffement il y a refroidissement , des phénomènes inverses se produisent : les molécules se rapprochent, le volume des pores diminue, et, par suite, aussi celui des corps; ce qu'on exprime en disant qu'il y a contraction. Par le refroidissement, les vapeurs, perdant leur force élastique, reviennent à l'état liquide, et les liquides eux-mêmes repassent graduellement à l'état solide : par exemple, l'eau se transforme alors en glace, et le mercure devient dur comme du plomb.

En résumant ce qui précède, on voit donc que de l'accumulation ou de la perte de chaleur, il résulte dans les corps deux effets physiques : 1® des variations de volume, qui consistent en dilatations et en contractions ; 2® des changements d'état, c'est-à-dire des transformations de solides en liquides, de liquides en vapeurs, ou réciproquement. Nous allons d'abord nous occuper des dilatations des solides, des liquides et des gaz, ensuite nous traiterons des changements d'état.

1 75. Ezpérîenoei qui démontrent la dilatation. — Tous les COrps

sont dilatables par l'action de la chaleur, mais de quantités trèsdifférentes. Les plus dilatables sont les gaz , après eux viennent les liquides, puis enfin les solides qui le sont toujours beaucoup moins. Dans les gaz et dans les liquides, il n'y a lieu de considérer que des accroissements en volume; mais dans les solides on distingue deux sortes de dilatations, l'une dans le sens de la longueur, c'est

la dilatation linéaire; l'autre, en volume, c'est la dilatation cubique.

Pour rendre sensibles les dilalations linéaires, qui sont toujours tr^-Taibles, on fait l'eupérience représentée dans la figure 1î6, Une tige A, de fer on de cuivre, traverse deux supports métalliques. En B elle est fluée solidement par une vis de pression, mais à son autre extrémité elle n'est retenue par aucun obstacle et peut

s'allonger librement, en agissant, en C, sur le petit bras d'un levier dont le grand bras D tourne, comme une aiguille sur un cadran. Enfîn, au-dessous de la tige A, est une tubulure de cuivre, dans laquelle on brûle de l'alcool. Or, la tige A s'échauffant ainsi très-fortement, on voit le grand bras de levier marcher de plusieurs degrés sur le cadran; ce qui montre qu'en C le petit bras de levier s'est lui-même légèrement déplacé , poussé par la tige A qui s'allonge. Selon que cette tige est en acier, en cuivre rouge, en laiton, etc., on remarque que le grand bras de levier se déplace inégalement, ce qui fait voir que les différents métaux ne se dilatent pas de la même quantité 'pour un même degré d'échauFTement. On trouve ainsi que le cuivre jaune, ou laiton, se dilate beaucoup plus que le fer et l'acier.

Pour montrer la dilatation cubique des corps solides, on dispose l'expérience comme le montre la figure 1Î7. On a un boulet B, en fonte, lequel, à la température ordinaire, passe librement dans un anneau de fer A supporté sur trois pieds. On place ce boulet dans un fourneau â dôme et on le chauffe jusqu'au rouge. Or, si on le pose alors sur l'anneau, comme le représente le dessin, on observe qu'il ne passe plus, ce qui prouve qu'il y a accroissement de volume. Ce n'est qu'en le laissant refroidir lentement que peu à peu

Fïg. liT. — SiLiUlion cobifue.

il revient à son volume primitif, ce qu'on reconnaît parce qu'il tflmbe en passani à travers l'anneau.

Quant aux liquides et aux gaz, qui sont beaucoup plus dilatables que les solides, leur dilatation e^t facile à constater. Pour les liquides, on prend une boule de verre h laquelle on soude un tube capillaire de même matière, comme le montre la Sgure 13S, puis on remplit la boule et une portion du lube d'un liquide quelconque, ordinairement d'alcool coloré en rouge, ou de mercure. Or, lorsqu'on chauffe légèrement la boule, à la température de l'eau tiède par exemple, on voit la colonne liquide s'élever notablement dans le tube, soit de a jusqu'en b, ce qui indique une dilatation bien plus grande que dans les solides.

L'expérience se fait d'une manière analogue pour les gaz, mais comme ceux-ci sont encore bien plus dilatables que les liquides, on modifie l'appareil de la figure lîS, en soudant à la boule de