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

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 l’absence de la chaleur solaire; mais, dans l’industrie, c’est à l’aide de cet agent puissant que l'homme 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 do 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 l’avoir 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.

174. Effet» généraux du calorique. — On a déjà vu (4) qu’en s’accumulant dans les corps , le calorique a pour effet 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

C A I. U H m ti K.

do 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 do 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-mèmes 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.

175. Expériences 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 le§ 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 dilatations linéaires, qui sont toujours très-faibles, on fait l’expérience représentée dans la figure 126. Une tige A, de fer ou do cuivre, traverse deux supports métalliques. En B elle est fixée solidement par une vis de pression, mais à son autre extrémité elle n’est retenue par aucun obstacle et peut

Fig. 12ft. — Dilatation linéaire.

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. Enfin, 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-môme 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’échauffement. On trouve ainsi que le cuivre jaune, ou laiton, se dilate beaucoup plus que le fer et l’acier.

CALORIQUE

Pour montrer la dilatation cubique des corps solides, on dispose l'expérience comme le montre la figure 127. 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 à 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

Fig. 127. — Dilatation cobiqne.

il revient à son volume primitif, ce qu’on reconnaît parce qu’il tombe en passant à travers l’anneau.

Quant aux liquides et aux gaz, qui sont beaucoup plus dilatables que les solides, leur dilatation est facile à constater. Pour les liquides, on prend une boule de verre à laquelle on soude un tube capillaire de même matière, comme le montre la figure 128, puis on remplit la boule et une portion du tube 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 6, 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 128, en soudant à la boule de

verre un tube beaucoup plus long, et, pour cela, recourbé deux fois sur lui-même, comme le représente la figure 129. Un index de mercure m est d’avance introduit dans le tube, ce qui s’obtient en chauffant la boule, qui est pleine d’air, de manière qu’une portion

de celui-ci se dégage par l’effet de la dilatation. Versant alors une gouttelette de mercure dans le petit entonnoir a, et laissant refroidir, l’air qui reste dans la boule et dans le tube se contracte, et la pression atmosphérique refoule la gouttelette jusqu’en m, par exemple. L’appareil étant ainsi disposé, si l’on tient la boule dans la main pendant quelques instants, l’air qu’elle renferme se dilate assez pour refouler l’index de mercure de m en n, ce qui montre une dilatation bien plus considérable que dans les liquides.

D’après tout ce qui précède, on voit que l’effet général de la chaleur est de dilater tous les corps; toutefois, cela ne doit s’appliquer qu’aux substances qui, comme les métaux, le verre, n’absorbent pas dans leurs pores l’humidité de l’air. En effet, pour les corps susceptibles d’absorber l’eau, comme les bois, le papier, l'argile, l’élévation de température, en vaporisant le liquide et en le chassant des pores, occasionne un retrait plus ou moins considérable. C’est pour cela qu’une feuille de papier humide présentée au feu s’enroule du côté qu’elle est chauffée. Do même, les tonneliers, pour courber les douves des barriques, les chauffent d’un seul côté, en allumant du feu dans l’intérieur de la barrique quand les douves ne sont encore qu’assemblées. La parlie tournée vers le feu,

Fig. 1Î8. — Dila— Fig. IÎ9.— Dilatation talion dos liquides. des gaz.

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se desséchant, se contracte et se courbe du côté soumis à l’action de la chaleur.