DILATATION DES LIQUIDES

204. Dilatation absolue et dilatation apparente des liquides. —

On a déjà vu que les liquides sont plus dilatables que les solides (175), ce qui est une conséquence de leur faible cohésion; mais leur dilatation est beaucoup moins régulière, et l’est d’autant moins que leur température approche davantage de celle à laquelle ils entrent en ébullition.

Dans les corps solides, il y a eu lieu de considérer deux sortes de dilatation, l’une en longueur, l’autre en volume. Or, il est évident que cette dernière est la seule qu’on ait à observer dans les liquides, mais on peut l’envisager sous deux points de vue : la dilatation absolue et la dilatation apparente. La première est l'accroissement réel de volume que prend un liquide quand il s’échauffe, tandis que la dilatation apparente est celle qui se produit à l’œil, celle qu’on observe dans l’enveloppe qui contient le liquide. -Par exemple, dans les thermomètres, quand le liquide se dilate et monte dans la tige, ce n’est là qu’une dilatation apparente, qui est moindre que la dilatation réelle. En effet, en même temps que le mercure se dilate, la boule du thermomètre se dilate aussi, elle augmente de volume, et, par suite, le liquide ne s’élève pas aussi haut qu’il le ferait si le volume de la boule restait invariable. Or, comme, quelle que soit la nature de l'enveloppe dans laquelle est contenu un liquide, ce dernier est toujours plus dilatable que l’enveloppe, on voit que ce sont constamment des dilatations apparentes qu’on observe dans les liquides.

Pour les liquides, de même que pour les solides, le coefficient de dilatation est l’accroissement que prend l’unité de volume pour

CA LO RI QUE

une élévation de température d’un degré. Les coefficients varient beaucoup d’un liquide à un autre. Dans une enveloppe de verre, le coefficient de dilatation apparente du mercure est 15 cent millièmes; celui de l’eau est 46 cent millièmes, c’est-à-dire trois fois plus grand ; l’alcool se dilate encore davantage, car son coefficient de dilatation est 116 cent millièmes, ou presque trois fois celui de l’eau. Les coefficients de dilatation absolue sont un peu plus grands. *

205. Maximum de densité de l’eau. — L’eau présente ce phénomène remarquable que, se contractant d’abord, comme tous les corps, par le refroidissement, il vient un moment où, quoique l'abaissement de température continue, la contraction cesse et même se change en une dilatation. C’est à 4 degrés au-dessus de zéro que l’eau atteint sa plus grande contraction, ou, ce qui est la même chose, son maximum de densité. Cette observation a été faite en comparant la marche d’un thermomètre à eau, c’est-à-dire contenant de l’eau, avec celle d’un thermomètre à mercure. On a ainsi observé que l’eau, dans le premier, se contractait de plus en plus jusqu’à ce que le thermomètre à mercure fût descendu à 4 degrés; mais qu’ensuite, ce dernier continuant à descendre vers zéro, le thermomètre à eau remontait. Ce phénomène dépend sans doute d'un nouvel arrangement que prennent les molécules d’eau avant la congélation ; quelques autres substances offrent des anomalies analogues; ainsi, le fer, le soufre, le bismuth fondus se dilatent au moment de la solidification.

Le maximum de densité que prend l’eau à 4 degrés donne l’explication de ce fait, observé en Suisse, que la température de l’eau au fond des lacs est toujours voisine de 4 degrés, quoique les couches supérieures éprouvent des variations de température telles qu’en hiver elles se congèlent, tandis que l’été elles s’échauffent jusqu’à 25 degrés. En effet, à l’entrée de l’hiver, les couches supérieures se refroidissant graduellement au contact de l’air, elles arrivent à 4 degrés, et alors, à cause de leur plus grande densité, elles descendent et sont remplacées par d’autres qui se refroidissent à leur tour, et ainsi de suite jusqu’à ce que toute la masse d’eau soit à 4 degrés. Or, à partir de ce moment, les couches supérieures continuant à se refroidir, il y a dilatation; par suite.

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elles cessent de descendre, et voilà comment il se fait que la température du fond des lacs reste tout l’hiver à 4 degrés, quoique la surface soit congelée. L’été, c’est la fonte des neiges sur les sommets des Alpes qui alimentent les lacs d’eaux froides, lesquelles, en raison de leur densité, se rendent encore dans les parties les plus basses, et contribuent ainsi à y maintenir, été comme hiver, une température voisine de 4 degrés.

C’est parce que l’eau présente un maximum de densité à 4 degrés, que, dans le système métrique, on a adopté, pour unité de poids , le poids, dans le vide, d’un centimètre cube d'eau distillée prise à la température de 4 degrés.