CHAPITRE PREMIER

THERMOMÉTRIE

237. Fatli dVxpérlonre notant de point de départ. — Tous les Corps soumis à l’action croissante de la chalenr 'se dilatent ; leur augmentation de volume peut être rendue sensible, à l’aide d’expériences très-simples.

I" S’agit-il des corps solides ? Une barré métallique A est engagée entre deux talons fixes T et T '(fig. 142).

et remplit exactement l’intervalle (pii les sépare. Portcz-la dans un foyer de chaleur, cl lorsqu’elle sera devenue incandescente, tâchez de la replacer dans sa position primitive, vous ne pourrez la faire pénétrer entre les mêmes arrêts. Donc, la barre de métal, en s’échauffant,

Fig. H 2.

THKHMUMÊTItIK. '

s’est dilatée ; voue constaterez en outre que, par le refroidissement, elle se ’ contracte et linil par reprendre, dans le milieu primitif, son volume initial.

2” S’agit-il des corps liquides? On introduit un liquide coloré dans un ballon B surmonté d’un long col à diamètre étroit, {fi g. U.}), de telle manière qu’il en remplisse la capacité jusqu’au trait mi. quand le ballon est luimême plongé dans l’eau froide. Vient-on à plonger brusquement le ballon dans l’eau bouillante V on voit la colonne liquide, qui se déprime tout d’abord, à cause de la dilatation de l’enveloppe , s’allonger peu à peu dans le col de tu vers m et atteindre même l’ouverture supérieure. Cette expérience établit quatre faits importants: 1° Qu’un liquide se dilate quand on le chaude : 2° que le vase qui forme le ballon augmente de capacité par Ja chaleur, puisque dès les premiers moments de l’expérience , quand le vase était seul échauffé , le niveau du liquide avait baissé; 3° que la dilatation du liquide l’emporte sur celle du vase, puisque le liquide s’élève au-dessus de son niveau primitif quand la chaleur pénètre jusqu’à lui ; i° enfin, ou reconnaît (pie le liquide reprend, de lui-même, son volnmé initial, quand on reporte le ballon dans le bain d’eau froide où il avait été plongé tout d’abord.

3° Pour prouver la dilatabilité des gaz par la chaleur, il suffit d’introduire dans un ballon de verre

muni d’un tube d’un diamètre étroit, r — ,r - —• — tj

un gaz quelconque et de le séparer ) ^ •" •

de l’air extérieur par une bulle de

mercure « (fig. I M). On reconnaît qu’il suffit de chauffer ce ballon avec la main, pour voir l'index se mettre en mouvement, d’une manière rapide, vers l’ouverture du tube' et indiquer ainsi l’augmentation de volume de in masse gazeuse. Comme dans les expériences précédentes, l'index reprend sa place primitive quand la source de chaleur est éloignés*.

238. Température. — Ajoutons aux faits précédents, qui prouvent que le phénomène de dilatation dû à l’inffiience de la chaleur est général, cet antre fait qu'indique l’ohservation : lorsque dans une enceinte sont placés, à une petite distance les uns des autres, plusieurs corps inégalement chauds (cl nous les jugeons tels par la sensation qu’ils produisent quand nous les touchons successivement, quoique ce moyen d'appréciation soit très-

CIIAI. Kl II.

I ili

grossier), los corps 1rs plus chauds se contractent, en môme temps qu'ils s<: refroidissent, los corps los moins chauds so dilatent, on môme temps qu’ils s'échauffent : il arrive un moment oii chaque corps prend un volume définitif qui ne change plus, on môme temps que son étal calorifique parait demeurer invariable, (l'est col état d'équilibre qui constitue la température iiualc de l'enceinte. Mesurez le volume actuel de l’un des corps et portez-le dans une seconde enceinte: si, au moment de l’équilibre, il y acquiert le môme volume définitif que tout à l'heure, vous direz que la température de la seconde enceinte est égale à la température de la première.

239. Thermomètre, *on principe. — Placez le même corps dans une série d'enceintes successives dont la température, lixe pour chacune, puisse être reproduite à volonté* notez chaque fois le volume final du corps, et vous aurez un.nppnrci! propre il vous renseigner par la grandeur de son volume sur la température inconnue d’une enceinte nouvelle ; vous aurez construit un thermomètre. Ce n’est pas là. ù coup stlr, le seul moyen de mesurer les températures; tout phénomène, produit par la chaleur dans les corps et susceptible dévaluation numérique, pourrait, à la rigueur, être utilisé dans le même but ; mais c’est le plus commode et, par suite, le plus fréquemment employé. .

240. Choit de la substance thermomètrique. — Oll a recours de préférence aux liquides, pour la construction des thermomètres usuels. Voici les motifs de ce choix : les solides ont une dilatation faible, mais cet inconvénient est minime ; ou peut toujours, par des dispositions mécaniques très-simples, rendre appréciables à l’œil les moindres variations de longueur d’un fil ou d’une barre métallique. Les solides ont même un avantage sur les liquides, c’est une plus grande promptitude dans leurs indications ; il leur faut moins de chaleur pour éprouver la même variation de température. (Voir le chapitre : lies chaleurs spécifiques.) L’inconvénient réel que présente leur emploi, c’est que leur constitution moléculaire pouvant varier aisément, le thermomètre qu’ils fournissent n'est pas toujours comparable à lui-même. La substance qui le forme ne reprend pas toujours exactement le même volume quand elle revient à la même température.

241. Les gaz présentent la substance thermométrique par excellence. Leur grande dilatation rend négligeable l’influence perturbatrice due à la variation de volume de l’enveloppe solide, qui les renferme. (L’air se dilate environ ItiO fois plus que le verre.) La cohésion est très-faible entre les molécules, par suite leur dilatation dépend, à peu près uniquement, des quantités de chaleur introduites dans leur masse, et leurs indications doivent beaucoup sc rapprocher de relies du thermomètre normal dans lequel, à des additions égales de chaleur, correspondraient rigoureusement des changements égaux dans le volume. Mais, comme levolumed’un^az dépend, à la fois, de la pression et de la tcnqM’-ralure. l'emploi des thermomètres à

TIIKHMOMKTHIK.

gaz exigerait qu’on consultât, chaque lois, le baromètre*, et qu’on s’entourât des plus grandes précautions, pour éliminer les causes d'erreur tenant à la grande sensibilité de l’appareil. Il faut donc laisser le thermomètre à air aux physiciens pour les expériences de grande précision, et recourir définitivement aux liquides, pour la construction des thermomètres le plus fréquemment employés.

242. Choix ù faire parmi le* ii.|.ii<ie«. — Parmi les liquides, c’est le mercure qui satisfait le mieux aux conditions exigées.

1° Il est très-facile de l’obtenir chimiquement pur et d’avoir par suite, dans tous les instruments destinés à mesurer des températures, une substance identique à elle-même. Il suffit, ponr arriver à ce degré de pureté, de distiller d’abord le mercure, pour le débarrasser des métaux plus fixes que lui, puis de le laisser plusieurs jours en contact avec une dissolution de nitrate acide de mercure, qui s'empare des métaux plus oxydables. On lave ensuite avec soin à l'eau distillée. et on fait disparaître, en chauffant, les dernières traces d’humidité.

2° Sa dilatation est suffisamment régulière; car le thermomètre à mercure marche sensiblement d'accord avec le thermomètre à air, dans une assez grande étendue de l’échelle des températures.

3° Sa capacité calorifique est très-faible , c’est-à-dire qu'il lui faut, sous le même poids, moins de chaleur qu'aux autres liquides, pour que sa temp -rature s’élève de la même quantité. Le thermomètre à mercure pourra * donc se mettre rapidement en équilibre de température avec le milieu dans lequel il sera plongé.

I,e seul défaut du mercure, c’est la petitesse de sa dilatation, qui est 7 fois plus grande seulement quecelledu verre; mais on obvie à cet inconvénient, en donnant une forme convenable au réservoir thermomélrique.

L’alcool et le sulfure de carbone ont été aussi employés comme substances thermnmélriques ; mais ces liquides sont surtout destinés à la mesure des basses températures.

2i3. Itramolr et tube du thermomètre à mercure. — On choisit 1111 tube capillaire en cristal, dont la capacité intérieure soit cylindrique. On peut savoir si cette condition est réalisée, en prenant dans les différentes régions du tube la longueur d’une même huile de mercure qu’on y fait circuler. Cette bulle offrira partout une longueur égale, si la section est la même en tous les [Joints. Ce tube (-tant bien débarrassé, par des lavages préalables, de toutes les poussières minérales et organiques que l’air a pu y déposer, on souffle à l’une de ses extrémités, dans la masse même du cristal, un réservoir cylindrique ou sphérique*?, età l'autre bout, une olive terminée en pointe b ( fig . I i3). La masse mercurielle qui doit se dilater sera logée principalement dans le réservoir ; la partie provenant de sa dilatatkm, dans lé tube capillaire. Pàr ce moyen, malgré la faible dilatabilité

UN Cil AL Kl' H. 1

ilu mercu fe, lu porlkm de Ihgiide qui représente raivroissement de volume se trouvant contenue <lans un vase de set-lion très-petite, est rendue i manifeste à l'œil de l’observateur, par une variation notable de la longueur de la colonne liquide dans le tube 244. c«ns<r action. — Pour remplir l’instriuneut, on eonnnenee par chauffer, avec une lampe à alcool, le réservoir et l’olive; l’air «pii s’y trouve se dilate et s’échappe eu partie par lu pointe effilée. On plonge alors celte dernière dans une cuvette île mercure [fi y. 146); l’air 9e refroidit, se contracte et la pression atmosphérique fait monter le mercure dans l’ampoule. Unand celle-ci est en partie pleine de liquide, on redresse le thermomètre et on laisse lo. réservoir se refroidir ; la pression de l’air fait alors tomber, goutte à goutte, une portion du mercure de l’olive dans le réservoir. On peut ainsi , après deux ou lroü|opérati< >us du même genre, rcmplirle réservoir aux deux tiers euvirup. Parvenu à ce point, on dépose le thermomètre sur une grille de fer inclinée de 30” sur l’horizon [fig. 147),

et, à l’aide de charbons allumés, qui doivent entourer l’instrument sans le toucher, on produit à la fois l’ébullition du mercure dans le réservoir, dans le tube capillaire et dans l'olive; ou la maintient quelques instants, (Mjur que la vapeur mercurielle chasse l’air et prenne sa place : puis on redresse brusquement le thermomètre. Cette fois,

à la suite de la condensation de la Fig. HS. Fig. ne. . . ,

vapeur du mercure, le réservoir et

le tube se remplissent complètement. On s’assure par un examen attentif

qu’il ne reste plus trace de bulles d’air ; s’il en était autrement, il •faudrait

recourir de nouveau à l’ébullition du mercure. Le thermomètre s’étant refroidi, on détache l’ampoule par un trait de lime; on chauffe eonvena-

THKHMOMKTKIK.