ÉTUDE DE LA DILATATION DES LIQUIDES PAR LES THERMO- MÈTRES COMPARÉS
Théorie.
Cette méthode consiste à construire avec les liquides des thermomètres à tige, semblables aux thermomètres ordinaires, et à en comparer la marche avec celle d'un étalon contrôlé avec le plus grand soin par un thermomètre à air.
Imaginée par Gay-Lussac, elle a été appliquée avec succès par Isidore Pierre (*); elle nécessite l'emploi d'un instrument dont la tige graduée en parties d'égale capacité marque les volumes correspondants aux divisions successives.
( • ) Annales de Chimie et de Physique, 3« série, t. XV, XIX et XX.
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Un volume Vq de liquide à zéro occupe dans le thermomètre à une température e un volume apparent V; en exprimant que le volume du contenu est égal à la capacité du contenant, on est conduit à la relation
Vo(i-h^O==V(i-+-K/),
dans laquelle a: est le coefficient de dilatation absolue du liquide et K celui du verre de l'enveloppe.
Description.
Le thermomètre à volume, que les Allemands appellent le dilatomètrey est gradué préalablement au moyen de mercure sec et pur dont on le remplit d'abord.
Le tube porte une échelle arbitraire dont nous admettrons que les divisions possèdent rigoureusement la même capacité: il s'agit de déterminer les nombres qui expriment la capacité du réservoir jusqu'à Torigine de la graduation et celle d'une division en fonction des mômes unités. Cette opération se fait en introduisant dans le thermomètre une quantité de mercure telle que le niveau du liquide s'arrête au zéro lorsque l'instrument est plongé dans la glace fondante : le poids du mercure introduit, diminué du poids de l'enveloppe, donne la capacité du réservoir jusqu'au zéro de l'échelle. On ajoute alors une certaine quantité de mercure, de manière que, l'appareil étant entouré complètement de glace, le mercure atteigne une division n, voisine du sommet de la tige. La capacité moyenne d'une division se déduit sans peine de l'augmentation de poids. On prend pour densité du mercure à zéro la valeur 18,596 et l'on se dispense des corrections de pesées relatives à la poussée : avec une balance sensible au milligramme, on peut apprécier un volume égal à ^iô de millimètre cube. La seule difficulté de l'opération réside dans le remplissage à point voulu du thermomètre; on y arrive par tâtonnements.
Le coefficient de dilatation de l'enveloppe de verre se mesure par le procédé qui a été indiqué dans la précédente manipulation.
Le thermomètre peut dès lors être vidé, car il est prêt pour
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la détermination des coefficients de dilatation absolue des liquides. Il suffit d'un bain qu'on puisse chauffer graduellement de o<» à loos tout en agitant le liquide : le thermomètreétalon et le thermomètre à liquide seront fixés Tun à côté de l'autre dans une douille placée au centre du couvercle de ce vase, et ils seront immergés jusqu'au niveau du liquide dans le tube, de manière à dispenser des corrections relatives à la tige.
Il convient que l'étalon ait la même longueur que le thermomètre à volume, afin que les deux réservoirs occupent les mêmes régions de la masse liquide destinée à les échauffer.
L'observation se fait à l'aide d'un viseur dont le champ embrasse les deux colonnes.
La Jig, 3 indique un dispositif adopté par Isidore Pierre : les tiges étaient entourées d'un manchon de verre à circulation d'eau froide» dont un petit thermomètre relevait la température £'; il y avait donc à faire une correction de température, attendu qu'une grande portion de la tige du thermomètre-étalon était à une température inférieure à celle de l'enceinte ML. Cette correction se faisait en ajoutant à la température i lue sur le thermomètre un nombre de degrés égal à o,oooi56/(^~-^'), /étant la longueur de la colonne mercurielie comprise dans le manchon et exprimée en degrés.
Toutefois, il nous semble préférable de faire plonger enlièrement, comme nous le disions ci-dessus, le thermomètre et le dilatomètre dans la cuve; mais il faut que l'enceinte ait une hauteur suffisante.
Manuel opératoire.
I*» Le thermomètre à volume est rempli du liquide à étudier qu'on aura préalablement purgé d'air par une ébullition prolongée ; pour certains liquides facilement décomposables par la chaleur, cette ébullition doit se faire dans l'air raréfié.
2** A zéro, le liquide occupe un volume V©.
V" Le bain chauffé graduellement est maintenu à une température sensiblement constante pendant dix minutes; l'opérateur saisit l'instant d'un maximum ou d'un minimum de
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hauteur de la colonne thermométrique des deux instruments : ces maxima diffèrent à peine l'un de Taulre, quand on agite vivement le liquide.
Cette observation donne à la fois V et /.
Fig. 3.
wff^^^^^f^f/f^//^^ty/^^i>'ffivf^'>^
4® On répète la même expérience à différentes températures.
5^ Quand on veut opérer au-dessous de zéro, on remplit le vase d'un mélange de glace pilée et de chlorure de calcium cristallisa; par des additions convenables de l'une ou l'autre de ces deux substances, on parvient à maintenir constantes
lO CHIP. 1. — CHALEUR.
pendant plus d'un quart d'heure des températures de — 36"", lorsque celle de l'air ambiant ne dépasse pas i"" ou 3"*.
Résnltats.
Ces expériences peuvent être facilement répétés sur l'alcool anhydre qu'on a débarrassé de son eau par digestion prolongée avec de la chaux et qu'on a Gnalement rectifié en le distillant sur un mélange de parties égales de potasse et de carbonate de potasse. La marche de la dilatation de ce liquide est très bien représentée par la formule
i -{- ^tz= i -+- o,ooio4863o / -h 0,000001751 1^ -h 0,000000001 /'.
Ce liquide n'a pas de maximum de densité : les deux racines de la dérivée sont imaginaires.
Les coefGcients vrais de dilatation sont les suivants :
A zéro 0,001 049
Au point d'ébullition, à 78% 3 0,001 196
/ra« MANIPULATION.
