MESURE DES CHALEURS SPÉCIFIQUES PAR LE CALORIMÈTRE A MERCURE
Théorie.
Le nom de thermomètre à calories donné au calorimètre à mercure de Favre et de Silbermann fait connaître la natun* de ses indications : la chaleur apportée au centre du réservoir dilate le mercure d'une quantité proportionnelle au nombre de calories reçues.
La tige de Tinstrument est donc graduée en calories; ou ciïectue celte graduation de la manière suivante. Un poids connu d'eau M est introduit à une température Ti, et il se refroidit jusqu'à la température ^i, abandonnant M (Ti— ô,)"= qui font progresser le mercure de n divisions : chacune d'elles vaut donc
Si maintenant on introduit dans le moufle de rinstrument un poids V du liquide à étudier, à une température T, et qu'on le laisse se refroidir jusqu'à 0, le mercure avançant de m divisions, on peut écrire
VCÇV ~Q)-=:ma;
d'où Von tire la valeur cherchée C.
Pour éliminer les influences extérieures étrangères au phénomène qu'on se propose d'observer, il faut suivre la marche de la colonne mercuriellecinq minutes avant et cinq minutes après l'expérience, et en déduire le déplacement moyen par minute au cours même de l'opération.
Cet instrument simple et ingénieux est susceptible d'une grande précision. Cependant il présente une cause d'erreur qu'on n'est jamais sûr d'avoir complètement évitée; il es! en efl'et nécessaire d'cmpôcher la chaleur introduite au centre
XXlll^ M. — MESURE DES CHALEURS SPÉCIFIQUES.
de la boule de se communiquer jusqu'à l'enveloppe et de la dilater, ce qui produirait un effet inverse de celui qui résulte de la dilatation du mercure. On augmente la rigueur de Topération en employant un calorimètre de masse considérable dans lequel on introduit une petite quantité de chaleur.
rimetre
Description.
Le calorimètre à mercure se compose essentiellement d'un gros réservoir sphérique en fonte A (Jig. 35), qui peut con-
tenir quelquefois jusqu'à 26o''s de mercure ; mais le modèle des laboratoires d'enseignement n'en renferme d'ordinaire que 25 à 3o. l)eu\ ou plusieurs moufles mélalliques s'engagent dans l'intérieur de cette sphère : un piston plongeur B, à vis et manivelle, permet de faire affleurer au point que l'on veut le mercure dans le tube capillaire D. Une enveloppe de bois, remplie de duvet, protège le réservoir contre les varialions irrégulières de la température.
Le liquide soumis à l'expérience est versé dans uneéprou-
vette en verre mince, qui baigne dans le mercure que conliennent les moufles; de la sorte, Téquilibre s'élablit rapidement entre la lempérature du corps et celle du mercure du réservoir : de petits verrous retiennent les éprouvettes en place contre la poussée du mercure.
Il s'agit de graduer Tinstrument en calories. Cette gradualion se fait à l'aide d'une pipette E, de forme spéciale {fig* 35 ), dans laquelle on chauffe le liquide destiné à être introduit dans le moufle : il n'y a qu'à la retourner pour le transvasement. Ce dispositif est avantageux, mais il faut veiller à ne pas introduire de vapeur avec le liquide : en employant de* l'eau qu'on chauffe vers loo*», il est bien difficile d'éviter cet inconvénient : aussi conseillerons-nous d'opérer de préférence sur du mercure, de faible capacité calorifique il est vrai, mais qu'on peut chauffer à 2oo<» sans aucun inconvénient.
Dans une instruction sur remploi du calorimètre à mercure (*), M. Favre a recommandé d'expulser complètemeni l'air du grand réservoir pendant l'opération du remplissage, afin d'éviter la marche par saccades du mercure dans le tube calorimétrique. Cette condition est facile à réaliser à l'aide d'une disposition spéciale qui permet au mercure, lorsqu'il pénètre en filet très fin dans l'intérieur de l'appareil, de chasser devant lui la totalité de Tair raréfié. Deux robinets G, dont un seul est visible sur la figure, sont fixés à cet effet sur le réservoir de fonte; après avoir fait basculer la boule sur ses tourillons, de manière à amener ces robinets à la partie supérieure, on met l'un d'eux en communication avec une machine pneumatique, tandis qu'on fait arriver le mercure par l'autre, à travers un entonnoir de verre effilé.
Lorsque le réservoir est rempli, on ferme les deux robinets et l'on remet la sphère de fonte dans sa position normale ; la colonne graduée se fixe enfin sur l'appareil par l'intermédiaire d'un collier à gorge en acier, et on la remplit de mercure à l'aide d'un tube très fin, en veillant à ce qu'il ne s'v introduise aucune bulle d'air.
Le tube calorimétrique doit être parfaitement cylindrique
(') Annales de Chimie et de Phjsique, 4* série, XXVI, p. 385 (1872), et Journal de Phjsique, I, p. 33a ; 1872.
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et de faible seclion, sans que loulefois son diamètre soil tellement petit que la sensibilité de Tappareil ne devienne exagérée. La calorie correspond le plus souvent à ^^^ ^" nr ^^ miliimèlre ; on peut ea observer le jj^ à l'aide de la loupe L, qui porte un micromètre.
Toutes les opérations doivent s'exécuter nécessairement dans une salle à température constante, et dans les conditions mêmes où Ton s'est placé pour déterminer la calorie (*).
Manuel opératoire.
I*» L'observateur relève d'abord pendant cinq minutes la marche du mercure, qui doit être régulière et continue.
2° Le liquide, pesé avec soin et chaude à Tétuve, est versé dans le tube que renferme le moufle ; on marque les positions successives du mercure.
3° Le mercure atteint bientôt une position à peu près stationnaire; on suit encore pendant cinq minutes les légères variations qu'il présente, d'après une loi régulière, et l'on en déduit la correction, en combinant les observations de la première et de la dernière phase.
La température initiale et finale du liquide doit être déterminée à moins de ^ de degré et son poids au centigramme.
Quand on veut appliquer ce procédé à la mesure des chaleurs de combinaison, il faut avoir soin de conserver d'abord
(') Le calorimMro de Favrc et Silbermann ne se trouve pas dans tons les laboratoires de Physique ; mais M. Raoult a indique un moyen facile de construire cet appareil à peu de frais. On ctioisit un ballon tubulé ordinaire en verre, aussi sphérique que possible, de deux litres de capacité environ : dans le col, on scelle avec du plâtre un tube de cuivre verni qui sert de moufle. Dans la tubulure, on fixe de même deux tubes à robinets communiquant Tun avec un tube gradué horizontal, Tautre avec une pipette. Cette pipette remplace le piston plongeur de Kavro et Silbermann. Elle est remplie de mercure et se trouve rattachée au ballon par un tube flexible en caoutchouc, qui permet de Tinclinor plus ou moins. Si on la dresse, le niveau de mercure y devient plus élevé que le tube horizontal gradué et, comme la pipette et ce tube constituent deux vases communiquants, le mercure tend à se mettre de niveau et avance dans le tube.
On amène ainsi le mercure au point que Ton veut du tube horizontal ( Annales de Physique et de Chimie^ 4* série, t. IV, p. Sga; i865).
WiTZ. — J/a/i. sup, 8
Il4 CHAP. I. — CHALEUR.
les corps dans des moufles séparés, placés pendant plusieurs heures à Tavance sur la table d'expérience, afin qu'ils soient Tun et l'autre à la même température initiale, qui est celle du calorimètre.
Résultats.
M. Favre a donné les résultats complets d'une expérience relative à une réaction simple et presque instantanée Ja précipitation d'un sulfate par le chlorure de baryum : elle permet de se rendre exactement compte de la valeur des corrections à effectuer.
Duré« eo niantes. Marche dn mereare. DiOrrences. Mofeanes.
|0 Observation initiale :
o Cr?.j.\o'i
■4" Réaction :
30 Observation finale :
ÎJ ioj,d82 '-'
La marche moyenne du mercure en cinq minutes a été
égale a -^—i soit 2™", 024; or, 1 expérience a dure
quarante-cinq minutes : le mercure a donc avancé pendant toute l'expérience de 18"™, 216 sous les influences étrangères à la réaction; mais la progression totale a été de
io5,582 — 62,4o5 ;:43'"™,i
la marche du mercure, sous l'action seule de la précipitation chimique, a donc été de
43,177 — l8,2l6zz: 24"",96i.
XXIV M. — MESURE DE LA CHALEUR SPÉCIFIQUE DR l'aIR. II 5
Pour mesurer la chaleur spécifique d'un liquide, on le chauffe à Téluve dans un lube de verre qu'on glisse dans le moufle et qu'on laisse refroidir de T à ^. On peut vérifier ainsi l'exactitude de la graduation, en opérant par exemple sur du mercure qui doit donner, de loo** à 4°, exactement o,o332, d'après Regnault.
Chaleurs spécifiques des liquides à la température
de
rio
Alcool absolu 0,579
Acide sulfurique à i , 84 o , 335
Huile d'olive o,3io
Mercure o,o33
Benzine o , 399
Essence de térébenthine 0,47a
