POINT D'ÉBULLITION

Azotate de potasse 115 ,9

Chlorure de potassium . . . 104 ,0

Azotate de chaux 151 ,0

Chlorure de calcium .... 179 ,5

Phénomènes de caléfaction. Une expérience, qui de tout temps a servi d'amusement aux entants, montre qu'un liquide volatil, projeté sur une surface métallique chauffée au rouge, prend immédiatement la forme globulaire, est animé de mouvements giratoires rapides, et n'éprouve qu'une évapoi'ation lente. Cet état, dont les caractères présentent une apparence anormale, est connu sous le nom de caléfaction. D'après M. Boutigny, qui a fait une étude attentive de ces phénomènes, la température minimum que doit atteitidre la plaque métallique pour caléfier le liquide, l'amener à l'état globulaire ou sphéroïdal, est de : 171 degrés pour l'eau, 13i degrés pour l'alcool, 64 degrés pour l'étber. Si la température de la plaque s'abaisse au-dessous de ces limites inférieures, le liquide perd sa forme globulaire et s'étale ; l'ébullilion s'établit inslantanément, la production de vapeur est si brusque, si violente qu'il y a projection de la partie du liquide non vaporisée.

L'éolipyle (fig. 39) permet de reproduire facilement et de varier les expériences de cette nature. De l'alcool, chauffé dans une chaudière annulaire GG, fournit un jet de vapeur qui s'écoule par le tube recourbé mno, s'échappe verticalement par l'orifice o, s'enflamme et vient chaufl'er la capsule métallique BB' sur laquelle on projette le liquide en expérience.

Tant que le liquide caléfié reste réuni en globules animées d'un mouvement giratoire, il est facile de s'assurer qu'il reste suspendu à une certaine distance de la capsule métallique qu'il ne touche pas. Le liquide caléfié ne s'écoule pas à travers des trous pratiqués dans la capsule et qui le laissent passer à froid. Une capsule d'argent ou de cuivre est rapidement attaquée par l'acide azotique ; cet acide caléfié n'exerce aucune action sur sa surface chauffée au rouge. On constate facilement que, lorsqu'on plonge dans un vase de verre rempli d'eau une sphère de platine chaufiée à blanc et suspendue à l'aide d'un fil de même métal, le liquide ne mouille pas la surface de la sphère et en reste séparé par un intervalle appréciable à l'œil.

Ces expériences, en montrant qu'il n'y a pas contact entre les liquides et les surfaces métalliques portées à une haute température, donnent l'explication complète des faits suivants : sans se brûler, en éprouvant, au contraire, une sensation de fraîcheur, on peut tremper, dans une masse de plomb fondu, le doigt mouillé avec de l'alcool ou de l'éther; on peut aussi, avec la main humide, couper un jet de fonte en fusion s'échappant d'un haut-fourneau. Depuis longtemps, les jongleurs

DICT. EKC. XIV. W

excitent l'admiration des badauds en se livrant sur les places publiques à des pratiques de ce genre. Dans les premières années du siècle, la curiosité publique fut vivement excitée par les expériences répétées dans les principales villes d'Europe par un Espagnol ; sans éprouver aucune espèce de brûlure, ce jongleur faisait couler sur ses bras nus des jets de fonte ou de plomb en fusion. Témoin de cet jàits alors inexpliqués, Wollaston admit, pour s'en rendre compte, que les liquides ne touchent pas les métaux échauffés au delà de certaines limites.

Un thermomètre de petite dimension, ou la soudure d'une aiguille thermoélectrique plongés dans le globule en mouvement, montrent que la température du liquide reste inférieure à celle de son ébullition tant que l'état de caléfaction persiste. Ce fait aujourd'hui établi d'une manière incontestable, fournit l'explication des expériences suivantes : Dans un creuset d'argent porté au rouge, on projette une certaine quantité d'acide sulfureux liquide ; la masse se caléfie immédiatement et le globule se maintient nécessairement à une température inférieure i 10 degrés au-dessous de zéro. Si l'on verse alors quelques gouttes d'eau sur le globule, l'eau, subitement refroidie par ce contact, se congèle immédiatement. On rend cette expérience plus frappante en l'exécutant dans un four à coupellation à côté d'un creuset contenant de l'argent en fusion. Faraday a remplacé l'acide sulfureux par de l'acide carbonique liquéfié ; il a pu ainsi solidifier le mercure dans un creuset métallique rougi à blanc.

Le défaut de contact de la surface métallique chaude et du globule liquide permet d'expliquer les phénomènes singuliers présentés par les liquides à Vétai sphéroïdal ou de caléfaction. Entre la surface métallique chaude et le liquide, il se forme une couche mince de vapeur dont la force élastique est très-considérable; maintenu à distance par la pression de la vapeur, le liquide s'arrondit spontanément et nécessairement en globule, comme fait le mercure sur un plan de verre (ju'il ne mouille pas. Dans cette position, la chaleur rayonnée par la plaque métallique arrive à la surface du globule qui en réfléchit une partie sans s'échauffer et absorbe le reste ; la portion de chaleur absorbée par le liquide ne pénètre pas dans son intérieur, est tout entière employée à volatiliser les couches superficielles. Le liquide caléfié se maintient ainsi à une température inférieure à celle de sou point d' ébullition. Mais, si la température de la plaque métallique s'abaisse, la couche de vapeur interposée n'a plus une tension suffisante pour maintenir le globule suspendu et flottant ; le liquide retombe alors sur la surface métallique dont la température est encore suffisamment élevée pour le faire entrer instantanément et brusquement en ébullition.

Les phénomènes présentés par les liquides caléfiés ont fourni l'exphcation de ce fait singulier que, dans certaines conditions, les chaudières des machines à vapeur font tout à coup explosion au moment où leur température s'abaisse. Lorsqu'on les alimente avec de l'eau chargée de sels calcaires, ces chaudières se couvrent à l'intérieur de dépôts terreux, épais et très-peu conducteurs de la chaleur. Pour obtenir la quantité de vapeur exigée par le eu de la machine, il devient alors nécessaire de surchauffer, de porter au rouge les parois de la chaudière. Sous cette influence, les dépôts terreux se fissurent, se détachent, laissent à nu des surfaces métalliques rougies en présence desquelles l'eau se caléfie. Quand ensuite la chaudière se refroidit, l'eau retombe sur ces surflices dont la température est assez élevée pour déterminer un mouvement d'ébuUition tumultueux et excessivement rapide ; la quantité de vapeur ainsi brusquement formée est quelquefois assez considérable pour déterminer l'explosion de la chaudière.

L'expérience suivante, imaginée par M. Bouligiiy, reproduit, sur une petite échelle, les phénomènes qui s'accomplissent en cas pareil. Le fond de la petite chaudière de cuivre A (fig. 40) est chauffé à une température voisine du ronge, au-dessus d'une lampe à alcool ou à gaz L. On laisse tomber un peu d'eau dans son intérieur et l'on ferme l'ouverture avec un bouchon ; le liquide se caléfie. On éloigne alors la chaudière de la flamme et on la laisse se refroidir. Quand la température du fond de la chaudière est suffisamment abaissée, l'eau tombe sur la surface métallique encore chaude et entre instantanément en ébuUition ; la quantité de vapeur subitement produite est assez considérable pour projeter violemment le bouchon.

IV. Calorimétrie. L'expérience démontre qu'à tout changement de température ou d'état physique de certains corps appartenant à un système donné, correspondent nécessairement des change- Kig. 40.

nients de température ou d'état physique des

autres corps du même système. La calorimétrie a pour but la détermination des relations de ces changements simultanés d'état physique ou de température, dont les uns sont considérés comme causes et les autres comme effets. Dans la recherche de ces relations, on compare tous les phénomènes calorifiques de changement de température ou d'état physique, à un autre phénomène calorique facile à reproduire toujours le même, à une variation déterminée de la température d'un kilogramme d'eau distillée On est convenu de dire que : un kilogramme d'eau distillée, en passant de la température de zéro à la température de un degré centigrade, gagne, absorbe une unité de chaleur ou une calorie. Réciproquement un kilogramme d'eau distillée dégage, abandonne, perd une unité de chaleur ou une calorie, quand sa température tombe de un degré centigrade à zéro. En vertu de ces mêmes conventions, nous disons qu'un corps a dégagé ou absorbé une ca^ lorie, si une variation de température qu'il a éprouvée a eu pour unique effet d'élever de zéro à un degré, ou d'abaisser de un degré à zéro, la température de Mn kilogramme d'eau distillée. Par la même raison, nous disons que le changement d'état physique d'un corps a produit ou consommé une calorie, s'il n'a eu d'autre conséquence calorifique que d'élever de zéro à un degré ou d'abaisser de un degré à zéro la température de un kilogramme d'eau distillée.

L'expression quantité de chaleur, n'exprimant en définitive qu'une relation entre un phénomène calorifique déterminé et une variation toujours la même de la température de un kilogramme d'eau distillée, a nécessairement changé de signification en même temps que les vues théoriques sur la nature de la chaleur se sont modifiées. Mais cette expression et toutes les expressions analogues n'ont rien perdu de leur importance ; bien qu empruntées à l'hypothèse, aujourd'hui abandonnée, de la matérialité de la chaleur, elles ont dû et pu sans inconvénient être conservées dans la science. Nous devons nous borner ici à ces courtes considérations générales, sans entrer dans les détails des recherches entreprises pour évaluer les quantités de chaleur dégagées ou absorbées par les divers corps, dans le cas oîi ces corps éprouvent des variations de température sans changer d'état physique, et aussi dans le cas où ils changent d'état sans que leur température

\arie. Un article spécial de ce Dictionnaire est consacré à ces deux études comprenant : la première, la mesure des chaleurs spécifiques ; la seconde, la mesure des chaleurs latentes {voy. Calorimétrie).

V. Propagation de la chaleur. Des échanges incessants de chaleur ont lieu entre tous les corps de la nature; l'expérience démontre que ces échanges peuvent s'effectuer par deux modes distincts : à distance, par rayonnement ; au contact, par conductibilité'.

A. Propagation par rayonnement. Souvent la température d'un corps s'élève sous l'influence d'une source de chaleur placée à distance, bien que les corps intermédiaires n'éprouvent aucune élévation appréciable de température, ou que leur échaulfement soit trop faible pour rendre compte des variations calorifiques observées. L'existence de ce mode de propagation de la chaleur est évidente, quand l'élévation de température d'un corps est produite par l'action du soleil ou même d'un corps incandescent quelconque. Avant d'atteindre les limites supérieures de notre atmosphère, la chaleur émanée du soleil doit traverser d'immenses espaces vides, et les basses températures qui régnent constamment dans les régions supérieures de notre atmosphère, prouvent que ce n'est pas en échauffant les couches gazeuses qu'elle traverse que cette chaleur modifie si puissamment la température de la surface terrestre. Suivant la très-judicieuse observation de Scheele, les corps s'échauffent quand ils sont placés en face d'un foyer de combustion, au milieu des courants d'air froid qui alimentent ce foyer; évidemment, dans ce cas encore, l'élévation de température ne peut pas être attribuée à de la chaleur que les couches d'air intermédiaires auraient transportée par conductibilité; la chaleur émise par le foyer ne peut arriver aux corps environnants que par voie de rayonnement.

Mais l'incandescence n'est pas une condition nécessaire du rayonnement; la chaleur obscure peut se manifester sous la forme rayonnante, se propager au loin à travers des espaces vides, se transmettre à travers des milieux très-divers, dont les couches successives n'éprouvent aucune élévation de température. Rumford a montré qu'un thermomètre, dont le réservoir est maintenu au centre d'un ballon complètement vide d'air, indique instantanément une élévation de température quand le ballon est plongé, même partiellement, dans un bain d'eau bouillante. Dans l'expérience très probante imaginée par Bénédict Prévost, un thermomètre accuse une élévation de température en présence d'un corps chaud non incandescent, bien qu'une nappe d'eau froide coule constamment entre le thermomètre et la source de chaleur.

Depuis que l'expérience a démontré l'existence d'une proportion notable de chaleur obscure dans le faisceau solaire, l'étude de la chaleur rayonnante ne doit plus être considérée que comme un complément de Yoptique. Nous devons nous borner ici à ces courtes considérations ; une étude complète du mode de propagation de la chaleur par rayonnement est faite à l'article Radiations solaires.

B. Propagation par conductibilité. Dans la propagation de la chaleur par conductibilité ou par contact, la chaleur ne se propage d'un point quelconque du corps considéré à une molécule quelconque située dans l'intérieur du même corps qu'après avoir agi sur toutes les molécules intermédiaires. Ainsi une barre de fer, maintenue par une de ses extrémités dans un foyer d'incandescence, s'échaulfe

graduellement dans toute sa longueur, et, à un moment donné, la température acquise par une tranche est d'autant plus élevée que cette tranche est plus rapprochée de la source de chaleur. L'expérience démontre, d'ailleurs, que la nature et les dimensions du corps exercent une grande influence sur la propagation de la chaleur par conductibilité. On peut, en effet, saisir impunément une tige de bois à quelques centimètres de son bout enflammé ; on serait brûlé si l'on répétait la même opération sur une barre métallique dont l'extrémité serait fortement chauffée. D'autre part, il suffit de remplacer la barre par un iil très-fm du même métal, pour que, sans éprouver aucune sensation de chaleur, on puisse le tenir entre les doigts à une faible distance de son extrémité chauffée au rouge blanc.

Dans son beau traité de la Théorie analytique de la chaleur, Fourier a donné une théorie complète de la propagation de la chaleur par conductibilité. Les principes qui servent de base à cette théorie n'ont rien d'hypothétique ; ce sont, à proprement parler, des faits expérimentaux déduits par ce grand physicien de l'examen des conditions du phénomène.

De ce fait d'observation, que, dans l'intérieur des corps, la chaleur se transmet (jraduellement de couche en couche, il est évidemment permis de conclure que : 1" l'état thermique d'un point n'a d'influence que sur l'état des points très-voisins ; 2° la chaleur est transmise des points les plus chauds aux points les plus froids.

On est également autorisé à admettre que la quantité de chaleur que, dans un temps donné, un élément quelconque du corps cède aux autres éléments placés dans sa sphère d'activité d'un très-petit rayon, dépend de la différence des températures. Mais les éléments qui peuvent s'influencer mutuellement sont très-voisins les uns des autres; par suite, sans être égales, leurs températures diffèrent nécessairement très-peu. Dès lors, la loi du refroidissement de Newton montre que la quantité de chaleur ainsi cédée par conductibilité est proportionnelle à la différence des températures.

Cela posé, considérons (fig. 41) un mur indéfini dans tous les sens, parfaitement homogène, compris entre deux plans parallèles M, N, et d'épaisseur e. Admettons en outre que, dans toute son épaisseur et dans toute son étendue, ce mur soit d'abord à la température t.

Supposons que, par des moyens quelconques, la face inférieure N soit maintenue l jj à sa température primitive t, et que la p.^

face supérieure M soit mise dans toute

son étendue en contact avec une source de chaleur de température T, plus élevée que t; supposons, en outre, ce mur divisé en tranches de très-faible épaisseur et parallèles à ses deux faces terminales. D'abord la face M, maintenue à la température T, cède de la chaleur à la tranche immédiatement sous-jacente, qui s'échauffe et cède à son tour de la chaleur à la tranche suivante ; la chaleur cédée par la source «se propage ainsi de proche en proche jusqu'à la face inférieure N, qui la cède à son tour au corps destiné à maintenir constante sa température initiale t. Cette première période du phénomène, pendant laquelle les températures des diverses tranches du mur s'élèvent graduellement, excepté celles des faces supérieure et inférieure, M, N, qui sont maintenues constantes, est la période de l'état variable des températures.

Grâce à cet échange continuel entre les tranches successives du mur, il s'établit finalement un état d'équilibre, un état stationnaire des températures. A partir

de ce moment, une quantité déterminée de chaleur est transportée de la source de température T, eu contact avec la face supérieure M, au corps qui maintient constante la température t de la face inférieure N ; ce flux calorifique permanent s'opère à travers les tranches du mur dont les températures, graduellement décroissantes de T à f et de M en N , n'éprouvent plus aucune variation. Le calcul indique que la durée de l'état variable, le temps nécessaire pour l'établissement d'un état sensiblement stationnaire, est directement proportionnelle au carré de l'épaisseur du mur et à la chaleur spécifique, sous l'unité de volume, de la substance qui le compose, et inversement proportionnelle à une quantité que nous définirons plus tard sous la dénomination de coefficient de conductibilité intérieure de cette substance.

Du moment où le mur perd, par sa face inférieure N, autant d« chaleur qu'il en reçoit par sa face supérieure M, et que les températures des tranches iutermé' diaires sont invariables, une tranche quelconque L, prise dans l'intérieur du mur, doit nécessairement, pendant la durée de cet état stationnaire, recevoir de la tranche qui la précède une quantité de chaleur égale à celle qu'elle cède à la tranche qui la suit. Il est évident en effet que, si cette égalité d'échange n'existait pas, la température de cette tranche L s'élèverait ou s'abaisserait, suivant qu'elle céderait à la tranche suivante moins ou plus de chaleur qu'elle n'en recevrait de la tranche précédente. Le calcul indique qu'à partir de l'établissement de cet état stationnaire la température 9 d'une tranche L, prise dans l'intérieur du mur à une distance x de la face supérieure M, est donnée par la relation suivante ;

Telle est la loi de la distribution des températures dans l'mtérieur du mur, pendant la durée de l'état stationnaire; ces températures diminuent de M en N, suivant une progression arithmétique dont le premier terme est la température

T — t constante T de la face supérieure M, et dont la raison, , est égale à la différence des températures constantes T, t, des deux faces terminales, divisée par l'épaisseur e du mur.

Le calcul indique encore que, pendant toute la durée de l'état stationnaire, la quantité de chaleur Q, qui, dans l'unité de temps, traverse ce mur dont les faces sont maintenues aux températures constantes T, i, est donnée par l'expression suivante :

K est une constante dont la valeur change seulement avec la nature de la substance du mur ; c'est le coefficient de conductibilité intérieure de cette substance. Si, dans l'équation précédente, la différence (T — t) des températures exti'èmes est égale à un degré ; si, de plus, l'épaisseur e est égale à Vunitéde longueur, la quantité de chaleur Q, qui traverse le mur, devient égale à la constante K.

Le coefficient de conductibilité intérieure d'une substance quelconque doit donc être défini : la quantité de chaleur qui, dans l'unité de temps, traverserait l'unité de surface d'une plaque de cette substance à faces parallèles, d'épaisseur égale à un, et dont les faces seraient maintenues à des températures différant de un degré.

Toutes les autres conditions de l'expérience restant les mêmes; au lieu d'être maintenue à une température constante, la face inférieure N du mur (fig. 41) peut

être laissée libre de rayonner vers le milieu ambiant dont la température, sensiblement constante, est égale à t' et inférieure à la température T de la source en contact avec la face supérieure M. Evidemment, dans ce cas, la température de la face inférieure N s'élève graduellement, comme celle de toutes les autres tranches du mur, pendant la période de Vétat variable; désignons toujours par t la température constante et supérieure à f qu'a acquise cette face inférieure quand Vétat stationnaire est établi. Â partir de ce moment, pour que cet état stationnaire persiste, il faut que, dans un temps donné, l'unité de surface de ia face inférieure N cède au milieu ambiant une quantité de chaleur égale à celle qui pénètre à travers l'unité de surface de la face supérieure M, et qui traverse l'unité de surface de chacune des tranches du mur. La chaleur perdue par la face inféueure N lui est enlevée à la lois par le rayonnement et par le contact du milieu ambiant ; et, si la différence {t—t') est très-petite, la perte totale de clialeur perdue par la face inférieure N, sous la double influence du rayonnement et du contact du milieu ambiant, peut, suivant la loi de Newton, être considérée comme proportionnelle à cette différence (t — t') des températures de la face inférieure N et du milieu ambiant. Cette double transmission de chaleur est ce que Fourier a appelé la conductibilité extérieure ; elle dépend évidemment du pouvoir émissif de la face N et aussi du milieu ambiant-, dans le cas particulier où l'on opérerait dans le vide absolu, cette conductibilité extérieure représenterait uniquement le pouvoir émissif. Si donc nous appelons h la quantité de chaleur que, dans l'unité de temps, cette conductibilité extérieure ferait perdre à l'unité de surface de la face inférieure N, dans le cas où la différence des températures (t — t') serait égale à un degré, nous avons, jiour représenter la quantité de chaleur Q qui s'échappe actuellement, dans l'unité de temps, par l'unité de surface de cette face inférieure N, l'expression suivante :

h est le coefficient de conductibilité extérieure, variable avec le pouvoir émissif de la face intérieure N et avec la nature du milieu ambiant. Mais, quelles que soient les conditions dans lesquelles est placée la face inférieure N, du moment où l'état stationnaire des températures est établi, les lois du flux de chaleur qui traverse le mur sont les mêmes, et la quantité de chaleur qui s'échappe par la face inférieure N est nécessairement égale à celle qui pénètre par la face supérieure M; nous avons donc, entre les coefficients /i et K de conductibilité extérieure et intérieure, la relation suivante .

Le coefficient h de conductibilité extérieure zil déleiminé par les opérations calorimétriques employées pour étudier les lois du refroiiissement. Nous avons à faire connaître une méthode qui a servi à déterminer les rapports des coefficients de conductibilité intérieure des divers métaux.

Soit : AB (fig. 42) une barre métallique maintenue horizontale, chauffée à son extrémité B au moyen d'une lampe L ; un écran opaque E empêche la flamme de la lampe de rayonner vers les autres parties do la barre. A des intervalles de un décimètre, on pratique, dans la b;irre, de petits Irons que l'on remplit de mercure et dans lesquels on plonge les réservoirs de thermomètres très-sensibles t, t', t", if", V, t", t"; à un moment donné, chacun de ces thermomètres accuse évidemment la température de la section transversale conespondante de la barre. Suppo-

sons d'ailleurs les dimensions de la barre assez faibles pour que la température puisse être considérée comme étant la même dans l'étendue de chacune de ses tranclies transversales.

Lorsque les indications des thermomètres n'éprouvent plus de variation appréciable et que par suite l'état stationnaire des températures est établi, appelons Ô,

D. TH/CBAUIT

Fi2. 42.

6', 6", 6'", ô'", b", 0"' les excès des températures des thermomètres sur la température maintenue constante du milieu ambiant. Le calcul indique que ces excès de température satisfont aux lois suivantes :

1" Si la barre est assez longue pour que son extrémité A ne reçoive par conductibilité aucune portion de chaleur et que par suite sa température soit celle du milieu ambiant, les excès de température 6, G', 6" forment une progressiongéométrique décroissante quand les distances des thermomètres à la source croissent en progression arithmétique, c'est-à-dire quand les trous dans lesquels sont plongés les thermomètres sont équidistants. Ces excès de température sont donc liés par la relation suivante :

- =:: constante ;

2* Mais, si les thermomètres étant toujours équidistants, la barre n'est plus assez longue pour que son extrémité libre A soit soustraite à l'action de la source de chaleur, les excès de température sont liés par la relation suivante :

e" 4- glV Ql" , I

= constante.

Ces constantes, d'ailleurs, dims l'un et l'autre cas changent de valeur avec la nature de la bane métallique.

Ces constantes sont fournies expérimentalement par l'observation des thermomètres, quand l'état stationnaire est établi. Si, par un procédé quelconque, on est parvenu à rendre égaux les coefficients de conductibilité extérieure de barres métalliques de mêmes dimensions, le calcul fournit le moyen de déduire des valeurs de ces constantes expérimentales, les rapports des coefficients de conductibilité intérieure de ces diverses barres métalliques.

Dans ses expériences, M. Despretz a opéré à l'air libre; il s'est servi de thermomètres logés dans des trous pleins de mercure pour mesurer les températures

des diverses sections des barres métalliques ; il a recouvert ces barres d'une mince couclie de noir de fumée pour rendre éyaux leurs coefficients de conductibilité extérieure.

MVI. Wiedemann et Franz ont employé une méthode d'observation plus rigoureuse. Us ont rendu égaux les coefficients de conductibilité extérieure en enduisant les barres, par un procédé galvanoplastique, d'une très-mince couche d'or qu'ils ont amenée à un même degré de poli. Us ont mesuré les températures des diverses tranches transversales en promenant le long des barres une pince thermoélectrique. Enfin les barres, logées dans une longue cloche de verre dans laquelle on pouvait raréfier l'air, rayonnaient vers les parois de cette cloche maintenues à une température constante par un courant d'eau froide. Ces deux habiles physiciens se sont assurés que les résultats obtenus ont plus d'exactitude quand on ne raréfie pas l'air de la cloche. Ces expériences ont conduit à un résultat considérable; elles montrent que les conductibilités calorifiques des divers métaux sont proportionnelles à leurs conductibilités électriques. Ce principe important ne ressoi't pas d'une manière absolue des résultats obtenus comme le prouve le tableau suivant ;

COEFFICrENS DE CONDUCTIBIIITÉ

iNiÉniF.unE.

^^ — ^" — —.^a^^^^^~~~^^ CALOlllFIQUE. ÉLECTnlOCE.

Argent 100 100

Cuivre 73,6 73,3

Or 53,2 58,S

,; Laiton 23,6 21,3

Étain 14,5 22,6

Fer 11,9 13.0

Plomb 8,S 10,7

Platine ■ 8,4 10,3

Bismutli 1,3 1,9

Mais l'inspection du tableau montre que l'ordre des métaux est le même dans les deux colonnes; une exception sensible existe pour l'étain, mais nous devons faire observer que le chiffre 22,6, attribué à la conductibilité électrique de ce métal, est emprunté à Lenz, et que les expériences de M. Becquerel donnent 14 pour valeur de cette conductibilité. D'autre part, les nombres relatifs au même métal sont peu différents dans les deux colonnes. Il est vrai que les nombres compris dans le tableau n'établissent pas une proportionnalité rigoureuse; mais si l'on réfléchit à la difficulté extrême d'obtenir les métaux à l'état de pureté, et à l'impossibilité presque absolue d'obtenir deux barres d'un même métal d'une identité complète, on doit admettre que la loi réelle est la "proportionnalité de la conductibilité calorifique et de la conductibilité électrique.

Des recherches ultérieures ont permis à MM. Wiedemann d'établir que cette proportionnalité de la conductibilité calorifique et de la conductibilité électrique existe dans les alliages comme dans les métaux.

Contrairement à une assertion de M. Despretz, MM. Wiedemann et Franz ont établi expérimentalement que, lorsque le contact est bien exactement établi entre deux corps bons conducteurs de la chaleur, entre deux masses métalliques, la température n'éprouve pas un saut brusque d'une surface à l'autre; la température des surfaces de contact est exactement la même.

Nous savons que la conductibilité électrique des métaux varie sensiblement avec la température; il en est probablement de même de la conductibilité calorifique. Des expériences directes seraient nécessaires pour fournir la solution de cette question.

Dans des tubulures pratiquées sur une des faces d'une petite caisse métallj. que (fig. 45), Ingenliousz fixait des tiges de diverses substances, de même longueur et de même diamètre. Il plongeait plusieurs fois ces tiges dans de la cire fondue, pour les recouvrir d'une mince couche de cire, puis il versait de l'eau bouillanle dans la caisse. Les extrémités fixes de ces tiges étaient ainfi maintenues à la même température ; la chaleur pénétrait par conductibilité dans l'intérieur de ces tiges, déterminant de proche en proche la fusion de la cire. Le point oîi la fusion s'arrête est évidemment à la même température sur toutes les tiges, et la distance de ce point à l'extrémité chauffée augmente avec la conductibilité de la substance. Ainsi, tandis que la cire fond sur toute la longueur d'une tige d'argent, la fusion se propage à peine à quelques millimètres sur une tige de bois. Ces expériences démontrent que les métaux sont incomparablement meilleurs conducteurs que le marbre, la porcelaine, le verre, le charbon, le bois, etc.;

Fig. 40.

tiy. 44.

elles peuvent servir à classer les corps par ordre de conductibiUté, mais elles ne donnent pas des résultats assez précis pour fournir les éléments d'une mesure exacte du coefficient de conductibihté intérieure des divers corps.

Dans les métaux et toutes les substances amorphes, la conductibilité calorifique est, comme la texture, la même dans toutes les directions. Il y avait lieu de se demander si, dans les corps cristallisés dont la dilatibilité et l'élasticité varient généralement, suivant la direction, autour d'un point pris dans leur intérieur, la conductibilité calorifique éprouve des variations de même ordre. M. de Sénarmont a fait, dans ce but, une série d'expériences fort intéressantes. Il a constaté que dans les cristaux du système cubique ou tétraédrique, la conductibilité calorifique reste la même dans toutes les directions. Il a établi en outre qu'il n'en est plus de même pour les cristaux des autres systèmes; la conductibilité calorifique n'est pas la même suivant les divers axes. M. de Sénarmont a constaté aussi que dans une plaque de verre comprimée la conductibilité calorifique est minimum dans le sens de la compression ; ce fait tend à faire admettre que, dans le phénomène de la propagation de la chaleur, les molécules des corps agissent plutôt par résistance que par conductibilité; en est-il de même dans la propagation de l'électricité?

La conductibilité des liquides pour la chaleur a longtemps été contestée; généralement, en effet, réchauffement d'une masse liquide est le résultat d'un dé-

placement moléculaire. Lorsque, dans un vase transparent, on chauffe un liquicJe par sa partie inférieure, il est facile de démontrer (fig. 44) que les couches du fond, échauffées au contact du vase, montent vers la surface en vertu de leur plut faible densité, s'étalent vers les bords, se refroidissent au contact des parois latérales le long desquelles elles redescendent. Il s'établit ainsi, dans la masse liquide, un courant ascendant central de couches chaudes et des courants descendants périphériques de couches refroidies; il en résulte un mélange continuel de couches inégalement chaudes qui tend à rendre uniforme la température de toutes les portions de la masse. D'expériences incomplètes, Rumford avait cru pouvoir conclure que les liquides ne conduisent pas la chaleur.

Un physicien écossais, Murray, démontra la conductibilité des liquides pour la chaleur, en chauffant, par leur surface supérieure, des liquides placés dans une cavité pratiquée dans un bloc de glace. La cavité était remplie d'huile, et un thermomètre plongeait dans les couches profondes; un vase rempli d'eau bouillante servait à chauffer la surface libre du liquide. Au bout d'un certain temps, le thermomètre accusait une élévation de température que l'on ne peut attribuer qu'à la conductibilité du liquide. La chaleur, en effet, ne pouvait être transmise au thermomètre par les parois de glace, qui auraient fondu sans s'échauffer; les propriétés aujourd'hui bien connues des liquides ne permettent pas d'admettre que la chaleur obscure puisse, sous forme rayonnante, atteindre l'instrument placé à cette profondeur.

M. Despretz a fait une étude complète de la conductibilité de l'eau pour la chaleur ; ses expériences ont dissipé toutes les obscurités dont cette question était restée enveloppée. L'eau était contenue dans un vase cylindrique de bois d'un mètre de hauteur et de 20 centimètres de diamètre. Les parois étaient percées de 5 en 5 centimètres de trous dans lesquels on assujettissait des thermomètres dans une position horizontale; les réservoirs correspondaient à l'axe du cylindre, et les tiges faisaient saillie au dehors, alternativement, dans des sens opposés. La source de chaleur était un vase métallique en rapport par son fond avec la surface libre du liquide et contenant de l'eau presque bouillante. Cette eau était sans cesse renouvelée au moyen d'un tuyau d'alimentation en communication avec une chaudière qu'on avait placée dans une pièce voisine pour la mettre à l'abri du rayonnement du foyer. Les expériences s'exécutaient de nuit, dans une cave, pour éviter les ébranlements du liquide et les variations de la température ambiante. Les élévations de température accusées par les thermomètres dont les réservoirs étaient placés dans l'axe, accusaient uniquement la chaleur transmise par conductibilité, car elles étaient supérieures à celles d'autres thermomètres disposés dans le voisinage des parois du vase.

Ce fut seulement au bout de trente-six à quarante heures que l'état stationnaire s'établit dans les thermomètres; il aurait suffi d'une heure pour atteindre ce résultat avec un corps métallique. Ce fait indique combien est faible le coefficient de conductibilité calorifique de l'eau et de tous les liquides. En raison de la faiblesse de ce coefficient de conductibilité, cette colonne d'eau devait se conduire comme une barre métallique indéfinie ; le calcul indiquait que les excès des températures accusés par les thermomètres sur la température ambiante devaient former une progression géométrique décroissante. Dans les expériences de M. Desprets, les ihermomètres étant séparés par un intervalle de 5 centimètres, la raison de cette progression était 1,6.

Les lois d(^ la propagation dQ U chaleur sopt donc les rpêmes pour les liquides

elles solides. Seulement la conductibilité des liquides est très-faible. Le mercure conduit mieux que tous les autres liquides.

La conductibilité des gaz pour la chaleur est encore moindre que celle des liquides. M. Peclet, le premier, a fait des expériences dont les résultais montrent que, dans les masses gazeuses, la chaleur peut se propager par une au(re voie que par déplacements moléculaires. M. Magnus a fait sur cette question des recherches très-intéressantes dont nous devons nous contenter de mentionner les résultats principaux. Bans les gaz, la conductibilité pour la chaleur est excessivement faible; son influence est si faible, que la transmission de la chaleur à travers leur masse s'effectue d'autant mieux qu'ils sont plus raréfiés. L'hydrogène seul fait exception à celte règle; la densité du gaz favorise la transmission de la chaleur à travers sa masse. L'hydrogène possède une conductibilité propre analogue à celle des solides et des liquides.

Cette propriété remarqnaUe de l'hydrogène tend, avec ses autres caractères, à la faire ranger parmi les métaux ; elle rend compte du pouvoir refroidissant de ce gaz si bien signalé par Dulong cl Petit, et mis en évidence par M. Grovepar une expérience très-ingénieuse. Le ])hysicien anglais introduit dans deux éprouvelles remplies d'air deux anses également longues d'un même fd de platine dont les extrémités sont en communication avec les pôles d'une pile électrique; il règle le courant de manière à rougir les deux anses métalliques. Les dispositions étant maintenues les mêmes, il remplace l'air par de l'hydrogène dans une des deux éprouvettes. L'anse de platine plongée dans l'air reste incandescente comme précédemment; mais l'anse plongée dans l'hydrogène et refroidie par ce gaz n'atteint plus une température assez élevée pour devenir lumineuse.

Applications de la conductibilité'. Une expérience bien simple permet de mettre en évidence la grande conduclibiHlé des métaux pour la chaleur. On enveloppe une sphère de cuivre poli d'une fine toile de lin, de manière que le contact entre la substance organique et la substance métallique soit bien régulièrement et bien exactement établi. On pose alors sur la toile un charbon ardent dont on entrelient l'incandescence en soufflant dessus ; et la toile ne brille pas. La chaleur, communiquée à la toile par le charbon, est instantanément enlevée par le métal et disséminée dans la masse de la sphère ; la température du tissu ne peut pas atteindre un degré assez élevé pour déterminer la combustion ni même la carbonisation.

C'est à cette puissance de refroidissement des métaux que les toiles métalliques doivent leurs précieuses propriétés. Lorsqu'on abaisse une toile métallique à mailles serrées sur un jet de gaz enflammé, la combustion continue au-dessous de la toile, mais ne se propage pas au-dessus. Les gaz inflammables qui la traversent cèdent la majeure partie de leur chaleur aux fds métalliques qui la propagent dans tous les sens ; quand ils arrivent à la partie supérieure de la toile, ils sont à une température trop basse pour brûler. Une toile métallique à mailles serrées étant disposée sur le trajet d'un courant de mélange détonant d'oxygène et d'hydrogène, on peut enflammer le jet gazeux qui s'échappe de la toile, sans craindre que la combustion se propage à la masse détonante placée derrière cette toile et ainsi protégée par elle.

La lampe de sûreté, de Davy est une application de cette précieuse propriété des toiles métalliques. Tel qu'il a été perfectionné par M. Combes (fig. 45), cet appareil se compose d'une lampe ordinaire à huile C, surmontée d'un cylindre de verre A, qui se termine par une cheminée B en toile métallique. Armé de cette

ijiiiviji2,u n.

mille une

lampe, le mineur n'a rien à craindre des gaz détonants qui, trop souvent, envahissent les galeries souterraines où il travaille. Si le gaz inllammable pénètre à travers la toile, il prend feu au contact de la flamme de la lampe, déter faible explosion, mais, arrêtée par la toile, la combustion ne peut pas se propager à la masse gazeuse qui remplit la galerie. Ordinairement celte petite explosion intérieure est suffisante pour éteindre la lampe. Habituellement on suspend au- dessus de la flamme de la lampe un fil de platine enroulé en spirale. Lorsque la lampe est éteinte, ce fil de platine, enveloppé de vapeurs d'huile, reste incandescent; la faible lueur qu'il répa:-jl permet à l'ouvrier de se guider à travejs

les galeri*i et di

e gagner l'ouverture de la mine mo-

mentanément inhabitable.

Les pierres, les bois, les substances organiques et terreuses, les matières pulvérulentes et les matières filamenteuses conduisent très-mal la chaleur. Leurs propriétés sont mises à profit, dans l'industrie et dans les arts, pour protéger les corps contre les causes extérieures d'écliauffement et de refroidissement. Il est évident, en effet, qu'une enveloppe qui permet à un corps de conserver sa chaleur et de ne pas se refroidir quand il est plongé dans un milieu à température inférieure à la sienne, doit également l'empêcher de s'échauffer sous l'influence d'un milieu à température élevée ; la difficulté de propagation de la chaleur doit être la même dans les deux sens.

Au point de vue hygiénique, ces" applications de la conductibilité des corps pour la chaleur sont d'une haute importance; elles sont étudiées avec soin aux articles VÊiEMEiNTS, Habitations. Nous devons nous "° *■"■

contenter de rapporter ici les données expérimentales qui peuvent et doivent servir de guide dans les questions de cette nature.

Peclet {Traité de la chaleur, 3« édit., vol. I, p. 406) a publié les résultats de ses recherches sur la conductibilité des divers corps pour la chaleur. En aiipelaiU coefficient de conductibilité la quantité de chaleur qui traverserait, dans une heure une plaque de la matière ayant un mètre carré de surface et ïin mèlre d'épaisseur, les deux faces ayant des températures qui diifèrent de un degré, il a trouvé les nombres suivants :

1* Matières continues ou dont les parties sont agglomérées.

COEFFICIEM' DE COMDnCTIl;il.iiÉ.

Plomb 15,85

Charbon de cornues à gaz 4,9G

Marbre pris à grains fins 5,48

Marbre blanc saccaroïde à gros grains 2 78

rione calcaire à grains lins 2,08

Pierre de Liai.-, à bâtir à gros grains 1,52

PlùU'e ordinaire, giclié 0,331

Plâtre ordinaire, très-fin, gâché 0,520

Plâtre de moulage, très-lin, (Tâché 0,44

Plâtre aluné, gachc . . , 0,63

Terre cuite 0 69

— oibi

finis ap «anir. i perpendiculairement aux lihres . . 0,093

Boiïdesapm.j paj-aHèienient aux fibres 0,170

„ . j ( peipendiculairement au\ lihres . . 0 103

Bois de noyer.} parallèlement aux fibres 0,171

Bois de chêne perpendiculairement aux fibres . . . 0,211

Liège 0,143

Caoutchouc 0,170

Gutta-percha . . • 0,172

Colle d'amidon 0,425

Verre 0,7S

2" Matières pulvérulentes.

Sable quartzeux 0,2'3

Brique pilée, gros grains 0,139

Brique pilée, passée au tamis de soie 0,165

Brique en poudre fine obtenue par décantation. . . 0,140

Craie en poudre un peu humide 0,1C8

Craie en poudre lavée et .séchée U,086

Craie en poudre, lavée, séchée et comprimée ... 0,105

Fécule de pommes de terre 0,098

Cendres de bois ■ 0,06

Poudre de bois d'acajou 0,065

(iharbon de bois ordinaire en poudre 0,079

Braise de boulanger en poudre passée au tamis de

soie 0,068

Charbon de bois ordinaire en poudre passé au tamis

de soie • . 0,081

Coke pulvérisé 0,160

Limaille de fer 0,158

Bi-oiyde de manganèse 0,163

5° Matières filamenteuses.

Coton ou laine, quelle que soit sa densité 0,040

Molleton de coton, — 0,040

Calicot neuf, — 0,050

Laine cardée, — 0,044

MoUelon de laine, — 0,024

Édredon, ' — 0,039

Toile de chanvre neuve 0,052

— vieille 0,043

Papier blanc à écrire 0,043

Papier gris non collé 0,034

En terminant, Peclet fait une importante remarque dont les hygiénistes doivent tenir grand compte dans le choix des vêtements à recommander, m La conductibilité des matières textiles, dit-il, étant sensiblement indépendante de leur densité (c'est-à dire du degré de tassement qu'elles ont subi), il s'ensuit nécessairement que leur conductibilité est la même que celle de l'air stagnant. » Puis il ajoute : « la valeur de la conductibilité delà colle d'amidon peut aussi être regardée comme égale à celle de l'eau 'stagnante. J'ai encore reconnu que, pour les matières qui conduisent mal la chaleur, l'humidité augmente beaucoup leur faculté conductrice, »

VI. Sources de chaleur et de froid. Un corps peut s*échauffer sans que le changement de température constaté puisse être attribué à une nouvelle répartition de chaleur sensible ; il peut conserver une température invariable bien qu'il soit exposé à des influences qui lui enlèvent de la chaleur. Dans tous ces cas, on

dit qu'il y a production de chaleur. Lorsque les effets constatés sont inverses, quand l'abaissement de température éprouvé par un corps ne dépend pas d'une nouvelle distribution de chaleur sensible, quand la température se maintient invariable sous l'influence d'actions qui lui communiquent de la chaleur, on dit qu'il y a consommation de chaleur ou production de froid.

En général, tout système de corps qui, sans éprouver un abaissement correspondant de température, a la propriélé d'élever la température des corps voisins est une source de chaleur. Par opposition on désigne, sous la dénomination de sowrce de froid, tout système de corps qui, sans éprouver une élévation correspondante de température, peut déterminer un abaissement de la température des corps voisins.

Longtemps on a tait de vains efforts pour expliquer tous ces phénomènes par des jeux de chaleur latente ou par des effets de changement.de volume des corps; des faits nombreux, et de la plus haute importance, échappaient à des interprétations de cette nature, accusant une imperfection grave des hypothèses adoptées comme base de la théorie physique de la chaleur. Aujourd'hui cette lacune est heureusement comblée; mais, avant de montrer comment tous les modes de production et de consommation de chaleur se réduisent à un seul, la transformation réciproque de la chaleur et du travail mécanique, il nous a paru utile de faire ici une étude empirique des diverses sources connues et utilisées de chaleur et de froid.

A l'article Atmosphère, nous avons étudié la radiation solaire, la chaleur centrale de la terre, la température des espaces interplanétaires et interstellaires, comme modifications de la température des climats. Un article spécial, Ghaleuh ANIMALE, est consacré à l'étude des phénomènes de production et de consommation de chaleur dont s'accompagnent toujours les phénomènes de la vie. Les sources de chaleur et de froid dont nous avons à nous occuper ici se rapportent à trois chefs principaux. Elles sont dues à la mise en jeu d'actions mécaniques, physiques ou chimiques.

A. Sources mécaniques de chaleur et de froid. Les actions mécaniques qui s'accompagnent d'une production ou d'une disparition de chaleur sont le choc, les changements de volume et le frottement.

Choc. En même temps qu'elle rapproche leurs molécules et augmente leur densité, la percussion élève la température des corps solides. Ainsi, fortement battu à froid, le fer s'échauffe suffisamment pour pouvoir être travaillé. Sous le choc du balancier d'une presse monétaire, des disques d'argent, d'or et de cuivre acquièrent de très-hautes températures. Au moment oii elle s'aplatit contre une plaque métallique, la balle lancée par un fusil s'échauffe assez pour éprouver une fusion partielle. Les plaques métalliques des navires blindés deviennent rouges de feu sous le choc des boulets lancés par les énormes canons modernes. Placé sur une enclume, le coton poudre fait explosion quand on le frappe avec un mar*

teau.

La percussion peut aussi élever la température des liquides. En frappant à coups de marteau sur la tête d'un piston dont la face inférieure reposait sur la surface libre d'une masse d'éther sulfurique renfermée dans une épaisse enveloppe de verre MM. CoUadon et Sturm ont vu la température du liquide s'élever de quatre ksix deorés centigrades. L'alcool, moins compressible que l'étlier, n'éprouve dans les mêmes conditions qu'une élévation de température de un degré. L'eau, moins

compressible que les deux liquides précédents, ne subit pas de variation de température appréciable.

Changements de volume. Un fil métallique, passé à la filière, éprouve à la fois un accroissement de densité et une élévation sensible de température. Par contre, il est facile de constater, avec une pince thermo-électrique, qu'un fil métallique se refroidit lorsqu'il s'allonge subitement sous l'influence d'une traction mécanique.

C'est surtout en opérant sur les gaz qu'on peut facilement mettre en évidence les productions et les consommations de chaleur correspondant aux changements de volume.

Le briquet à air est un tube dé verre, rempli d'air ou d'oxygène, fermé à l'une de ses extrémités et dans lequel joue un piston. Quand on enfonce brusquement le piston, la compression du gaz dégage une quantité suffisante de chaleur pour qu'un morceau d'amadou prenne feu. Quand la compression est très-brusqiic, l'é- ■ lévation de température est assez grande pour produire une étincelle résultant de la combustion vive des matières grasses qui recouvrent les parois intérieures du tube, ou se trouvent en suspension dans la masse gazeuse.

Lorsqu'on laisse brusquement rentrer l'air extérieur dans la cloche de la machine pneumatique, un iheimomèlre de Breguet, placé dans cette cloche, accuse une élévation de température. Cette production de chaleur est due à la compression que la rentrée brusque de l'air fait éprouver à la masse gazeuse qui restait dans la cloche et aux premières couches introduites au début de l'expérience.

L'éponge de platine et les matières très-divisées jouissant de la propriété décondenser très-fortement les gaz, il se produit alors des quantités très-considérables de chafeur qui déterminent des phénomènes de combustion. C'est dans une action de cette nature qu'il faut chercher l'explication des combustions spontanées qui se manifestent parfois dans des masses de charbon et de matières organiques très-divisées, au contact de l'air. Dans les grands établissements publics, et dans les théâtres surtout, des amas de rognures de lampes abandonnés au contact de l'air, peuvent prendre feu par un mécanisme semblable et devenir le point de départ de graves incendies.

Lorsqu'on place un thermomètre de Breguet sur la platine d'une machine pneumatique et qu'on le recouvre d'une cloche, la dilatation de la masse gazeuse confinée, déterminée par les premiers coups de piston, s'accompagne d'un refroidissement accusé par le déplacement de l'aiguille du thermomètre.

Il arrive parfois, dans l'exploitation des mines, que le travail des ouvriers détermine des fissures qui communiquent avec des cavités remplies de gaz humides très-comprimés. Les gaz s'échappent avec violence, se dilatent et se refroidissent assez pour déterminer la précipitation et la congélation de la vapeur d'eau. Les bonnets, la barbe, les vêtements des ouvriers placés sur le trajet de ces fuites gazeuses se recouvrent de givre.

Lorsqu'on ouvre, tandis qu'il est rempli d'air, le réservoir inférieur de la gigantesque fontaine de Héron qui opère l'épuisement des eaux dans les mmes de Schemnitz, l'air humide, en s'échappant et en se dilatant, se refroidit tellement que la vapeur d'eau entraînée se congèle à la surface des corps mauvais conducteurs qu'on lui présente.

Dans les cours de physique, on produit des effets de même nature à l'aide d'une machine de compression contenaut une mince couche d'eau et dans laquelle on a

comprimé de l'aii- à deux ou trois atmosphères. Il sul'rit de recevoir, sur hi convexité d'un ballon de verre, le courant de gaz qui s'éciiappe à travers l'ouverture étroite du robinet, pour obtenir le dépôt d'une couche de glace très-sensible.

Ces phénomènes expliquent pourquoi l'air, à mesure qu'il s'élève dans l'atmosphère, se refroidit en se dilatant par le seul fait de son passage dans des régions oij il est soumis à des pressions moins considérables. Cette circonstance joue un rôle important dans la distribution des températures atmosphériques.

De l'étude comparative des variations simultanées de température et de densité de gaz, Dulong a déduit la loi suivante remarquable par sa simplicité :

« Des volumes égaux de tous les fluides élastiques, pris à une même température et sous une même pression, étant comprimés ou dilatés subitement d'une même fraction de leur volume, dégagent ou absorbent la même quantité absolue de chaleur; les variations de température qui en résultent sont en raison inverse de leurs chaleurs spécifiques sous volume constant. »

Nous avons indiqué, article Calorijiétrie, les procédés employés pour nàesurer les variations de température déterminées par les compressions ou les dilatations subites des gaz, et nous avons fait connaître les résultats obtenus par les expérimentateurs.

En résumé, de cette étude empirique des phénomènes thermiques déterminés par le choc et par les changements de volume des corps, nous sommes autorisés à tirer la conclusion suivante ;

Toutes les fois que, par une action mécanique, on produit, dans l'état d'un corps, une modification qui résulterait d'un abaissement de température, il y a production ou dégagement d'une certaine quantité de chaleur ; si la modification déterminée par l'action mécanique est de celles que produirait une élévation de température, il y a, au contraire, consommation ou absorption d'une certaine quantité de chaleur.

Frott&ment. Le frottement est la première source de chaleur que l'homme ait connue et utilisée. Des fragments de bois, très-vivement frottés les uns contre les autres ou contre des corps durs, s'échauffent et s'enflamment ; de nos jours, les peuplades sauvages se procurent encore du feu par ce procédé, déjà pratiqué par les troglodytes de l'époque quaternaire, comme l'attestent des appareils spéciaux retrouvés dans le sol des cavernes oii ils avaient fixé leurs habitations.

Le fer s'échauffe sous l'action de la lime. Dans l'opération du sciage du bois, la lame d'acier de la scie s'échauffe assez pour fondre le morceau de lard avec lequel on la frotte. Les étincelles du briquet à silex sont des particules d'acier, détachées de la lame métallique, et que le frottement a portées à une température assez élevéepour déterminer leur combustion vive en présence de l'oxygène de l'air ambiant. L'essieu d'une voiture en marche s'échauffe, malgré le corps gras dont on a soin de l'enduire pour atténuer le frottement.

En 1778, Rumford communiqua à la Société royalede Londres les résultats des belles expériences qu'il venait d'exécuter sur cette question du développement de la chaleur par le frottement. Préposé à la direction du forage des canons dans les ateliers de l'arsenal militaire de Munich, cet éminent physicien fut frappé du, degré très-élevé de température qu'acquiert le canon, pendant le percement, et de la température encore plus intense (bien supérieure à celle de l'eau boudlante) des copeaux métalliques détachés par l'alésoire. Il s'assura que la chaleur spécifique des copeaux était la même que celle de la musse de bronze dont ils WCT. ENC. XIV 47

734 CHALEUK.

avaient été détachés. Il n'était donc pas possible de rapporter le pliénomèue à un jeu de chaleur latente, devenue sensible sous l'action des appareils.

Il poussa plus loni cette étude ; il construisit un appareil dans lequel un pilou d'acier trempé était fortement pressé contre le fond d'un cylindre creux en 1er. Entraîné par deux chevaux, le cylindre tournait autour de son axe ; la surface de frottement des deux pièces métalliques était d'environ 15 centimètres carrés. Il mit l'appareil en mouvement, après l'avoir placé dans une caisse de sapin, contenant assez d'eau pour recouvrir le cylindre. Au début de l'expérience, l'eau de la caisse était à 15 degrés. Cette eau fut trouvée à 40 degrés au bout d'une heure, à 61 degrés au bout d'une heure trente minutes ; elle entra en pleine ébullition au bout de deux heures vingt minutes. En tenant compte de réchauffement des diverses parties de l'appareil, Rumford évalua la quantité de chaleur développée pendant cette opération à 1200 calories, c'est-à-dire à la quantité de chaleur nécessaire et suffisante pour élever de zéro à 100 degrés la température de 12 kilogrammes d'eau. Pendant le frottement, il ne s'était produit que 54 grammes de limaille métallique, et la chaleur spécifique de cette limaille était sensiblement la même que celle du cyhndre de fer.

D'ailleurs l'expérience démonti'e que l'usure des surfaces n'est pas nécessaire pour que le frottement produise de la chaleur. Quand ils ont marché un certain temps, les pistons de la machine pneumatique sont assez dilatés par l'élévation de température pour que leur jeu devienne difficile; il serait pourtant impossible de retrouver des traces appréciables d'usure sur les pièces de l'appareil.

Une expérience célèbre, due à H. Davy, montre toute l'impuissance des hypothèses anciennement admises, sur la nature de la chaleur, à expliquer les effets thermiques du frottement. Ce grand physicien prit deux morceaux de glace à zéro et les maintint dans une enceinte à zéro, pendant qu'il les frottait fortement l'un contre l'autre; ces deux fragments de glace fondirent très-rapidement. Mais chaque kilogramme de glace à zéro, pour être transformée en eau à la même température, absorbe 79 unités de chaleur. D'où provenait donc la chaleur nécessaire au changement d'état de la glace effectué dans cette expérience? Elle n'avait certainement pas été empruntée à l'appareil, dont toutes les pièces étaient maintenues à zéro ; elle n'avait pas non plus été fournie par un dégagement de chaleur latente qui serait devenue libre au moment de la fusion, car la chaleur spécifique de l'eau est plus que double de celle de la glace.

B. Sources physiques de chaleur et de froid. Les actions physiques qui s'accompagnent d'une production ou d'une consommation de chaleur sont nombreuses ; mais elles n'ont pas toutes la même importance, du moins au point de vue pratique.

Électricité en mouvement. Dans les cours de physique, on rougit, on fond un fil de platine, en le faisant traverser par la décharge d'une bouteille de Leyde ou par un courant électrique. Dans les appareils d'éclairage électrique, l'arc lumineux est constitué par un flux d'électricité qui échauffe jusqu'à l'incandescence les extrémités des cylindres de charbon, à travers lesquels il s'échappe. Les puissantes décharges électriques, qui constituent les coups de foudre, produisent, sur leur passage, des effets de même nature. Dans les habitations foudroyées, les dorures des cadres des glaces sont enlevées, réduites en vapeur, sans que le bois soit attaqué au-dessous ; les fils de sonnettes sont fondus et tombent à terre en

Cn.\LE[]R. 75o

globules incandescents ; des masses métalliques plus considérables sont fondues aux points d'entrée et de sortie de la foudre ; des épées présentent des traces de fusion à leur pointe et à leur ti'anchant ; les anneaux des grosses chaînes métalliques sont fondus dans les points où ils se touchent, et parfois restent soudés. Sur les rochers du sommet des Alpes, des Pyrénées et des plus hautes montagnes, les voyageurs rencontrent souvent des buUes et des couches vitreuses, résultat de la fusion des couches superficielles de ces rochers frappés de la foudre. Dans les grands amas de sable, on trouve quelquefois des tubes de longueur et de forme variables, composés de grains de quartz agglutinés, et dont la paroi interne est un verre parfait. Ces tubes de foudre ou fulguriles sont le résultat de l'élévation de température déterminée dans les portions de ces buttes.de sable traversées par la foudre. Ajoutons enfin quesouvent, àlasuite de grands orages, se déclarent de violents incendies déterminés par l'inflammation de piles de céréales, de meules de fourrage, d'amas de bois ou de toute autre matière combustible, frappés de la foudre.

ïmbïbilion. Nous devons à M. Pouillet [Ann. de ch. et dephys., 2"^ série, 1820, t. XX, p. 141) une série intéressante de recherches sur la chaleur dégagée au contact de divers solides et de divers liquides, tels que l'eau, l'huile, l'alcool et l'éther acétique. Ces expériences ont porté sur des substances minérales et sur des substances organiques.

Les corps empruntés au monde minéral étaient réduits en particules fines et desséchées. 11 résulte de ces nombreux essais que : toutes les fois qu'un liquide mouille un solide, il y a dégagement de chaleur. D'ailleurs cette production de chaleur est très-faible, quand le liquide n'exerce pas une action chimique sur le solide; les tableaux annexés au mémoiie montrent, en effet, que l'élévation de température n'atteint pas un degré centigrade. Les effets obtenus ont varié entre 0%14il et 0'',940 ; le minimum au contact de la limaille de cuivre et de l'alcool, le maximum au contact de l'argile en poudre et de l'eau.

En opérant sur des substances organiques et sur des tissus organisés, desséchés, M. Pouillet a constaté que, à l'instant où ces corps absorbent un liquide, il y a dégagement de chaleur. D'ailleurs, dans ce dernier cas, les phénomènes sont constamment plus intenses qu'avec les substances inorganiques; les tableaux des expériences montrent que l'élévation de température constatée est toujours restée supérieure à deux degrés. L'absorption des liquides par certains tissus organisés fournit des élévations de température beaucoup plus considérables. Avec l'eau, l'amidon a donné 90,70 et la racine de réghsse 10^,20; des membranes très-minces d'intestin de mouton ont donné 9", 63 avec l'eau, 10°, 12 avec l'alcool, 8",38 avec l'éther acétique.

Les tissus des plantes et des animaux contiennent toujours des liquides et ne sont jamais à l'état de siccité où M. Pouillet les a observés. Mais, au moment où s'effectuent les absorptions nécessaires à l'entretien de la vie, ces tissus se chargent d'un excès de liquide et deviennent nécessairement le siège d'un développement de chaleur très-faible sans doute, mais qui doit jouer un rôle dans les réactions si nombreuses qu'exige l'entretien de la nutrition.

Changements d'état des corps. Nous avons vu que toutes les fois qu'un corps change d'état, il y a consommation d'une quantité déterminée de chaleur, qui de sensible devient latente, ou dégagement d'une quantité déterminée de chaleur qui

de latente redevient sensible. Ces changements d'état physique sont des sources puissantes, communes et très-importantes de chaleur et de froid.

Au moment où il se solidifie, un liquide dégage constamment de la chaleur. Ainsi de l'eau étant maintenue liquide à 12° au-dessous de zéro, sa température remonte à ;seVo, lorsque, par l'agitation, est déterminée sa solidification instantanée. Cette source de chaleur, intéressante au point de vue tjiéorique, n'a reçu aucune application pratique.

Par raison de réciprocité, les sohdes, au moment où ils se liquifient, absorbent constamment de la chaleur. Ce phénomène a été utilisé pour produire des froids très-intenses. Supposons, en effet, que, par des mélanges en proportions déterminées, on puisse rendre la liquéfaction d'un corps solide très-rapide. Ce changement d'état consommera nécessairement une quantité très-considérable de chaleur. Et comme la presque totalité de cette chaleur en raison même de la rapidité avec laquelle elle sera consommée, ne pourra être fournie que par les corps plongés dans ces mélanges, ces corps devront nécessairement éprouver un abaissement frèsconsidérable de température. Les mélanges qui produisent des effets de cette nature sont très-nombreux ; ils sont connus sous la dénomination commune de mélanges réfrigérants. Nous faisons connaître les pins importants et les plus employés dans les tableaux suivants :

1° Mélanges d'eau et de sets.