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MESSIEURS

Vous avez pu remarquer dans l’histoire des grands corps de la nature, que pour comprendre le système planétaire, il a fallu admettre, indépendamment de l’attraction newtonnienne et de ses lois, certaines impulsions communiquées à chacune des planètes dans la direction de la tangente de leur orbite. Nous avons été contraints à reconnaître l’existence de ces impulsions; car, il est évident que, sans elles, tous les corps planétaires qui s’attirent réciproquement ne tardéraient pas à ne former qu’une seule masse.

Cette supposition, qui s’applique à l’état constant et régulier des mouvements du système planétaire, ne serait d’aucuneutilité pour cette multitude de petits mouvements, pour cette multitude de changements de formes et d’états que nous présentent incessamment les corps sublunaires.

Il est évident qu’à la surface du globe, il faut admettre quelque puissance, qui serve à modifier les phénomènes de l’attraction qui s’oppose à ces résultats absolus, et qui explique

d’une manière satisfaisante les états et les mouvements divers que nous présentent les corps.

Ceci nous conduit à étudier le calorique, car il faut le dire, l’existence de ce fluide qui pénètre et dilate les corps naturels, ne représente pour nous qu’une force opposée à l’attraction et destinée à en contrebalancer les effets.

Cette supposition de l’existence d’une force opposée à l’attraction est bien nécessaire, et, en effet, nous savons que toutes les particules de la matière sont également attirées par le centre de la terre, c’est-à-dire, également pesantes, et cependant, voici un volume d’or qui pèse 19 grammes, tandis que le même volume d’eau ne pèse qu’un gramme, tandis que le même volume de vapeur d’eau ne pèse que la 1,700® partie d’un gramme, il faut donc que les particules d’or soient placées beaucoup plus près les unes des autres que les molécules de l’eau liquide ; il faut donc que les molécules de l’eau en vapeur soient placées 1,700 fois plus loin les unes des autres, que les particules de l’eau liquide. U y a donc une puissance' qui tient les molécules de vapeur d’eau ainsi écartées, malgré leur attraction réciproque, sans quoi, elles se rapprocheraient jusqu’à former un corps aussi dense que l’or; c^est au calorique qui existe dans tous les corps, que l’on attribue cette puissance de répulsion qui contrebalance et modifie les effets de l’attraction.

Tout le monde sait, qu’il y a des corps dont le contact fait éprouver à nos organes une sensation qu’on appelle froid, et d’autres, au contraire, qui nous font éprouver une autre sensation, qu’on appelle chaleur. Il doit y avoir une cause de ces sensations si différentes; on a d’abord nommé cette cause chaleur et matière du feu, ces expressions étaient évidemment impropres, puisqu’on ne pouvait pas donner le même nom à la chaleur, qui est un effet et à la cause de cet effet ; le mot matière du feu ne valait pas mieux, car la matière du feu, c’est le combustible qui brûle ou l’oxygètie qui est absorbé. Les chi-

mistes nomenclateurs ont adopté le mot calorique, pour exprimer la cause des phénomènes de chaleur.

Les sensations dont nous venons de parler sont extrêmement trompeuses, elles sont entièrement relatives aux impressions qui les ont précédées, si la main sort d’un vase plein d’eau chaude, elle trouvera l’eau tiède froide ; et si la main sort d’un vase plein d’eau très-froide, la même eau tiède lui paraîtra chaude, c’est pour la même raison que les caves profondes, qui sont toujours à la même température, paraissent chaudes en hiver et froides en été.

Le calorique étant adopté comme cause de la chaleur, se trouve par rapport à nous , dans le même cas que toutes les autres causes; c’est-à-dire, que nous n’en avons aucune idée précise et absolue, mais pour comprendre les phénomènes de l’ordre que nous étudions , après avoir admis l’existence du calorique, il faut lui assigner des propriétés et des qualités qui puissent servir à rendre compte des phénomèmes.

On dit donc que le calorique est un fluide impondérable, parce qu’on n’a jamais pu le peser ; que ses particules sont excessivement petites , puisqu’il pénètre aisément dans tous les corps sans exception ; que ces mêmes molécules sont douées d’une force de répulsion qui tend à les écarter incessamment les unes des autres, et qui agit suivant la même loi que l’attraction, c’est-à-dire en raison inverse du carré des distances.

On admet encore que ces molécules éprouvent des attractions variées pour celles des autres corps de la nature, en sorte qu’elles peuvent s’attacher aux molécules de ces corps et les entraîner avec elles dans leur répulsion.

Tout ce que nous venons de dire n’est probablement pas vrai ; car ici, comme dans beaucoup d’autres cas, nous sommes réduits à faire des suppositions pour expliquer des phénomènes ; il n’en est pas moins très-utile d’admettre provisoirement ces suppositions, parce qu’elles nous servent à coordonner nos idées,

à lier les faits entre eux, et à les retenir plus aisément.

Cela posé , nous devons considérer : 1° le calorique dans l’état de liberté ; 2" la manière dont il se conduit dans les corps ; 3° les changements de volume qu’il y produit; 4" les changements d’état auxquels il donne lieu ; nous devrons enfin examiner les moyens de mesurer le calorique, et les diverses opérations à l’aide desquelles on peut le produire ou le dégager.

Tous les corps de la nature contiennent du calorique ; il n’y a, sous ce rapport, de différence que du plus au moins : mais nous ne connaissons pas de corps dont nous puissions dire qu’ils sont froids d'une manière absolue : ce qu’il y a de remarquable, c’est que ce calorique , contenu dans les corps , ne tend pas à y rester, mais, au contraire, s’en échappe incessamment en se projetant dans l’espace, suivant un mode tout à fait semblable à celui de la lumière, c’est-à-dire en rayonnant.

Il est facile de s’assurer de ce fait, car en approchant la main à une certaine distance d’un corps chaud, on éprouve une certaine sensation de chaleur bien avant d’avoir touché ce corps.

Le calorique qui traverse l’espace , se meut en ligne droite et en rayon comme la lumière ; on s’en assure en plaçant un miroir concave en face d’un corps chaud, il se produit au foyer de ce miroir une chaleur très-considérable, qui ne peut être que le résultat de la réfiexion des rayons calorifiques par ce miroir. On ne connaît pas la vitesse du mouvement du calorique; elle est probablement beaucoup moindre que celle de la lumière.

Le calorique rayonnant traverse le vide, traverse l’air et tous les fluides élastiques en les échauffant très-peu ; mais il est arrêté, en grande partie, par les corps tout à fait transparents, qui laissent si librement passer la lumière ; néanmoins les corps transparents diffèrent considérablement entre eux, sous le point de vue de la facilité avec laquelle ils laissent passer le calorique rayonnant.

Le calorique qui se meut ainsi dans l’espace et qui provient

de toute espèce de corps chaud à quelque degré que ce soit, s’échappe de la surface de ces corps suivant des lois qu’il nous importe beaucoup de connaître, puisque nous mettrons incessamment ces phénomènes en jeu dans nos appareils de chauffage : c’est pourquoi nous exposerons ces lois avec exactitude.

1° Le calorique rayonne de la surface d’un corps en raison directe de la température de ce corps, c’est-à-dire, qu’un corps à 100 degrés de chaleur rayonne exactement 50 fois plus de calorique que le même corps à 50 degrés.

2“ La quantité de calorique qui s’échappe d’un corps est exactement en proportion de sa surface extérieure et le maximum de l’effet de ce calorique rayonnant a lieu dans une direction perpendiculaire à sa surface.

3° Un corps dont la surface est inégale rayonne plus de calorique que si la surface en est polie.

4° La couleur des corps influe considérablement sur la quantité de calorique qui, toutes choses égales d’ailleurs, s’échappe de sa surface. Cette différence est même extrêmement considérable, car un corps noir et dépoli rayonne, dans un temps donné, huit fois plus de calorique qu’un corps blanc et poli.

Telles sont les lois suivant lesquelles le calorique s’écheppe de la surface d’un corps ; mais le calorique, une fois lancé dans l’espace et rencontrant d’autres corps, est absorbé par eux et ce qu’il y a de remarquable, c’est que cette absorption obéit exactement aux mêmes lois que nous venons de signaler pour l’émission : ainsi, un corps placé au milieu d’un espace environné d’autres corps, absorbe d’autant plus de calorique que sa température est plus basse, il en absorbe en raison de sa surface, il en absorbe plus s’il est dépoli que s’il est poli, enfin un corps noir et dépoli absorbe, toutes choses égales d’ailleurs, huit fois plus de calorique dans un temps donné qu’un corps blanc et poli.

Les principes que nous venons d’énoncer constituent des connaissances tout à fait modernes ; il y a cinquante ou soixante ans,

on ne se doutait pas du rayonnement du calorique, c’est à Lesly et àRumford que ces découvertes sont dues; Herschell avait, il est vrai, indiqué le fait du rayonnement du calorique, mais sans en déterminer les lois.

La conséquence la plus générale qu’il y ait a déduire des principes du rayonnement, c’est que, un nombre indéterminé de corps à diverses températures, placés dansune enceinte, doivent nécessairement arriver à l’état d’équilibre, c’est-à-dire se trouver tous au bout d’un certain temps à la même température. Ce fait capital se démontre mathématiquement, mais on le conçoit dpnon, puisque, tant qu’il y en a un plus chaud, il perd davantage, tandis que les plus froids acquièrent aussi d’autant plus; quant aux couleurs, comme leur influence est réciproque, elle ne change rien au résultat.

La plupart des expériences qui ont servi à établir les lois du rayonnement sont d’une exécution très-simple, on s’est surtout servi d’un cube creux que l’on peut remplir d’eau bouillante et dont le quatre faces latérales peuvent être alternativement noires, blanches, polies ou dépolies; en plaçant un miroir concave vis-àvis ces différentes faces, il se produit à son foyer des températures que l’on peut mesurer exactement et qui sont exactement proportionnelles à la quantité de calorique que chaque espèce de surface rayonne dans un temps donné.

Une multitude de faits vulgaires peuvent servir d’exemple et de preuve de ces principes.

Si un poêle bien chauffé est garni d’un tuyau de cuivre poli on pourra en approcher beaucoup la main sans s’apercevoir qu’il est très-chaud et on se brûlera vivement en le touchant ; si au contraire, le tuyau est en tôle noire et rugueuse, le rayonnement se fera sentir de loin ; aussi les tuyaux de cette dernière couleur doivent-ils être préférés pour échauffer les habitations.

Si dans l’hiver, on expose à la fois au feu son rasoir et son

cuir, le cuir sera déjà brûlant lorsque la lame du rasoir sera encore tout à fait froide.

11 est peut-être superflu de faire remarquer que les corps blancs et polis qui absorbent ou rayonnent très-peu de calorique, le réfléchissent au contraire presque complètement.

C’est en conséquence de ces principes que le comte de Rumford a mis à la mode de petits foyers environnés de trois surfaces obliques pour renvoyer le calorique rayonnant dans l’intérieur de la chambre, mais ces surfaces doivent être de préférence en fayence blanche ou en porcelaine.

Je ne puis me défendre ici. Messieurs, de vous communiquer une idée qui m’a bien souvent frappé relativement à ce qu’on nomme les préjugés populaires : on a écrit beaucoup de livres contre les erreurs et les préjugés populaires ; peut-être, ne seraitil pas inutile ni sans intérêt d’en écrire un dans le sens contraire, et qui aurait pour objet de faire voir que beaucoup d’opinions populaires qui, longtemps, ont été traitées avec le plus grand mépris par les savants, se sont trouvées plus tard, parfaitement fondées en raison ; j’en citerai en passant un exemple, à propos du calorique rayonnant.

Avant les découvertes de Lesly et de Rumford, c’était un préjugé de bonne femme bien accrédité que le café se tenait plus chaud dans une cafetière d’argent que dans un vase de terre : les savants niaient positivement ce [fait, car ils étaient certains que l’argent était un très-bon conducteur de la chaleur et que par conséquent, le vase d’argent devait refroidir beaucoup plus vite ; malheureusement les savants n’avaient encore aucune idée du rayonnement et par conséquent, ils niaient un fait d’observation, parce qu’ils ne savaient que la moitié de la théorie du calorique.

On pourrait dès aujourd’hui citer un certain nombre de faits du même genre, mais comme il nous est bien démontré que nous ne possédons encore qu’une très-faible partie des lois de la

nature, il est très-possible, que les savants soient conduits plus tard à consacrer comme des faits scientifiques, une foule de choses qui sont considérées aujourd’hui comme imaginaires ou erronées.

Qu’on nous permette de consigner ici, à l’occasion de quelques cas particuliers, un principe très-général dont les hommes de bon sens ne doivent jamais se départir.

Nous sommes beaucoup trop ignorants pour qu’il nous soit permisde nier un fait quelconque, sous prétextequ’il n’est pas rationel ou qu’il est absurde ; en conséquence, à l’égard d’un fait annoncé, il n’y a qu’une seule méthode à suivre et cette méthode consiste à vérifier le fait. Croire sans vérification, c’est manquer de prudence, nier sans vérification, c’est un acte de présomption.

Indépendamment des mouvements du calorique libre, traversant les espaces dont nous venons de nous occuper, ce calorique peut encore se mouvoir dans l’intérieur des corps et se transmettre avec plus ou moins de facilité et de promptitude d’une extrémité d’un corps à l’autre.

Cette propriété, en vertu de laquelle les corps laissent passer le calorique, s’appelle ou conducibilité.

Tout le monde sait, par exemple, qu’en plaçant dans une forge, l’une des extrémités d’une barre de fer, au bout d’un certain tem psl’autre extrémité deviendra assez chaude pour qu’on ne puisse plus la tenir avec la main.

Beaucoup de savants se sont occupés de cette importante propriété ; Laplace a donné la théorie de la communication de la chaleur ; M. Despretz a fait des expériences exactes sur les différents métaux et Fourrier s’en est servi pour établir une formule générale.

Les corps solides sont tous plus ou moins conducteurs du calorique, mais à des degrés très-différents.

Si on exprime par le nombre 1,000 la propriété conductrice

DE PniSIQUE GÉNÉRALE.

de l’or qui est le meilleur de tous les conducteurs, celle du fer ne sera que 374, celle du plomb que 179, et enfin les briques et la terre du fourneau n’auront plus qu’une faculté conductrice exprimée par 11.

Les matières vitrifiées et le charbon sont les plus mauvais conducteurs delà chaleur que nous connaissions. On peut fondre une tige de verre àla lampe d’émailleur ; pendantqu’on la tient à quelques pouces de distance , on tient à la main un charbon qui est incandescent à son extrémité.

Il faut encore remarquer, qu’indépendamment delapropriété conductrice particulière à chaque substance, cette faculté est encore proportionnelle à la section du corps, en sorte que les corps réduits en filaments très-fins sont de très-mauvais conducteurs, c’est pourquoi la ouate de coton ou de soie, la laine cardée et les étoffes tissues de ces mêmes substances sont très-propres à tenir le calorique enfermé dans les espaces qu’elles enveloppent, ce qui explique l’usage que nous faisons de ces sortes de corps pour nos vêtements d’hiver.

Les corps liquides sont à peu près insusceptibles de conduire le calorique; en effet, si l’on verse doucement de fhuile bouillante sur de l’eau froide, l’eau ne s’échauffera pas sensiblement même au bout d’un temps considérable. Cependant les liquides sont très-susceptibles de s’échauffer très-rapidement dans toute leur masse; mais il faut pour cela, que la chaleur soit appliquée à la partie inférieure du vase qui les contient. Ce n’est plus alors par communication que le liquide s’échauffe, mais par déplacement de ses molécules ; en effet, aussitôt qu’une molécule est échauffée, elle devient plus légère et monte, puis elle est remplacée par une molécule froide'et ainsi de suite ; il en résulte que c’est la partie supérieure d’un vase plein d’eau froide, placé sur le feu, qui s’échauffe la première; on a très-bien dépeint cephénomène, en disant que les liquides charrient le calorique au lieu de le conduire.

Les gaz paraissent encore moins susceptibles de conduire le calorique que les liquides; ils ne paraissent pas s’échauffer du tout , ou de proche en proche, ou par communication ; mais, en revanche, leurs molécules étant excessivement mobiles, elles charrient le calorique encore plus facilement que les liquides. Cette propriété donne lieu à des phénomènes trèsremarquables : si un corps chaud est placé dans une chambre froide, il s’établira autour de lui un courant d’air ascentionnel; car l’air montera à mesure qu’il se trouvera échauffé par le contact du corps : si , au contraire , un corps froid était placé dans une chambre chaude , il s’établirait autour de lui un courant d’air descendant.

Ces phénomènes deviennent très-saillants pour l’air d’abord, parce que ses molécules sont très-mobiles, et ensuite, parce que la dilatation qu’il éprouve par la chaleur est très-considérable. C’est à l’aide de ces lois physiques que l’on a réussi à expliquer les vents alizés , les brises de terre et de mer, etc.

11 ne faut pas oublier parmi les conséquences de ces principes , que , dans une chambre échauffée par un poêle , l’air le plus chaud touche le plafond, pendant que l’air le plus froid reste sur le plancher : c’est pour la même raison que, dans une salle de spectacle , le parterre est la place la plus saine et la moins chaude, pendant que les régions supérieures sont remplies d’un air échauffé et vicié par la respiration.

La propriété conductrice des gaz est si faihle , qu’il suffit d’environner un corps d’une mince lame d’air pour s’opposer à la déperdition de la chaleur : la ouate et la laine dont nous avons parlé, jouent un rôle de cette nature, parce quelles contiennent et fixent entre leurs fibres un certain volume d’air qui ne peut pas se déplacer.

Nous venons de vous exposer comment le calorique se mouvait dans l’espace, suivant quelles lois il s’échappait de la surface des corps , ou en était absorbé , d’où nous avons conclu la

DE PHISIQUE GÉNÉRALE

tendance à l’équilibre général du calorique; enfin, nous avons examiné comment le calorique se conduit, en pénétrant la substance même des corps solides , liquides ou gazeux , et nous avons reconnu les différents degrés de conductibilité de ces différents corps.

Maintenant nous devons vous dire que le calorique ne pénètre jamais les corps sans produire en eux des changements trèsnotables ; ces changements sont de deux ordres : le volume du corps peut être seulement modifié , ce qu’on nomme dilatation des corps par le calorique ; ou bien les corps peuvent passer sous l’influence de ce calorique, de l’état solide à l’état liquide, de l’état liquide à l’état gazeux et réciproquement, c’est ce qu'on appelle changement d’état des corps.

Nous examinerons d’abord les phénomènes de dilatation.

Pour étudier avec exactitude les changements de volume produits par le calorique, il faut nécessairement employer un instrument qui puisse nous permettre de comparer les diverses quantités de calorique qui peuvent être accumulées dans un corps donné; c’est pour cela qu’on fait usage du thermomètre, dont nous donnerons bientôt une idée.

Quand on veut juger de la quantité de calorique contenue dans un corps, on plonge le thermomètre dans son intérieur; le liquide de l’instrument s’arrête à un certain degré , et ce degré est ce qu’on appelle la température du corps; c’est ainsi que l’on dit que la glace fondante est à zéro température ; que le sang de l’homme est à 40 degrés de température, etc., etc.

Il est remarquable que les effets de dilatation du calorique sont beaucoup plus simples et soumis à des lois plus régulières pour les gaz que pour tous les autres corps : c’est pourquoi nous commencerons par vous exposer les phénomènes de dilatation des gaz.

Si l’on prend un volume parfaitement connu d’air atmosphérique bien desséché et à zéro température, on trouve, en l’é-

chauffant progressivement, que, pour un degré du thermomètre centigrade , le volume du gaz s’accroît de 0,00375 du volume primitif de l’air, ou pour 100 degrés de température de 0,375 de ce volume primitif.

Ce qui veut dire que si on échauffe de l’air depuis zéro jusqu’à la température de l’eau bouillante, son volume augmentera de 37/100, c’est-à-dire de plus d’un tiers.

On voit que la quantité dont les gaz sont dilatés par la chaleur sont très-considérables, et c’est ce qui est cause, comme nous le disions tout à l’heure, que l’air échauffé s’élève si vite, soit dans les. tuyaux de poêle ou de cheminée, soit même à l’air libre.

Ce qu’il y a de très-remarquable dans la dilatation de l’air, c’est qu’elle a lieu d’une manière parfaitement uniforme, c’està-dire que l’air se dilate de quantités parfaitement égales de zéro à 10 degrés, de 10 degrés à 20, de 20 à 30, et ainsi jusqu’aux températures les plus hautes qui aient pu être examinées.

D’un autre côté, il a été également bien constaté que tous les fluides élastiques, de quelque nature qu’ils soient, se dilatent exactement d’une même quantité pour un même nombre de degrés de température; ainsi, du gaz hydrogène, de l’oxigène, de la vapeur d’eau ou de la vapeur de térébenthine , quoique différant énormément par leur poids spécifique, se dilatent exactement de la même manière et de la même quantité que l’air.

Ce fait remarquable est une des lois les plus importantes de la nature , on pourrait croire qu’elle a été facile à découvrir, mais au contraire, elle n’a été constatée que dans ces derniers temps et presque simultanément par M. Gay-Lussac en France, et Dalton en Angleterre, La difficulté de constater le fait tenait à ce que tous les gaz contenant des quantités variables d’humidité , on n’a pu constater l’uniformité de leur dilatation qu’en employant des gaz parfaitement desséchés.

La méthode dont s’est servi M. Gay-Lussac, peut être facilement comprise : il s’est servi d’une boule de verre assez grosse et en communication avec un long tube cylindrique très-étroit; il a d’abord mesuré exactement la capacité de la boule et du tube , de manière à s’assurer qu’une certaine longueur du tube représentait une certaine fraction de la capacité de la boule; un millième, par exemple ; il a rempli le tube et la boule d’un gaz parfaitement sec, puis il a fermé le tout en introduisant dans le tube une petite goutte de mercure : il est clair que cette goutte de mercure devait se rapprocher de la boule quand l’air se condensait, et s’en éloigner quand l’air se dilatait; et enfin , que le chemin parcouru par la petite goutte de mercure dans le tube, indiquait de combien de millièmes le volume de l’air pouvait être accru ou diminué; il ne restait plus qu’à la faire passer par des températures successives parfaitement connues, et à constater la situation de la goutte de mercure à chacune de ces températures.

Peut-être qu’aucune expérience de recherche n’a exigé plus d’intelligence , de soins et de précision que celle que nous rapportons ; aussi , les résultats obtenus sont-ils un des principaux titres de M. Gay-Lussac.

Si nous avons décrit, contre notre habitude, dans ces notions générales et nécessairement superficielles, un procédé pratique aussi minutieux, c’est que l’instrument même de M. Gay-Lussac constitue le thermomètre à air, c’est-à-dire le plus délicat et le plus exact de tous les thermomètres. Pourvu que l’on tienne compte de la dilatation de la boule de verre elle-même et de la pression de l’air extérieur.

Les liquides sont bien loin de se dilater d’une manière aussi uniforme et suivant des lois aussi simples que les gaz ; on peut même dire que les liquides ne suivent, dans leur dilatation, aucune loi générale absolue.

Nous vous ferons d’abord remarquer que les liquides se dila-

tent généralement beaucoup moins que les gaz ; par exemple, l’alcool ou l’esprit de vin ne se dilate que de 1/9 de son volume, ou 0,11, tandis que les gaz se dilatent déplus d’un tiers de leur volume, ou de 0,37.

D’une autre part, les liquides se dilatent tout différemment les uns des autres , pour un même nombre de degrés de température ; ainsi, pendant que l’alcool se dilate de 1/9 ou 0, 11, le mercure ne se dilate que de 1/55 ou 0,018.

Enfin , les liquides diffèrent encore des gaz , en ce qu’ils ne se dilatent pas uniformément. En général, lorsque les liquides approchent du terme de leur ébullition, leur dilatation va en croissant pour un même nombre de degrés de chaleur.

Le mercure n’entrant en ébullition qu’à 347 degrés de température , sa dilatation est plus uniforme que pour aucun autre liquide , dans les degrés ordinaires de température , et néanmoins , de zéro à 100 degrés il se dilate de 1/55,50, de* 100 à 200 de 1/^54,25, et de 200 à 300 de 1/53. C’est à cause de cette faible irrégularité , que le mercure est préféré pour construire les thermomètres, et cela avec d’autant plus d’avantages que l’irrégularité de la dilatation du verre qui contient le mercure, compense l’irrégularité de la dilatation du métal; en sorte que la dilatation apparente du mercure contenu dans un thermomètre, est uniforme de zéro à 100 degrés , et s’élève à 1/64 de son volume, ou 0,05.

L’eau se dilate de zéro à 100 degrés, de 1/22 ou 0,04 de son volume ; elle présente de grandes irrégularités en approchant de ce terme de 100 degrés où elle commence à bouillir; mais elle offre une autre particularité bien plus remarquable encore.

Nous avons donné comme loi générale, qu’un accroissement de calorique dans un corps produisait sa dilatation et réciproquement; mais l’eau offre, à cet égard, unb exception aussi curieuse qu’essentielle à connaître; zéro degré étant la tempé-

rature la plus basse où l’eau peut subsister à l’état liquide, il semblerait que ce dût être aussi le point de son maximum de densité ; cependant il n’en est rien : ce maximum de densité arrive à la température de 4 degrés 4/10, et si on continue à la refroidir, au lieu de se condenser elle commence à se dilater, en sorte que la densité de l’eau est à peu près la même à zéro et à 9 degrés au-dessus de zéro.

On attribue ce singulier phénomène à ce que les molécules de l’eau en approchant de zéro, commencent déjà à s’arranger comme elles le seront dans la glace, laquelle éprouve tout à coup, en se formant, une grande dilatation, puisque son volume s’accroît d’un dixième.

Ces petits phénomènes que nous venons de vous décrire sont la cause, et donnent l’explication des plus grands phénomènes de la nature. L’eau à 4" 4/10 étant plus lourde que l’eau à zéro, lorsqu’une masse d’eau se refroidit peu à peu, c’est toujours la surface qui gèle ; car cette surface est déjà à zéro lorsque le fond du vase est encore à 4® 4/1 0 ; cela explique d’abord la congellation par la surface et cela fait comprendre la lenteur de cette congellation ; car nous savons que les liquides ne conduisent pas le calorique, mais le transportent : or, l’eau du fond du vase qui est à 4" 4/10, maximum de sa densité, ne peut pas remonter à la surface pour s’y refroidir davantage.

Un autre grand fait remarquable c’est que la température de la profondeur des mers du nord est toujours à 4“ 4/10, c’està-dire, bien au-dessus du terme de congellation ; cette circonstance, minime en apparence, est pourtant la seule cause qui empêche les grands volumes d’eau de se congeler en masse, môme dans les climats les plus froids.

La glace augmentant d’un dixième de son volume au moment de sa formation , doit nécessairement flotter sur l’eau , comme on l’observe lorsque nos rivières charrient; mais on observe dans les mers du nord des montagnes de glace flottantes qui ont sou-

vent une grande élévation au-dessus du niveau de l’eau ; il est facile de calculer qu’elles doivent être nécessairement enfoncées à une profondeur égale à dix fois leur élévation au-dessus du niveau; en voyageant ainsi, poussées parles vents, leurs bases plongées dans de l’eau à 4" 4/10, se fondent peu à peu ; c’est ce qui est cause de leur subit renversement que l’on observe quelquefois au grand danger des navigateurs.

La dilatation des liquides par la chaleur et la dilatation de la glace par la cristallisation s’exercent avec une puissance énorme et à laquelle on ne peut opposer presqu’ aucune résistance physique. Une bombe pleine d’eau qui serait hermétiquement fermée, éclaterait pour peu qu’on la chauffât; c’est la même raison qui fait éclater, en hiver, les pierres exposées à la gelée lorsqu’elles sont récemment tirées de la carrière ; l’eau qu’elles contiennent se gèle et les brise en se dilatant ; de là l’expression vulgaire de geler à pierre fendre.

Les solides se dilatent aussi par l’action de la chaleur ; mais leur dilatation est encore bien plus faible que celle des liquides, car si le mercure se dilate de 1/55, le plomb, le plus dilatable des solides, ne se dilate que de 1/551, c’est-à-dire environ 1/10 de la dilatation du mercure.

Les solides ne présentent dans leur dilatation aucune loi qu’on ait pu saisir ; elle n’a pas de rapport avec leur fusibilité, car le verre qui fond très-aisément, et le platine qui est presqu’infusible, se dilatent presque également.

On distingue dans les métaux la dilatation cubique ou leur augmentation de volume et la dilatation linéaire, ou leur allongement; la première est sensiblement le triple de la seconde.

Il y a peu de connaissances plus nécessaires dans l’application que la connaissance de la dilatabilité des métaux ; aussi, beaucoup de physiciens s’en sont-ils occupés, et possède-t-on des tables très-étendues sur cette matière.

Le fer se dilate pour 100 degrés de 1/846, et le cuivre

de 1/581 ; on a profitéde cettegrandc différence pour compenser une dilatation par l’autre et obtenir ces pendules de nos grandes horloges qui sont formées de tiges de cuivre et de fer alternées, et qui conservent exactement la même longueur à toutes les températures.

La dilatation et le resserrement des métaux s’opèrent avec une très-grande puissance ; c’est pourquoi de longs conduits en fer solidement fixés se brisent nécessairement en hiver, par leur raccourcissement : pour obvier à cet inconvénient, on place de distance en distance des dispositions qui permettent aux tuyaux de glisser l’un dans l’autre et qu’on nomme compensateurs.

On s’est servi de la force de rétraction du fer au Conservatoire des arts et métiers à Paris, pour rapprocher deux énormes murailles qui s’écartaient l’une de l’autre.

Les corps solides qui sont bons conducteurs de la chaleur, s’en pénètrent rapidement et se dilatent à peu près également partout ; il n’en est pas de même des corps solides, mauvais conducteurs, comme le verre, par exemple. Si on le chauffe fortement dans un point, cette partie brusquement dilatée fait éclater la masse ; il en est de même lorsqu’un vase de verre étant échauffé, on le réfroidit subitement dans un point ; la contraction qui en résulte produit également la fracture.

C’est sur la dilatation des corps par la chaleur que sont fondés les instruments qui servent à mesurer ce qu’on appelle la température (Thermomètre, Pyromètre, etc).

Voici en général comment on obtient un thermomètre.

L’instrument se compose d’une sphère ou d’un cylindre creux en verre qu’on nomme le réservoir, et qui se continue avec un tube de verre d’un diamètre proportionnel au réservoir et que l’on choisit bien cylindrique ; quand on possède ce petit appareil, on échauffe la boule sur une flamme d’esprit de vin et l’on plonge l’extrémité du tube dans un vase contenant le liquide dont on veut remplir le thermomètre ; l’air de la boule déjà

échauffé, se réfroidit bientôt et se condense, le liquide monte dans le tube et il en arrive un peu jusque dans la boule : on échauffe alors de nouveau cette boule, le liquide se réduit en vapeur et finit par expulser la totalité de l’air. L’instrument étant de nouveau renversé dans le liquide, la boule se remplit cette fois, complètement, parce que toute la vapeur est condensée par le froid. Le tube se trouve également plein de liquide, mais en échauffant un peu la boule on expulse une partie de ce liquide et le tube demeure rempli seulement à la moitié de sa hauteur.

En cet état on possède déjà un instrument qui ne peut manquer d’indiquer les variations de la température, car, toutes les fois qu’on refroidira le liquide de la boule, le liquide diminuant de volume s’abaissera dans le tube, tandis qu’en l’échauffant le liquide s’élèvera.

11 manque encore à cet instrument deux choses: 1° des points fixes qui puissent servir de termes de comparaison pour les diverses températures ; 2® une échelle qui donne des degrés relatifs aux changements de volume du liquide.

Les points fixes s’obtiennent : 1° en plongeant le thermomètro dans de la glace fondante, dont la température est fixée pour des raisons que nous vous expliquerons tout à l’heure, et en marquant sur le tube le point où le liquide s’est arrêté;

2® En plongeant le thermomètre dans de l'eau distillée bouillante dont la température est aussi constante que celle de la glace fondante, et en marquant aussi sur le tube le point où le liquide s’arrête.

Pour obtenir une échelle, ou des degrés comparatifs, on relève avec un compas la distance qui se trouve entre ces deux points fixes sur le tube, et on la reporte sur une bande de papier ou sur une planchette; alors on divise cette longueur en parties égales, suivant le thermomètre que l’on veut obtenir, en 80 parties pour le thermomètre de Réaumur, en 100 parties pour le

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thermomètre centigrade, en 180 parties pour le thermomètre de Farenheit : dans tous les cas, le zéro de cette échelle correspond toujours à la glace fondante; mais la température de l’eau bouillante est exprimée tantôt par 80, tantôt par 100, tantôt par 180 degrés, en sorte que les degrés de ces trois échelles sont entre eux comme les chiffres 4, 5 et 9.

Pour obtenir des degrés de température au-dessous de zéro, on reporte le long du tube en descendant, des degrés égaux à ceux que l’on a obtenus par la méthode précédente.

Toutes sortes de liquides peuvent être employés pour construire des thermomètres : par exemple, l’esprit de vin coloré, l’eau colorée ou le mercure ; chacun d’eux présente des avantages et des inconvénients: l’esprit de vin se dilatant beaucoup, donne des degrés très-apparents , comme il ne se congèle pas par le froid, il convient seul pour les températures très-basses, mais comme il bout à une température peu élevée, sa dilatation est très-irrégulière; il en est de même de l’eau, qui déplus se congèle trop aisément, en sorte que le mercure est préférable pour les instruments d’exactitude; sa dilatation est très-faible; mais comme en qualité de métal opaque et brillant, il est parfaitement visible dans les tubes les plus fin, on obtient encore des degrés trèsapparents.

On a coutume quand un thermomètre est fini, d’expulser, l’air qui se trouve au-dessus du liquide ; pour cela on échauffe la boule jusqu’à ce que le tube soit entièrement plein, et dans ce moment, on ferme l’extrémité du tube à la lampe.

Vous comprenez que le zéro du thermomètre ne veut pas dire qu’il n’y a point de- calorique dans un corps, mais seulement que ce corps affecte le thermomètre de la même manière que la glace fondante, c’est-à-dire, se trouve à la même température.

On peut encore mesurer la température des corps au moyen de la dilatation d’une barre métallique disposée de façon que l’on puisse mesurer très-exactement cette dilatation ; le pyromè-

Ire de platine qui est employé pour constater la température des fours à porcelaine, est un instrument de ce genre.

On a aussi fait usage d’un moyen tout différent, qu’on nomme pyromètre de Wedgewood; il est fondé sur cette propriété que possède l’argile de prendre du retrait ou de diminuer de volume en raison de la température qu’ellea subie ; on prépare de petits cylindres de cet argile qui pénètrent exactement à l’entrée d’une gouttière métallique qui va en se rétrécissant; puis, après que ce cylindre est retiré d’un four ou d’un creuset, et qu’on l’a baissé refroidir, il pénètre plus ou moins avant dans la gouttière, ce qui représente les degrés de température; mais c’est un instrument peu fidèle.

Avant d’aller plus loin dans l’exposition des phénomènes que le calorique produit en pénétrant les corps, nous croyons devoir nous occuper des sources qui, pour notre globe, peuvent produire de la chaleur ou entretenir celle qui existe.

On peut dire que la première source de calorique de notre globe, c’est le globe lui-même qui doit en contenir une immense quantité; en effet, nous avons vu que la terre avait probablement été autrefois dans un état complet de fusion ignée, qu’aujourdhui toute sa masse était encore dans le même état à l’exception d’une croûte de peu d’épaisseur qui s’est successivement figée et refroidie, jusqu’à nous permettre d’habiter la surface; toutes les expériences de sondage prouvent que la température s’accroît considérablement à mesure que l’on pénètre dans l’épaisseur de cette croûte, et nous avons calculé qu’à 5 ou 6 lieues de profondeur la matière terrestre devait être en fusion ; or, il est évident que cette masse de calorique doit tendre incessamment à se répandre au dehors, ce qui, du reste, est bien démontré par la fusion des glaces, qui s’opère au point de contact de leur masse avec le globe ; d’où vient que les torrents s’échappent toujours du dessous des glaciers qui recouvrent les hautes montagnes. Ainsi donc, s’il n’y avait point de refroidis-

sement extérieur le sol que nous habitons se trouverait bientôt à une température très-élevée.

La seconde source de chaleur pour notre globe est l’action des rayons solaires qui, non-seulement éclairent, mais échauffent en même temps les corps sur lesquels ils tombent, ce qui a fait dire que le soleil nous envoyait des rayons lumineux et des rayons calorifiques : il faut seulement bien prendre garde que les rayons du soleil agissent très-diversement suivant les corps sur lesquels ils tombent ; ils échauffent à peine l’atmosphère raréfiée qui se trouve à une ou deux lieues d’élévation, puisque dans ces régions on rencontre des froids de 10 degrés au-dessous de zéro, quand à la surface de ce globe la température est de 29 degrés au-dessus. Fourrier a même calculé que la température, dans le grand espace vide qui nous sépare des étoiles, devait être à 60 degrés au-dessous de zéro.

Il n’en est pas de même quand les rayons du soleil tombent sur des corps solides ; ils sont absorbés et la température s’élève beaucoup. Ce phénomène suit d’ailleurs les lois que nous avons établies pour l’absorption du calorique rayonnant : si l’on dépose sur la neige par un soleil d’hiver, un carré de drap noir et un carré de drap blanc, au bout de la journée, le morceau de drap noir se sera enfoncé dans la neige en la fondant et le morceau de drap blanc sera resté à la surface, car le corps noir aura absorbé beaucoup plus de calorique rayonnant que le corps blanc.

Quelque variée que soit l’action du soleil, suivant la nature des corps qu’il rencontre à la surface du globe, il y a toujours, pour celui-ci, acquisition d’une certaine quantité de calorique.

Je dois vous faire remarquer que la terre ne reçoit de calorique du soleil que par la moitié de sa surface, tandis qu’elle rayonne continuellement de la chaleur dans l’espace, par la totalité de sa surface ; l’hémisphère exposé aux rayons solaires reçoit certainement plus de calorique qu’il n’en perd, et pendant

ce temps, l'autre hémisphère en perd sans en recevoir, ce qui doit produire une sorte de compensation.

Il paraît aujourd’hui complètement démontré,' que pour la généralité du globe, cette compensation est tout à fait absolue; carde Laplace a prouvé que depuis 2,000 ans , la terre ne s’était ni échauffée ni refroidie d’un degré.

On comprend que cette constance de température dans la généralité du globe, n’empêche pas les immenses différences qu’on observe par suite des climats' et des expositions, et que même il serait possible que telle ou telle partie du globe fût aujourd’hui beaucoup plus chaude ou beaucoup plus froide qu’autrefois, sans pour cela déranger la constance de la température générale : il est, en effet, facile de concevoir qu’une grande surface de terrains sablonneux « qui vient succéder à un terrain boisé, n’est « plus dans les mêmes conditions calorigènes; c’est ainsi que « la Palestine, aujourd’hui couverte de sable aride, n’est plus « cette terre de promission, tant désirée des Hébreux.

« Il en est de même, sans doute, de l’Arabie heureuse, si « mal nommée aujourd’hui, ainsi que du Tibet, de l’Algérie « même ; tous ces lieux, jadis couverts d’une végétation éter- « nelle, qui ont été les premiers et les plus doux séjours de « l’homme, sont bien changés aujourd’hui sous le rapport de la « température.

« Si l’homme civilisé sait embellir sa demeure, l’homme sau- « vage ou barbare s’applique à la dévaster par le fer et la « flamme.

« La disparution des forêts rend la terre inhospitalière.

« Les montagnes découronnées n’arrêtent plus ni les pluies « ni les neiges, pour les laisser couler avec cette utile parci- « monie. si nécessaire à la végétation des coteaux.

« Dans un pays montueux déboisé, chaque orage, chaque dé- « gel est un torrent dévastateur, qui entraîne la terre végétale « des montagnes et submerge les vallées.

DB PHYSIQUE GÉNÉRALE

« 11 ne faut pas un demi siècle-de laissez faire et laissez pas- « ser, ou de guerre civile, pour changer la température d’une « contrée et la rendre inhabitable : bien évidemment, les pre- « miers habitants du globe n’ont pu exister que sous l’équateur, « à l’abri des forêts toujours verdoyantes et produisant des fruits « murs sans intermittence ; mais l’homme-enfant a montré toute « l’imprévoyance de son âge ; il a brûlé son toit et s’est trouvé « forcé de chercher d’autres abris; obligé de s’enfoncer de plus « en plus dans les forêts du Nord, il y a rencontré un terrible « ennemi de son bien-être, le loup fenris des Scandinaves, la « personnification du froid ; c’est alors seulement qu’il a dû com- « mencer à s’ingénier et à chercher, dans le travail, les moyens « de pourvoir à sa nourriture et à son vêtement ; c’est donc sous « la verge de la nécessité que sont nés l’industrie, les sciences, « les arts et la civilisation.

« Vous voyez, Messieurs, que le songeur Ingénieux qui a écrit « que l’homme était le maître de changer les climats, de tem- « pérer la zone torride et de fondre la glace des pôles, ne mé- « ritait pas absolument l’épithète d’insensé qu’on lui prodigua « si long-temps.

« Il a été reçu comme un fait constant, que la température « de l’intérieur de la terre allait croissant d’un degré tous les « 32 mètres : mais deux nouveaux faits viennent déranger ce « calcul. Un puits foré en Allemagne, vient de donner un de- « gré pour 10 mètres, tandis qu’un puits du Kamschatka vient « de donner 4 degrés au-dessous de zéro, à 400 pieds deprofon- « deur. La terre est donc gelée sur une grande épaisseur vers les « pôles, et, selon toute apparence, le calorique du globe qui « s’échappe incessamment dans l’espace, doit tendre à diminuer « son volume et à faire gagner du terrain aux glaces des pôles. « C’est ainsi que les navigateurs modernes, trouvant les rdu- « tes parcourues par les anciens fermées par les glaces, révo- « quent en doute la véracité de leurs itinéraires.

« Si le globe terrestre doit finir par le froid comme la lune, « sa contemporaine, les expériences de Buffon sont faites pour « nous rassurer, nous aurions encore 42,000 ans de boni (1). »

(1) Les lignes marquées de guillemets forment une addition explicative fournie par M. Jobard ami de l’auteur et très-familier avec ses idées scientifiques; c’est ainsi qu’il a pu revoir et compléter l’œuvre du Professeur par le souvenir de ses intéressantes conversations.