DILATATION DES CORPS LIQUIDES ET SOLIDES PAR LA CHALEUR

Pour déterminer la dilatation des corps liquides et so-

lides, on emploie le même appareil que pour la determination de la dilatation des gaz (p. 194); on remplit entièrement avec le liquide à examiner , un tubede verre qu’on introduit dans la caisse remplie d'abord de glace et ensuite d’eau chaude, et l’on détermine la quantité du liquide expulsée par chaque degré de température. Mais le verre, ainsi que tous les autres corps solides , se dilatant par la chaleur, on doit en premier lieu fixer la dilatation d’un corps solide ou liquide, indépendamment des vases dans lesquels on l’enferme. Dans la théorie de l'équilibre des liquides , qui fait partie de la mécanique, on démontre que la hauteur de deux liquides, qui se font équilibre, diffère autant que le poids des liquides. Lorsqu’apres avoir fait communiquer deux cylindres a et à (fig. 139), par un tube étroit e, l’on verse dans le cylindre a un liquide plus léger, dans le cylindre à un liquide plus pesant, le liquide du cylindre « s’elevera d'autant plus haut qu'il surpasse en légèreté celui du cylindre 5; les deux cylindres étant remplis de mercure, le niveau de ce metal sera je même dans les deux. Si l'on entoure le cylindre a d'une enveloppe / cylindrique et fermant exactement, et qu'on y verse de l’eau chaude, ou, lorsqu'on veut atteindre une température plus élevée, de l'huile, qu’on échauffe à l'aide d’un appareil particulier, le mercure se dilatera par la caléfaction dans le cylindre a, et y formera une colonne d’une hauteur proportionnelle à la quantité dont il surpassera en légèreté le mercure du cylindre &. Une lunette o, mobile dans un plan horizontal et susceptible d’être élevée ou abaissee , permet de faire cette observation avec une très grande exactitude. À cet effet, le pied de la lunette se trouve armé d’une échelle sur laquelle on peut lire exactement

de combien l’on a élevé ou abaisse la lunette. Connaissant la longueur de la colonne de mercure, longueur facile à trouver par des mesures directes, on saura de quelle quantité elle s’est dilatée indépendamment du verre. D'après ces expériences le mereuze se dilate pour: chaque degré depuis o—100° du 35 = de l’espace qu'il occupe à 0°. Au-delà de 100° la dilatation croit à mesure que la température s’élève ; de = 557, depuis 0— 200°, elle est de Se depuis o0— 300°. Ayant ainsi determine la dilatation du mercure on trouvera facilement celle du verre et d’autres substances. On remplit de mercure un tube de verre a (fig. 140), scellé par un bout d, effilé et recourbé à l’autre extrémité, et en plongeant cette extrémité par la pointe dans un bain de mercure, on chauffe le tube jusqu’à l’ebullition du mercure qu'il contient, afin d’en éliminer l'air et l'humidité. On laisse refroidir le tube, on le place dans une caisse remplie de glace, et quand il a atteint la température 0°, on enlève le bain de mercure dans lequel s’engageait la pointe de l'extrémité effilée. Alors on porte le tube dans un bain d'eau ou d'huile qu'on échauffe insensiblement. Si le verre se dilate autant que le mercure, il ne sortira pas de mercure; s’il ne se dilate pas du tout, il sortira tout juste une quantité correspondante à la dilatation de ce métal, savoir EN pour chaque degre, par consequent ce qui sort en moins provient de la dilatation du verre. En pesant le mercure qui entre dans le tube, et en retranchant le mercure expulse hors de la quantite dont celui du tube se dilate, on obtiendra par un caleul ires simple la dilatation d’une masse de verre occupant le même volume que le mercure. De cette manière on a trouvé que la dilatation cubique, c’est-à-dire, la dilata-

tion dans tous les sens du verre est pour chaque degré de #2 entre o— 100°, de entre o et 200° et de entre 200 et 300°. On trouve assez exactement la dilatation linéaire en divisant ces nombres par 3; cette dilatation est donc de —— pour chaque degré entre o et 100,

Connaissant la dilatation du verre et du mercure, on trouvera facilement celle d'autres corps solides. A cet effet, on laisse ouverte l'extrémité à du tube et l’on introduit une quantité pesée d'un métal , on scelle ensuite le tube en cet endroit et l’on procède tout comme dans la détermination de la dilatation du verre. Il sortira une quantité de mercure égale à l’excès de la dilatation du mercure et du corps solide sur celle du verre; la dilatation du mercure et celle du verre sont connues. Comme dans ces expériences on détermine le poids du mercure et du corps solide, il sera facile d’en déduire par le calcul la dilatation cubique, moyennant la connaissance de la pesanteur spécifique de ces substances. Si le corps solide est attaqué par le mercure, on l’enduit d’un vernis. On peut maintenant aussi juxtaposer des tiges d’un corps solide, dont on connaît la dilatation, et d’un autre corps, dont on veut déterminer la dilatation, de manière, qu’en plongeant ces deux tiges dans un liquide, qu'on échauffe, on puisse trouver facilement la quantité, dont la dilatation de l’une surpasse celle de l'autre. D’après ces expériences la dilatation cubique:

du fer entre o°—100° s'élève pourchaquedegréà 5%

du cuivre o°—100° « =

du platine 0°—100° « 2710

De tous les corps, le plomb et le zinc sont ceux qui se dilatent le plus. D'après d'anciennes expériences la dilatation linéaire du plomb est de oi) et celle du zinc de pour chaque degré; le zinc se dilate donc à peu

Dés Mat fois autant que le platine. La dilatation du verre et celle du mercure sont très importantes à connaitre, attendu que la dilatation du mercure dans un vase de verre sert à la détermination de la température. On atteint ce but à l’aide du thermometre, instrument, ‘qui consiste en une boule de verre soudée à un tube calibré, et remplie de mercure; la différence de température et la précision avec laquelle on veut déterminer cette différence, dépendent du rapport de la capacité de la boule à la capacité et à la longueur du tube. Cet instrument nous montre que quand la glace se liquéfie ou quand l’eau se congèle, le mercure s'élève toujours jusqu’à un point déterminé dans le tube; ce point est donc fixe dans le thermomètre, on le nomme point de congelation. Si Yon porte le thermomètre dans de l’eau bouillante, on trouve encore, que, sous la même pression barométrique, le mercure monte toujours à un point déterminé, mais que ce point change avec l’état du baromètre; pour obtenir un second point fixe, il faut partir d’une hauteur barométrique déterminée: on. prend ordinairement pour cette hauteur celle de 760 millimetres. Du reste, si l'état du baromètre différait lors de la confection du thermomètre, on peut facilement calculer ce point moyennant une table que je donnerai plus tard. On divise ordinairement en 100 parties, nommées degres , l'intervalle compris entre le point d’ebullition et le point de congélation; Reaumur Ya divisé en 80 parties; Fahrenheit, partant du point 32° au-dessous du

paie de congélation, a divisé en 212 parties l'intervalle jusqu'au point d’ebullition, de sorte que le point de con. gélation coïncide avec le 320 F. En multipliant parles degrés du thermomètre centigrade, on obtient ceux du thermomètre de Réaumur , en les multipliant par ı — et en y ajoutant 32° on trouve ceux du thermomètre de Fahrenheit. La dilatation du mercure et du verre pouvant être regardée, sans erreur, comme uniforme entre les points de congélation et d’ ébullition, la division en parties égales du tube calibré indique exactement la température. Mais le verre aussi bien que le mercure se dilatant plus fortement au-delà du point d’ébullition, on continue à la vérité, aussi au-delà de cette température, la division en parties égales; néanmoins il faut réduire par le calcul les degrés observés en degrés réels. En effet, si l’on considère en même temps la dilatation du verre et celle du mercure, cette dernière s'élève dans un tube 6480 x entre 0— 200° et à — entire o—300°, La NE rames thermomètre, tracée sur une bande de métal ou d'autre substance, étant fixée au tube calibré, et cette bande étant attaquée par diverses substances dont on veut connaître la température dans des expériences chimiques,

de verre pour chaque degré : à —— entre 0°—100°, à

onl'enfermedansun tube deverre scellé partout( fg.14x). Dans ces expériences on peut se servir aussi d'une simple boule munie d’un tube calibré, dans lequel on a gravé à l'acide hydrofluorique les points de congélation et d’ebullition. La distance des deux points se détermine à l’aide d’une échelle exacte. Un pareil thermomètre est d'un bon usage dans des expériences qui exigent une haute température capable de briser facilement les thermomètres, et lorsqu'on veut s'assurer si le tube de verre

est réellement calibré. Pour faire cette vérification, on detache une petite colonne du mercure contenue dans le tube, en chauffant celui-ci près de la boule, et on l'y fait monter et descendre; si le tube n’est pas bien calibré intérieurement la quantité de mercure qu'on a séparée permet de déterminer la capacité du tube en divers points. On colle quelquefois au tube une bande de papier divisée pour pouvoir déterminer facilement le point auquel s'élève le mercure. Pour mesurer de hautes températures on se sert du thermomètre à air, qui consiste en. une boule avec un tube calibre, semblable en tout point à l'instrument dont on fait usage dans la détermination de la dilatation de l’air atmosphérique. La, ou le thermomètre à air nesuffit pas, l'on peut employer une autre méthode, que j'exposerai bientôt en traitant de la capacité pour la chaleur.

Voici les observations anciennes les plus importantes sur la dilatation de diverses substances :

L'eau se dilate depuis o à 100° de 0,04577 une dissolution saturee de sel de cuisine de 0,0500, des huiles grasses de 0,0800,

l'alcool (p. sp. 0,825), depuis — 220,22 à 77°,77 0,1100.

Depuis— 26, 11 jusqu'à 37,22 l’alcool se dilate régulièrement de 0,000846 pour chaque degre.

La dilatation de l'eau présente la plus grande irregularite; en effet, ce liquide ne se dilate pas immédiatement à partir de 0°, mais il commence par se contracter jusqu'à 4°,1, de sorte quà ce point il jouit du maximum de densité. Il est facile de démontrer ce fait par diverses expériences, par exemple, en plaçant dans un vase rempli d'eau deux thermomètres l’un près de la surface et l’autre près du fond. L’eau étant à o° dans le vase, si on la

laisse s'échauffer lentement, le thermomètre inférieur montera beaucoup plus vite que l'autre, jusqu’à ce qu'il ait atteint 40,1; mais alors le thermomètre supérieur commence à s élever plus promptement. Si l’on abandonne de nouveau le vase au refroidissement, le thermomètre inférieur descendra beaucoup plus vite que celui d’en haut, jusqu’à ce qu'il soit arrivé à 4°,1; dès lors l’abaissement dans le thermomètre supérieur sera plus rapide, parce qu'entre 4°, 1 et o° l’eau froide et légère s'élève tandis que celle qui est plus chaude et plus dense se précipite au fond. Les êtres organisés doivent leur conservation dans les lacs et les rivières à une température inférieure au point de congélation, à la propriété de l’eau d'être plus légère que la glace et d’avoir son maximum de densite à 4°,1. En effet, les couches inférieures de l'eau ne perdent que lentement leur chaleur, de sorte que l'eau jouit encore d’une température de 3°— 4e en s’ecoulant, par exemple, d'un lac recouvert depuis long-temps de glace. L'eau de mer n'offre pas ce point de plus grande densité; elle se trouve au maximum de densité à la température à laquelle une partie de l’eau commence à se congeler, et se dilate jusqu'au point d’ebullition. La dilatation de l’eau étant importante à connaître dans plusieurs calculs, je placerai la table la plus exacte de la pesanteur spécifique de l’eau et de l’espace qu'elle occupe, à la fin de ces élémens, conjointement avec plusieurs autres tables.

Aucun liquide ne se dilate d'une manière parfaitement uniforme, comme on peut s’en convaincre facilement en substituant d’autres liquides au mercure dans la boule. La plus grande dilatation a lieu dans le voisinage du

ne a En EEE

point d’ebullition; c'est ainsi que l'eau se dilate autant de 70°-—100° que de 0°— 70°.