CAPACITE POUR LA CHALEUR

Le thermomètre qui repose sur la dilatation des corps par la chaleur, permet donc d'en déterminer facilement la température. Il s’agit maintenant de savoir combien de chaleur chaque corps exige pour passer d’une température à une autre. On peut voir de suite que cette quantité n’est pas la même en melant une livre de mercure à 100° avec une livre d’eau à 7°; si le mercure et l'eau avaient besoin de la même chaleur, pour s'élever d'un nombre égal de degrés, le premier de ces deux corps céderait 46°,5 à l’autre et la température du mélange serait de 53°,5. Mais l'expérience montre que cette temperature ne s'élève qu’à 10°, qu’en conséquence le mercure a dü se refroidir de 90° pour échauffer l'eau de 3°; d'où il suit que l’eau exige 30 fois plus de chaleur qu'un poids égal de mercure pour s’échauffer du même nombre de degrés. Afin de pouvoir exprimer les rapports des différentes quantités de chaleur que les divers corps exigent sous le même poids, on part de celle nécessaire pour l’eau comme unité; les nombres qu'on obtient ainsi se nomment capacité des corps pour la chaleur (calorique spécifique ). La capacité du mercure pour la chaleur s'élève donc, d’après l'expérience précitée, à 0,033. En mêlant ainsi diverses substances à des températures différentes et en employant la méthode et les calculs que j'ai exposés lors de la détermination de la chaleur latente (p. 268), on peut trouver avec assez d’exactitude la capacité pour la chaleur. Une autre méthode consis-

tant à déterminer la quantité de glace fondue par chaque substance, portée à une température donnée, ne fournit que des approximations. La meilleure méthode de determiner la capacité pour la chaleur, consiste à laisser refroidir différentes substances d'un même nombre de degrés dans des circonstances parfaitement égales; à les placer, par exemple, dans un vase poli en argent, au milieu duquel se trouve la boule d’un thermomètre, et qu'on introduit dans un ballon, où l’on fait le vide. Le temps que les diverses substances mettent à se refroidir permet de calculer la quantité de chaleur dont elles se dépouillent.

D'après les expériences, dans lesquelles on a déterminé la quantité de glace fondue, la capacité pour la chaleur de l'huile est de 0,500 et celle de l’acide sulfurique de 0,332; d'après la methode plus exacte, dans laquelle on a observé le temps du refroidissement, on a fixé la capacité pour la chaleur entre o et 100° des corps suivans à :

| soufre 0,1880 mercure 0,0330 zinc 0,0927 argent 0,0997 cuivre 0,0949 platine 0,0314 plomb 0,0293 fer 0,1100 verre 0,117. +

La méthode du refroidissément donne des résultats tellement exacts qu'elle a même permis de trouver la manière dont la capacité pour la chaleur augmente avec la température. La capacité du fer, par exemple, est de

0,1100 entre o et 100°, de 0,1150 entre 0 et 200° et de 0,1255 entre o et 350°. D'où il résulte donc, que la capacité pour la chaleur, à l'instar de la dilatation, augmente à mesure que la température s'élève. On pourrait soupconner que la même chose a lieu pour l'eau dont la capacité sert dans beaucoup de recherches sur la chaleur ; mais l’expérience a montré jusqu'ici, qu'un mélange d’eau à o° et d'une égale quantité d’eau à 100° prend à peu près la température moyenne de 5o°. D'ailleurs on évite encore une erreur que la variation de la capacité de l'eau pour la chaleur à différentes temperatures pourrait faire commettre, en employant l'eau dans ces recherches en grande quantité, de sorte qu’alors le changement de température n'est que de quelques degrés.

Les quantités de chaleur dont les corps simples ont besoin pour s'élever d'un nombre déterminé de degrés sont entr'elles dans le même rapport que les quantités d’oxigene ou d'autres corps pondérables avec lesquels ils se combinent. Je reviendrai sur ce sujet à l'occasion de la théorie des proportions déterminées.

Communication et conductibilite de la chaleur.

Deux substances à des températures différentes qui ont été en contact pendant assez long-temps, ou qui ont pu agir autrement l’unesur l’autre, étant examinées avec le thermomètre, indiquent exactement la même température, de sorte que le corps le plus chaud a cédé dé la chaleur à l’autre. Tout corps chaud peut abandonner sa chaleur de deux manières, soit par communication, soit par rayonnement; pour ce qui regarde le premier mode

d'émission, il suffit de remarquer ici, que la chaleur rayonne des corps chauds comme la lumière émane d’un corps lumineux, et qu'elle traverse sans les échauffer un grand nombre de corps, par exemple, l'air ou d’autres gaz incolores, jusquà ce qu'elle rencontre des corps impénétrables, qu'elle échauffe tout comme: la lumière se comporte à l'égard des substances transparentes et opaques. Je dois renvoyer à la théorie même de la chaleur pour le développement et les lois de ces phénomènes, qui ne jouent pas un rôle important en chimie; en revanche l’echauffement ou le refroidissement par communication offre sous ce rapport un intérêt d’autant plus grand. La communication de la chaleur se fait par le contact immédiat du corps chaud avec le corps froid; les phénomènes diffèrent, suivant que les substances sont solides, gazeuses ou liquides. Dans les. corps solides la partie échauffée cède la chaleur à la partie adjacente, celle-ci à son tour à la partie la plus proche; par exemple, lorsque j'élève la température. d’unetige, la couche extérieure et échauffée abandonne sa chaleur à la couche la plus voisine, et celle-ci de nouveau à la couche suivante, sans qu'il en résulte un changement dans Ja position des mollécules. La communication de la chaleur d’une couche à l’autre se fait avec une promptitude inégale dans les différens corps solides; si l'on couvre de cire, par exemple, un fil de cuivre et un autre fil de fer, en les trempant dans de la cire fondante, et qu'on plonge une de leurs extrémités dans la flamme d’une bougie, la cire entrera bien plus vite en fusion au fil de cuivre qu'au fil de fer. On peut faire l'expérience plus exactement, en employant les substances à examiner sous forme de tiges percées à des .

distances determinees de trous, dans lesquels on place des thermometres. Un corps est dit bon conducteur ou mauvais conducteur de la chaleur suivant qu’il propage la chaleur avec promptitude, ou lentement. Afin de pouvoir comparer sous ce rapport diverses substances entr'elles, on peut partir du meilleur conducteur de la chaleur, de l'or, et faire = r00 la vitesse, avec laquelle il conduit la chaleur ; alors on obtient pour les substances suivantes les nombres placés à côté :

argent 97,3 cuivre 89,8 fer | 37,4 plomb 17,9 marbre 2,3 argile calcinée et porcelaine E

J'ai déjà rapporté ci-dessus (pag. 198) la manière dont la chaleur se propage dans les corps gazeux et les phénomènes qui en résultent, la diffusion s'opère aussi d'une manière tout-à-fait semblable dans les Hquides. Si l’on prend un long cylindre de verre (fig. 142), qu'on y verse de l'eau ou tout autre liquide, et qu'on ajoute une poudre fine capable de rester en suspension dans l'eau, par exemple, de la poudre de lycopode, on voit très distinctement, en chauffant le fond du vase, la manière dont s’eleve le liquide, qui en prenant de la chaleur du fond du vase, se dilate et devient plus léger, et la manière dont les parties plus froides du liquide s’y substituent, s’echauffent et s'élèvent à leur tour; de sorte que la communication de la chaleur dans le liquide se fait ainsi par le mouvement des mollécules du liquide. En échauffant un liquide par la surface à l’aide d'une plaque chaude, par exemple, ou atteindra à la

| EAU. 295 surface le point d’ebullition tandis qu’on remarquera à peine un changement de température au fond du vase; c'est ainsi que l’on peut verser et enflammer de l’éther sur l’eau sans que celle-ci s’echauffe à une certaine profondeur. Lors donc qu'on veut échauffer ou faire bouillir dans un vase de l’eau ou tout autre liquide, la combustion développe de la chaleur, que recoivent d’une part l’acide carbonique et la vapeur d’eau formés et d’autre part le gaz azote, qui était mêlé avec le gaz oxigène consumé, Ces gaz chauds frappent les parois extérieures du vase et leur communiquent leur chaleur, qui les traverse et se porte sur le liquide. On pourrait croire, que plus les parois du vase sont minces et mieux elles conduisent la chaleur, plus il serait possible d'enlever de chaleur aux gaz ; mais expérience est contraire à cette conjecture. Lorsqu'on n’outrepasse pas une certaine épaisseur, il est indifférent que les parois soient beaucoup plus minces, qu'elles soient de cuivre, de fer ou de plomb, et la même source de chaleur échauffera le liquide également; la porcelaine et les corps mauvais conducteurs font cependant exception à cetterègle. Ce phénomène provient incontestablement de ce que la quantité de chaleur qu'exigent pour s’echauffer au même degré les métaux et les gaz pris sous le même volume, est plusieurs centaines de fois plus grande pour les premiers que pour les seconds; en conséquence, si de l’eau se trouve à l'intérieur du vase, les métaux, qui conduisent moins bien la chaleur que les autres, déversent cependant sur l'eau la chaleur obtenue avec assez de promptitude pour acquérir à la surface en contact avec les gaz chauds, une température très basse, capable de leur faire absorber de grandes quantités

de chaleur. Les gaz chauds, qui arrivent en contact immédiat avec les vases, se dépouillant seuls ainsi de

leur chaleur, et celle des gaz qui n’obtiennent pas ce

contact, étant de Ja chaleur perdue, l’on a imaginé divers appareils, pour gagner la plus grande quantité de chaleur par un contact aussi multiplié que possible. Ceci n'étant important que pour l'échauffement de grandes masses, je décrirai incessamment quelques appareils de ce genre en traitant des opérations dans lesquelles on les emploie.

Chaleur latente des vapeurs.

En chauffant peu à peu de l’eau dans un vase; on remarque d’abord de petites bulles, qui se forment dans. le liquide et s'élèvent; elles consistent en oxigene et en azote que l'eau avait absorbes de l'air. J’y reviendrai plus tard. La température croissant encore , on observe. d'autres grosses bulles gazeuses qui se développent sur le fond echauffe du vase, et qui, après s'être élevées un peu dans le liquide, se contractent avec bruit (le chant de l’eau) et disparaissent; la température s’elevant encore davantage, ces bulles, qui sont de la vapeur d’eau, ou, ce qui revient au même, du gaz aqueux, montent de plus en plus haut, atteignent à la fin la surface, sans se condenser, et sechappent. Cette ascension des bulles dans le liquide occasione un bouillonnement, qu'on nomme ébullition. À ce point la température du liquide ne s'élève plus, toute la chaleur, qu'on ajoute, est employée pour transformer une nouvelle quantite d’eau en vapeur. On détermine à peu près la quantité de cette chaleur en chauffant de l’eau dans un matras a

(fig. 143) au col duquel on a adapté, à l’aide d'un bouchon de liege, un tube de verre courbe 5, dont l'autre extrémité s'engage dans un bocal c contenant 5 1/3 fois autant d'eau que le matras. Toute l’eau s'étant évaporée dans le matras, la température de celle qui se trouve dans l'autre vase et qui était auparavant à 0°, s’élève à 100° environ; d’où il résulte, que 1 partie en poids de vapeur d’eau échauffe en se liquéfiant à peu près 3 1/3 parties d'eau de o — 100°. Pour faire ces expériences avec exactitude, on prend un vase de cuivre a (fig. 144) avec deux ouvertures, par l’une desquelles passe un thermomètre, et par l’autre un tube communiquant par l’autre extrémité avec un serpentin cce place dans un vase en cuivre d’une capacité de 16000 grains d’eau. Le couvercle de ce dernier vase est percé aw milieu d’un trou, par lequel passe un thermomètre: très exact e indiquant encore au moins un dixième de degré. On entoure le tube / de laine pour qu'il ne s’y condense pas d'eau, que les vapeurs entraineraient mécaniquement dans le serpentin c, et l'on place entre les deux vases a et? un écran g, afin que, pendant la caléfaction, le calorique rayonnant du vase & n’echauffe pas le vase 5. Après avoir versé dans le vase 4, le liquide dont on veut examiner la chaleur latente, on le chauffe jusqu'à l'ébullition ; les vapeurs développées passent par le tube / dans le serpentin e, qui, maintenu à une basse température par l'eau froide qu'on a versée dans le vase , condense ces vapeurs. L’eau contenue dans ce vase et dont on connaît le poids, s’echauffe par là insensiblement; on en détermine la température avant et après l'opération, et l'on pese la quantité du liquide qui s'est condensé dans le serpentin , quand on a fait cesser

l'ébullition. On trouve ainsi, de combien de degrés la liquéfaction d’une quantité déterminée de vapeur d'eau élève la température d’un poids connu d’eau. Le vase et le tube s’echauffant en même temps, on détermine la chaleur dépensée ad hoc soit en procédant comme je l'ai indiqué ci-dessus (pag. 268) soit en pesant le tube et le vase et calculant d’après la capacité du cuivre la chaleur absorbée; le vase se trouve en outre en contact avec l'air extérieur. On doit également prendre en considération la chaleur qu'il abandonne à l'air ou qu’il en recoit; néanmoins l’on peut lever completement l’erreur qui en résulterait en commençant l'expérience lorsque la température du vase est de plusieurs degrés au-dessous de celle de l’air atmosphérique, et en la terminant dès qu’elle se trouve du même nombre de degrés au-dessus. Le vase et le tube employés à la détermination de la chaleur latente de la vapeur d'eau pèsent, par exemple, 3107,3 grains, qui absorbent autant de chaleur que 295,19 grains d’eau, la capacité du cuivre étant de 0,0950. La quantité d’eau, avec laquelle on remplit le vase, s'élève à 15956,3 grains, de manière que vase, tube et eau, quant à la chaleur absorbée, peuvent être pris pour 16251,49 grains d'eau. Le poids de la vapeur d’eau condensée est de.204,8 grains. La température de l'eau dans le vase était de 22° au commencement et de 29°, 58 à la fin de l'opération ; la quantité de chaleur abandonnnee est donc suffisante pour élever de 5°,58 la température de 16251,49 grains d'eau. Cette chaleur provient en partie de ce que la vapeur d'eau s'est liquéfiée, en partie de ce que l’eau condensee aété refroidie de 100° jusqu'à 29°,58, de 70°42 par consequent, quantite suffisante pour elever la temperature

204,8 X 70,58 ji PARTIR d Ba = 1902,6 grains d'eau de 7°,58. Ainsi la li-

quéfaction de 204,8 grains de vapeur d’eau échauffe de 7,58, 14348,8 grains (16251,49 — 1902,6) d'eau; une