LIVRE DEUXIÈME

DE LA. CHALEUR

142. L’air, l’eau et les divers corps de la nature peuvent exciter eu nous des sensations particulières , que l’on appelle sensations de chaleur ou de froid. Ces affections se produisent au contact immédiat ou à de grandes distances, et elles sont d’une telle nature que nous ne pouvons en attribuer la cause à la substance propre des corps. En présence d’un foyer allumé, nous jugeons facilement que ce 11’est pas la matière du charbon qui vient sous forme invisible nous loucher et nous réchauffer ; et quand nous recevons les rayons solaires, nous jugeons de même que ce n’est, pas la matière pondérable du soleil qui descend vers la terre , pour produire sur nos yeux l’impression de la lumière , et sur toutes les parties sensibles de notre organisation l’impression de la chaleur. Il y a donc un agent qui est distinct de la substance propre des corps , qui réside dans leur masse , qui se transmet à distance , qui établit une communication continuelle entre eux et nous , et qui est la cause des sensations de chaleur ou de froid que nous éprouvons. Cet agent a reçu différens noms : d’abord , confondant la cause avec l’effet , on l’a appelé chaleur; ensuite, par des notions plus justes sur son mode d’existence, on l’a nomméjluide igné , matière du feu, etc.;

enfin , à la réforme de la nomenclature chimique , Lavoisier , Berlholet , Morveau et Fourcroy l’ont appelé calorique. Cette dénomination a été adoptée par tous les physiciens ; et l’on a conservé le mot chaleur pour désigner la science qûi traite des propriétés , des effets et des lois du calorique.

Cependant on ne s’en tient pas toujours à ces strictes définitions : il arrive souvent que le mot chaleur est employé pour désigner l’agent lui-même qui produit les phénomènes , et que le mot calorique est aussi employé pour désigner l’ensemble de nos connaissances sur ces phénomènes et sur leurs lois.

i43. Le calorique n’agit prs seulement sur les corps organisés , mais il agit aussi sur les corps inogarniques. La glace peut fondre, l’eau peut entrer en ébullition , le fer peut rougir au feu; tous ces phénomènes , et tant d’autres de même espèce , ont nécessairement une cause , et nos sens nous avertissent que cette cause est le calorique. Il y a une telle correspondance, une telle simultaniété entre ces modifications qui surviennent dans les corps et les changemens qui surviennent dans nos sensations , que nous craignons peu de nous tromper en portant ce jugement. Ces seules indications peuvent nous servir à classer les phénomènes du calorique , et à établir d’avance l’ordre dans lequel nous devons en faire l’élude.

Nous diviserons la théorie de la chaleur en cinq parties. La premières l la deuxième partie auront pour objet les deux effets physiques que le calorique produit dans les corps , savoir : i° la dilatation ou les variations de volume ; et 2° le changement d’état ou le passage de l’état solide à l’état liquide , et de l’état liquide h l’état de vapeur.

La troisième et la (quatrième partie auront pour objet les propriétés du calorique lui même. Dans la troisième partie nous traiterons de la propagation du calorique , qui comprendla çotiduciùilité ou la propagation au contact , et b

NOTIONS GÉNÉRALES. 2 3g

calorique rayonnant ou la propagation à distance ; et dans la quatrième partie, nous traiterons du calorique spécifique , c’est-à-dire de la mesure des quantités de calorique qui sont nécessaires pour produire des effets déterminés sur des quantités de matière connues.

La cinquième partie aura pour objet la production de la chaleur et du froid, c’est-à-dire les actions mécaniques ou chimiques que la matière peut exercer sur la chaleur, pour la dégager ou pour l’absorber.

Nous essaierons d’abord de donner une idée générale des phénomènes qui servent de base à ces divisions de la théorie générale de la chaleur.

1 44- Dilatation. — Nous avons vu (i3)que le calorique dilate tous les corps; que le volume d’un corps quelconque dépend du degré de chaleur qu’il éprouve , et que , toutes choses égales d’ailleurs , le même degré de chaleur lui donne toujours exactement le même volume. Ainsi les degrés de dilatation peuveut nous servir à mesurer les degrés de chaleur. On appelle température d’un corps l’état de volume auquel il se trouve par l’influence du calorique; et l’on appelle thermomètres , les instrumens qui servent à mesurer les températures.

La Figure 1 5q représente nu thermomètre à mercure la houle b est pleine de mercure , et ce liquide s’élève dans la tige t , jusqu’à une certaine hauteur ii , qui dépend de la température. Lorsqu’on chauffe la boule , le mercure aug~ mente de volume , le thermomètre monte , et l’on dit que la température s' élève-, lorsqu’on la refrodil,le mercure diminue de volume, le thermomètre descend et la température s'abaisse. Toutes les fois que le thermomètre revient au même point ou au même état de volume , la température est la même. Si l’on prenait au autre thermomètre à mercure ( Fig. 160 ) , plus grand ou plus petit que le premier , ces deux instrumens monteraient et descendraient ensemble; mais les ascensions et les dépressions pourraient être

2/jo LtVRE II. — DE LA CTÎALËÜR.

très-différentes : les réservoirs b et c étant égaux , il suffirait, par exemple, que le tube du premier eût un diamètre dix fois moindre que le tube du second , pour que ses mouvemens eussent cent fois plus d’étendue ; quand il monterait de 100 millimètres , le second ne monterait que de 1 seul millimètre. L’un serait cent fois plus sensible que l’autre.

Ces thermomètres ne pourraient servir qu’à indiquer des températures égales , des températures plus hautes et des températures plus basses , suivant que le sommet de la colonne reviendrait à un même point fixe, ou qu’il varierait au dessus ou au dessous de ce point. De cette manière , ils pourraient déjà être de quelque avantage pour la science, mais ce qu’il y a d’essentiel dans les thermomètres , c’est leur graduation ; car ce n’est qu’en les graduant , que l’on peut parvenir à exprime!’ les températures par des nombres, à les comparer entre elles, et à en déduire les lois du calorique.

Les principes de la graduation des thermomètres reposent sur ce fait : qu’il y a des phénomènes qui se produisent toujours à la même température. Ainsi , en prenant dans la paume des mains un des thermomètres précédens, on le verra monter plus ou moins , suivant que l’on aura les mains plus chaudes ou plus froides. Mais si l’on a la patience d’attendre , et de tenir les mains pressées jusqu’à ce qu’elles se soient réchauffées le plus possible, on verra le thermomètre qu’elles tiennent enfermé monter lentement jusqu’à une certaine limite, où il arrivera toujours, et qu’il ne dépassera jamais. Dans toutes les saisons , sous tous les climats et chez tous les individus il s’arrêtera au même point ou à très-peu près. Ainsi la température du corps humain est une température constante , et elle offre un point fixe , que l’on pourrait prendre pour point de départ dans l’évaluation numérique des températures. Cependant il y a d’autres phénomènes qui sont plus mathématiquement constans , et aux-

quels il est plus simple de recourir. Dans la glace, fondante, un thermomètre revient toujours exactement au même point , soit que cette glace ait été formée artificiellement , soit qu’elle ait été formée naturellement au dessus des montagnes , sur les rivières ou sur les mers : pourvu qu’elle soit composée d’eau Lien pure, son point de fusion est un point parfaitement fixe. Il en est de même pour les dilférens points auxquels les corps fusibles , comme la cire , le plomb , etc., passent de l’état solide à l’état liquide; chacun d’eux entra cil fusion h une température qui est toujours la même. Ce fait fondamental paraît avoir été observé pour la première fois par Amontons ( Ac . des Sciences, 1703).

L’ébullition de l’eau présente un phénomène analogue t Une fois que la chaleur est arrivée au point où l’eau bout aVec force , en poussant le feu plus vivement on arrive à la faire bouillir plus vite , mais non pas à la chauffer davantage ; le thermomètre reste au même point parfaitement immobile. Sous la même pression barométrique , dans tous les lieux de la terre, l’eau pure en ébullition donnera 1g même point fixe. Il en est de même de tous les corps au moment où ils passent de l’état liquide à l'état de vapeur par l’ébullition; chacun d’eux a son point particulier, qui est fixe sous la même pression.

Concevons maintenant que l’on prenne deux points fixes. Celui de la glace fondante , par exemple, et celui de Veau bouillante, et que, les ayant marqués i’unct l’autre sur le tube ou sur la lige du thermomètre , on divise l’intervalle en 100 parties égales , et que l’on continue les division ou degrés nu dessus et au dessous des points extrêmes, on aura un thermomètre gradué , qui s’appelle thermomètre centésimal , et qui s’appellerait thermomètre de Rèaumur , si l’on avait divisé l’intervalle en 80 parties seulement. Le point de la glace fondante est le zéro de la division, et les degrés qui sont au dessous se distinguent par le signe moins; — io° ou — 20° signifient moins dix ou moins vingt degrés.

i45. Changement d’état. — 1 kilogramme de glace à la température de zéro , et un kilogramme d’eau h la tempe rature de 75°, donnent, après leur mélange et après la fusion complète de la glace, deux kilogrammes d’eau à la température o. Ainsi la glace a été fondue , mais elle n’a pas changé de température; l’eau chaude à 75° est restée liquide, mais elle s’est refroidie jusqu’à la température de la glace. Donc le kilogramme de glace , polir se fondre, a absorbe tout le calorique qu’a perdu le kilogramme d’eau , en descendant depuis 7 5° jusqu’à o ; il l’a absorbé pour se fondre , puisque sa température n’a pas changé. La calorique absorbé et comme dissimulé dans la masse liquide qui résulte de la fusion s’appelle calorique latent ou calorique de fusion. L’eau en se congelant reproduit et dégage de nouveau, pendant sa solidification , tout le calorique qu’elle avait absorbé pendant sa fusion; c’est-à-dire qu’un kilogramme de glace à 0 et un kilogramme d’eau à o n’ont pas la même quantité de chaleur, quoique étant à la même température; l’eau en a plus que la glace , et ce qu’elle en dégage pendant qu’elle se congèle, serait capable d’élever un autre kilogramme d’eau de o à 70°.

Le même phénomène se produit dans le passage de l’état liquide à l’état de vapeur. Au moment de sa formation la vapeur se trouve à la même température que le liquide qui lui donne naissance , mais à poids égal elle a beaucoup plus de calorique; carelle en absorbe ,à mesure qu’elle se forme , bien plus encore que la glace n’en absorbe à mesure qu’elle se fond. Ce calorique absorbé et dissimulé dans la masse gazeuse de la vapeur s’appelle encore calorique latent , et quelquefois calorique de vaporisation ou calorique d'élasticité. Quand la vapeur revient à l’état liquide, elle reproduit et dégage de nouveau , pendant sa condensation , toute cette quantité de calorique qu’elle avait dû prendre pendant sa formation.

Ces absorptions de calorique en proportions différentes ,

pendant la fusion et la vaporsialion , et ces reproductions égales, pendant la solidification et la condensation, sc manifestent nécessairement dans t ous les corps. Le phénomène de la chaleur laiente est la condition essentielle des cliangcmcns d'état.

146. Propagation du calorique. — Le calorique se propage dans les corps et il se propage à distance.

Dans les corps il se répand de proche en proche, jusqu’aux molécules les plus intérieures de leur substance. Au leu de forge, par exemple, les pièces de fer sont d’abord échauffées à leur surface, puis le calorique gagne peu à peu , et pénètre enfin toute l’étendue de la masse qui est enveloppée de feu. Celte propagation intérieure du calorique est ce que l’on appelle la conducibilité ou la conductibilité -, elle est plus ou moins rapide , suivant la nature des corps. On nomme bons conducteurs ceux qui se laissent pénétrer facilement par la chaleur , et qui prennent rapidement la température qu’ils doivent avoir; et mauvais conducteurs ceux qui se laissent pénétrer moins facilement, et qui sont plus lents à se mettre en équilibre de température dans toutes leurs parties. Les métaux sont en général de bons conducteurs.

Le verre, le soufre , le charbon , les pierres de différentes espèces, toutes les substances végétales et animales, sont en général de mauvais conducteurs; les liquides et les gaz sont les plus mauvais conducteurs que l’on connaisse.

A distance, le calorique se propage à peu près comme la lumière : il traverse le vide avec une grande vitesse , comme la lumière traverse les espaces célestes; il passe dans certains corps, sans s’y arrêter et sans les rendre chauds, à peu près comme la lumière passe dans le verre , sans s’y éteindre et sans le rendre lumineux. Ce mode de propagation est ce que l’on appelle le rayonnement du calorique ; c’est par rayonnement que le calorique du soleil arrive à la terre ; c’est aussi par rayonnement qu’un foyer nous échauffe \\ travers les couches d’air qui nous séparent de lui , et

qu’un corps très-peu chaud nous fait sentir sa présence, même h une assez grande distance. Le calorique rayonnant devient du calorique ordinaire, lorsqu’il est absorbé par les corps et qu’il se répand par la conducibilité dans les différentes parties de leur masse; et réciproquement , le calorique qui s’échappe des corps , à mesure qu’ils se refroidissent , s’échappe sous la forme de calorique rayonnant, à moins qu’il ne rencontre immédiatement des corps qui l’absorbent et dans lesquels il ne puisse passer que de molécule à molécule.

1 47* Calorique spécifique. — Les diverses températures des corps expriment les variations de leurs volumes , mais elles n’expriment pas les quantités de calorique qu’ils reçoivent ou qu’ils perdent pour éprouver ces variations. Par exemple , quand le thermomètre à mercure s’élève de iu, le mercure prend la centième partie de l’accroissement de volume qu’il est susceptible de prendre , depuis la température de la glace fondante jusqu’à celle de l’ébullition de l’eau ; mais nous ne pouvons pas savoir d’avance s’il prend en même temps la centième partie de calorique qui lui est est nécessaire pour passer de l’une à l’autre de ces températures. A plus forte raison , des corps diflférens , ayant le même poids et la même température , peuvent exiger des quantités de chaleur très-différentes , pour s’élever l’un et l’autre à une température plus haute de i°; et, en effet,

1 kilogramme de mercure , par exemple , exige beaucoup moins de chaleur que 1 kilogramme d’eau, pour passer de 0 à x° , ou i° à 20 , ou de 99° à ioo°. A poids égal et à température égale , un corps est dit avoir plus de capacité pour la chaleur qu’un autre corps, lorsqu’il exige une plus grande quantité de chaleur pour éprouver les mêmes variations de température; s’il en exige le double, sa capacité est double; s’il en exige le triple , sa capacité est triple , etc. ; ainsi la capacité de l’eau est à peu près 3o fois plus grande que celle du mercure, puisque , à poids égal et à température égale , l’eau reçoit 00 fois plus de chaleur

que le mercure quand elle s’élève de i°, et qu’elle en perd 5o fois plus quand elle s’abaisse de i°.

i48. Production de la. chaleur et du froid. — Le calorique peut être accumulé dans les corps , mais il ne peut pas y être retenu et enfermé , comme l’air, l’eau et les autres fluides pondérables sont enfermés dans les vases; aucune substance n’est impénétrable au calorique : c’est un fluide incoercible qui est sans cesse en mouvement pour se communiquer de proche en proche dans les corps contigus , ou pour se répandre dans l’espace sous forme rayonnante. Si un corps chaud, tel qu’un boulet , par exemple, était enfoncé à 10 pieds sous terre , tout le monde sait que sa chaleur se communiquerait aux couches environnantes, puis de celles-ci aux suivantes, et ainsi de proche en proche jusqu’il de très-grandes distances; après un temps assez long, ce boulot serait refroidi , mais aucune portion de sa chaleur ne serait perdue ; elle serait répandue dans les corps voisins, et l’on pourrait à la rigueur la retrouver et la recueillir en totalité. Lorsqu’un corps se refroidit dans l’air, le phénomène est différent : une portion de sa chaleur passe aux molécules d’air qui le touchent , mais une portion s’échappe sous forme rayonnante, à peu près comme la lumière s’échappe de la flamme ; et ces rayons de calorique se répandant de toutes parts , les uns vont tomber sur des corps qui les arrêtent et les absorbent en partie , les autres s’élèvent vers le zénith , traversent toute l’épaisseur de l’atmosphère et vont se perdre dans le vide du ciel. Il y en a sans doute qui vont tomber sur le soleil et sur les corps célestes , comme il arrive aussi à la lumière d’une bougie de se répandre jusqu’aux astres. Ce qui est vrai d’un corps suspendu dans l’air est vrai pareillement du globe entier de la terre, suspendu au milieu de l’espace. Ainsi la terre se refroidit : à chaque instant l’atmosphère et tous les corps terrestres qui sont exposés à l’aspect du ciel perdent de leur calorique par le rayonnement. Il faut donc qu’il y ait des sources

de chaleur qui réparent à chaque instant les pertes que fait la terre , et qui puissent maintenir sur sa surface celte température moyenne dont l’intensité est une condition nécessaire des phénomènes delà végétation et des fonctions de la vie.

Nous verrons qu’il y a trois sources de chaleur pour compenser le refroidissement que la terre éprouve * et pour maintenir d’une manière à peu près permanente l’équilibre des températures terrestres. La première est une chaleur primitive qui règne encore à de grandes profondeurs , et qui se dissipe peu à peu; elle entretient les parties centrales de la terre à une chaleur sans doute plus grande que celle du fer fondu , mais elle ne contribue que dans une faible proportion aux températures de la surface.

La seconde est la chaleur solaire , dont nous donnerons la mesure dans les Élémcns de Météorologie : nous verrons que tout le calorique que le soleil répand sur la terre dans le cours d’une année est capable de fondre une certaine quantité de glace que nous sommes parvenus h déterminer par des moyens simples et rigoureux.

La troisième source de chaleur est celle qui résulte des actions mécaniques et chimiques qui s’exercent sur la matière. Le simple contact des corps dégage de la chaleur ; la compression, le frottement, la percussion, et tous les changemens mécaniques que peuvent éprouver les molécules matérielles dégagent pareillement de la chaleur ou du froid. Enfin les combinaisons chimiques , soit les combinaisons naturelles qui accompagnent la naissance, le développement et la décomposition des êtres, soit les combinaisons accidentelles, qui sont des produits de l’art, sont autant de phénomènes de production de chaleur ou de froid, dont il importe de connaître les lois.

lre PART. , CHAP. I. — DILATATION. 2/|7

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