PREMIÈRE PARTIE

Dilatation.

Construction du T hermomètre à mercure.

149. La construction du thermomètre à mercure se réduit h un petit nombre d’opérations qui sont faciles à exécuter. Il faut préparer le tube , introduire le liquide, fermer le thermomètre et le graduer.

1 50. Les tubes de thermomètre doivent avoir un diamètre intérieur qui soit partout le même, afin que des longueurs égales correspondent h des volumes égaux. Pour s’assurer de cette condition, on fait passer, dans l’intérieur du tube que l’on veut employer, une petite colonne de mercure de 1 ou 2 centimètres de longueur ; ensuite , par une inclinaison convenable , ou par une légère pression que l’on pont exercer avec une vessie de gomme élastique , on fait courir celte colonne d’un côté ou de l’autre, jusqu’il ce qu’elle ait parcouru toute l’étendue du tube (Fig. 168). Si, dans chaque position , elle occupe la même longueur, on est très-sûr que le tube est partout d’un diamètre égal; et, pour l’employer h la construction d’un thermomètre , il ne reste plus qu’à y souffler une boule (Fig. i5q), ou à y souder un réservoir cylindrique (Fig. 160).

Lorsqu’on veut employer un tube inégal , il faut le cali -

q48 LIVRE IX. — t)E IA CHALEUR.

brcr, c’est-à-dire marquer sur toute sa longueur des intervalles successifs qui correspondent à des volumes égaux. Cette opération est délicate; mais, au moyen de la disposition qui est représentée Figuré ’i G8, on parvient h la faire avec une grande exactitude.

1 5 1 . Pour introduire le liquide, on chauffe la boule afin d’en dilater l’air, et ensuite on plonge rapidement l’extrémité du tube dans un bain de mercure. Le refroidissement qui a lieu diminue l’élasticité de l’air intérieur , et la pression atmosphérique force le liquide à monter de plus en plus; il suffit qu’il en arrive seulement quelques gouttes dans le réservoir (Fig. 1 6 1 ). Alors, retournant l’appareil pour chauffer de nouveau la boule , on la chauffe jusqu’à faire bouillir le liquide qu’elle contient; les vapeurs de mercure remplissent bientôt toute la capacité de la boule et du tube; l’air est complètement chassé, et cette fois, en plongeant très-vite l’extrémité du tube dans le bain de mercuro (Fig. 1G2), on est presque assuré qu’il ne restera pas la moindre trace d’air ni de vapeur d’eau dans tout l’intérieur de l’appareil. Cependant, si l’on apercevait encore, soit dans le réservoir, soit dans la longueur du tube, la plus légère bulle d’air, il faudrait recommencer l’ébullilition elle retournement.

1 52. Avant de fermer le thermomètre, on en règle la course , c’est-à-dire que l’on fait sortir ou rentrer du liquide jusqu’à ce que le sommet de la colonne corresponde à peu près à la hauteur que l’on veut choisir pour la température moyenne; ensuite on ferme à la lampe l’extrémité du tube. Celte opération se fait de deux manières : i°. en faisant le vide au dessus de la colonne thermométrique; 2°. en y laissant de l’air. Dans le premier cas , on commence par effiler l’ extrémité du tube , et , après cela, on chauffe la boule sur des charbons jusqu’au point de faire sortir une petite goutte de liquide. A cet instant môme , on dirige le dard du chalumeau (Fig. lG5) sur l’extrémité du bec effilé du tube;

lra PART. , C1ÏAP. I. — DILATATION. <l!\ Q

lo vcrrre se fond et le tube est fermé; il ne reste plus qu’à l’arrondir en le présentant au dard de la lampe après quo la colonne s’est retirée par le refroidissement.

Dans le second cas, le thermomètre étant h la température ambiante, c’cst-à-dire à la température de l’air environnant, on présente l’extrémité du tube au dard de la lampe , et on la ferme hermétiquement ; ensuite on la maintient rouge et à peu près en état de liquéfaction pendant quelques instans, et alors, chauffant rapidement la boule , soit avec la main , soit avec une lampe , la colonne monte , l’air est repoussé, et par la pression qu’il exerce au sommet du tube sur le verre fondu , il forme une espèce de réservoir qui est plus ou moins grand , suivant que l’air y est refoulé avec plus ou moins de force [Fig. îGGet 167). Ce réservoir supérieur est toujours nécessaire lorsqu’on laisse de l’air quand le tube thermomélrique est très -fin : sans pression supérieure, la colonne se divise à chaque instant.

i5ô. La graduation du thermomètre consiste à marquer les ( leux points fixes, et à diviser en parties égales l’intervalle qui les sépare. Les points fixes qui sont généralement adoptés sont celui de la glace fondante et celui de l’eau bouil lante. Pour marquer le point de la glace fondante, on plonge dans un vase rempli de glace pilée ( Fig. 16/j) la boule du thermomètre et toute la partie de la lige dans laquelle il se trouve du liquide. La température ambiante étant plus haute que o , la glace fond peu à peu , et. toute la masse se maintient èla température fixe de la glace fondante. Après quelques inslans , le thermomètre a pris celte température; il reste parfaitement stationnaire, et l’on marque le point précis où il se trouve; on le marque sur le tube d’abord à l’encre , et ensuite on y fait un trait au diamant : c’est le 0 ou lo point do départ de notre échelle tliermomctrioue.

Pour marquer le point de l’ébullition, on prend un vase à long col [Fig. iG5), dans lequel on fait bouillir de l’eau

n5o LIVRE ir. — DE LA CHALEUR.

distillée ; après quelques instans d’ébullition , la vapeur en a échauffé également toutes les parties , et elle s’échappe par les ouvertures latérales; alors le thermomètre est enveloppé de toutes parts d’un bain de vapeur, dont la température est partout la même et partout égale 5 la température de la première couche d’eau bouillante. Bientôt la colonne arrive à un point fixe, qu’elle ne peut plus dépasser; c’est le point d’ébullition; on le marque d’abord à l’encre et ensuite au diamant. Si, au moment de l’expérience, la hauteur du baromètre était sensiblement différente de 7G0 ram, il faudrait faire une correction, dont nous donnerons la valeur en parlant de l’ébullition.

L’intervalle des deux points de la glace fondante et de l’eau bouillante est divisé en 100 degrés on en 100 parties égales; les divisions sont continuées au dessus et au dessous de ces points, et leur ensemble forme V échelle thermométrique. Quand les divisions sont marquées au diamant sur le tube lui-même, on dit que le tube porte son échelle; mais le plus souvent les divisions sont marqués sur une monture en bois , en ivoire , en verre ou en métal; il faut alors fixer le thermomètre sur sa monture, de manière que les points de la glace et de l’eau bouillante qui sont marqués sur la tige correspondent très-exactement et d’une manière permanente aux points o et 100 qui sont marqués sur l’échelle divisée do, la monture.

i54- Tous les thermomètres à mercure, construits d’après ces principes , sont des inslrumens comparables , c’esfà dire qu’ils marchent ensemble, et indiquent en même temps le même nombre de degrés. En effet , deux volumes d’un même corps étant pris à o, si on les porte h une autre température, de telle sorte. que l’un d’eux se dilate, par exemple , de la millième partie de son volume à 0 , l’autre se dilatera aussi de la millième partie de son volume à o; par conséquent deux thermomètres à mercure doivent marquer en même temps i°, 2°, 5°, etc., parce qu’ils doi-

I re P A. HT. , CHAP. I. - DILATATION. 2 D t

vent prendre en même temps le centième , les 2 centièmes, les 5 centièmes, etc., de l’accroissement de volume qu’ils sont susceptibles de prendre en passant de 0 h ioo0.

Cependant ce raisonnement n’est vrai qu’en supposant le mercure contenu dans des vases on dans des enveloppes solides de même nature; car, dans les thermomètres, ce n’est pas la dilatation absolue du mercure que l’on observe , mais sa dilatation apparente , c’est h-dire la différence qui existe entre l’accroissement de volume du mercure et l’accroissement de capacité de l’enveloppe qui le contient. Si le verre se dilatait autant que le mercure, le thermomètre resterait stationnaire h toutes les températures; et même si l’enveloppe du verre se dilatait plus que le liquide qu’elle contient, les augmentations de chaleur feraient baisser le thermomètre, au lieu de le faire monter. Pour que les thermomètres soient rigoureusement comparables, il faut donc que leurs enveloppes soient également dilatables.

1 55. On peut construire des thermomètres h mercure qui marquent jusqu’à 5 ou 4 cents degrés, mais il est impossible de les faire aller plus loin , soit parce que h ces hautes températures le verre offre moins de résistance , soit aussi parce que le mercure donne alors des vapeurs abondantes qui vont se condenser dans les parties froides , ou qui pressentie tube au point de le briser. Au dessous de o , le thermomètre h mercure ne donne des indications justes que jusqu’à — 5o ou — 55°; car il approche alors de son point de congélation, qui est vers — 4° > et au changement d’état, tous les corps éprouvent des modifications très-brusques.

1 5G. Pour les recherches , et même pour les observations auxquelles on veut donner quelque exactitude, il convient d’employer' des thermomètres qui n’aient que 1 5 ou 20 degrés de course : l’un marquant , par exemple , les températures depuis 10 à — 5, un autre de — 5 à — 20,

un autre cio -f- 10 à -(- s5 , etc.; alors les réservoirs ne contiennent que très-peu de mercure, les tubes sont d’un diamètre intérieur excessivement fin , et chaque degré occupe une grande longueur. Ces thermomètres ont le double avantage de prendre rapidement la température , et de l’indiquer avec une grande précision. Pour les graduer , il est nécessaire d’avoir un thermomètre étalon , c’està-dire un thermomètre gradué à la glace fondante et à l’eau bouillante, et de l’exactitude duquel on soit parfaito^ ment assuré.

M. Bellani a observé que le o des thermomètres à mercure s’élève avec le temps, comme si la boule devenait plus petite. Déjà, en 1817, MM. Gay-Lussac et Arago avaient remarqué que le o du thermomètre des caves de l’Observatoire s’était élevé de o,38. M. Pictet, M. Flaugergues et plusieurs autres physiciens ont reconnu la vérité de cette observation importante. Quelquefois la variation s’élève jusqu’à plus de deux degrés. On ne sait pas encore d’une manière certaine si ce phénomène dépend d’uue portion d’air qui se dissoudrait dans le mercure pour en augmenter le volume, ou s’il dépend de la pression atmosphérique, qui pourrait, à la longue, en comprimant le verre de la boule , lui donner une moindre capacité. S’il reste quelque doute sur la vraie cause du fait, il n’en reste aucun sur le fait lui -même , et il importe que tous les observateurs s’astreignent à vérifier souvent les graduations de leurs thermomètres.

lra PART., CHAP. II. — DlLATATÎON.