Des quantités de chaleur et des moyens de les eom

wrrr. — Nous admettons comme un principe évident de luir.i'inc que, pour produire un même eiTet, il faut toujours une nème quantité de chaleur. Par exemple, un kilogramme de fer •tant à la température de 10®, s'il passe d'une manière quelconque à la température de 11^, nous admettons qu'il reçoit oujours la même quantité de chaleur, soit que cette chaleur lui iienue du soleil ou d'un foyer, soit qu'elle lui vienne du con- :^ct ou du rayonnement d'un corps quelconque. De même, un vilogramme de glace à 0* prend toujours la même quantité de bîcurpour se fondre, et un kilogramme ^ d'eau à 100^ prend oiijours la même quantité de chaleur pour se vaporiser. Les juaniités de chaleur sont" d'ailleurs proportionnelles aux poids ^s substances sur lesquelles elles produisent le même effet,

ist-à-dire, qu'il faudra cent fois plus de chaleur pour chauffer iOO kilogrammes de fer de 10 à 11*, ou pour fondre 100 kilo- :a^anunes de glace, où pour vaporiser 100 kilogrammes d'eau. Ain>i, pour comparer entre elles des quantités de chaleur don- ^'^ S il suffit de les appliquer successivement à chauffer un corps ui même point, ou à fondre de la glace, ou à vaporiser de l'eau, 't (le comparer ensuite les poids de ces corps sur lesquels elles ii»i produit leurs effets.

Une substance a plus ou moins de capacité pour la chaleur^ 'Uivant qu'elle exige plus ou moins de chaleur pour éprouver un Uangement de température donné, un changement de 1®, par 'u-mple* et cette quantité de chaleur s'appelle elle-même la mleur spécifique de la substance. Deux coi*ps auront donc des ^^pacltés égales si, à poids égal, ils exigent la même quantité de Ijaleur pour s'échauffer de 1® : au contraire, l'un aura une ca* >3(!ic double ou triple de Vautre s'il exige deux ou trois fob II. 36

plus de chaleur. Le rapport des chaleurs spécifiques est évidemment le méfne que celui des capacités.

'Un même corps peut avoir une capacité cartable^ c'est ce qui arrive, par exemple, au platine,- qui absorbe des quantités de chaleur différentes pour passer de 0 à 1*, et pour passer de 100' à 101®; ou de 1000'' à 1001*; sa capacité est croissante, puisqu'elle augmente toujours avec la température : l'eau a, au contraire, une capacité sensiblement constante^ que Ton a coutume de choisir pom' unité.

n résulte évidemment de ces définitions que, si un corps, ayant un poids m et une capacité c, se réchauffe ou se refroidit de f^, il gagne ou il perd une quantité de chaleur exprimée par met 'y il en résulte pareillement que, si un système de corps ayant des masses m^ /w„ etc., et des capacités C|, c,, etc., éprouve dans toutes ses parties une variation de température ^ la résultante des quantités de chaleur perdues ou gagiiées est 77^1 Cj t -+- nifCtt -h ^5^3^ + etc. ; et , si Ton conçoit alors un corps dont le poids /w = Wi -h w, -+- etc., et dont la capa-

. , /Wiri-f-WjT. -j-elc, , , if 1 -j'

ate c= • ' — ■ cette capacité c est appelée la capacité

moyenne du système pour la chaleur.

On détermine i en général, les chaleurs spécifiques par trois méthodes que nous allons indiquer, savoir : la méthode du calorimètre, la méthode des mélanges, et la méthode du refit)idissement.

241. Calorimètre de Lavolsler et de Laplaee. — Une coupe de cet instrument est représentée (Pl. 37, Fig. 20); il se coinpose de trois vases minces c , rf et ^ , dont le plus gi*and c enveloppe le moyen rf, et celui-ci, à son tour, enveloppe le plus petit. L'intervalle qui sépare le premier du second se remplit de glace dont l'eau de fusion s'écoule par le robinet r, et Tintervalle qui sépare de toutes parts le second du troisième est pareillement rempli de glace pilée dont l'eau de fîision s'écoule par le robinet s. Ainsi, le calorique extérieur est arrêté et absorbé par la première couche de glace, et ne peut jamais pénétrer jusqu'à la seconde couche pour y opérer une fusion ; de même le calorique intérieur, celui qui sort de la substance enfermée dan* le petit vase, est entièrement absorbé par la seconde couche de glace, et employé à la fondre, sans pouvoir jamais passer dans

CHAP. II. — HÉTHODE DU CALORIMÈTRE. 563

la première œuche, et, à plus forte raison, sans pouvoir jamais se perdre à TeiLtërieur. D'après cela, rien n'est plus facile à comprendre que Tusage de cet instrument pour résoudre les questions relatives à la capacité.

Soient m^ m' les poids des deux corps, r, c' leurs capacités pour la chaleur, tj i leurs températures au moment où ils entrent dans le calorimètre, g^ g les quantités de glace qu'ils fondent, ou les quantités d'eau que Ton i*ecueille dans chaque expérience lorsque les corps sont parvenus à la température 0. Les quantités de chaleur qu'ils ont perdues sont évidemment proportionnelles aux quantités de glace g et ^ qu'ils ont fondues : mais le premier perd mct^ le deuxième perd nidi . On a donc :

-^— ^- d'où ''— ^ —

En opérant sur le même corps porte à des températures difrérentes, on reconnaîtrait par là si la capacité est constante ou variable.

Pour soumettre les liquides à ces expériences, il faut les renfermer dans un flacon, et alors on fait deux expériences, l'une ivcc le flacon vide, l'autre avec le flacon contenant le liquide. Oans la première expérience, la quantité de chaleur perdue ^Kmci\ dans la seconde, elle est /wc/' + m'cY. En supposant pi on parte d'une autre température f', et que ni et d désignent a masse et la capacité du liquide, en représentant toujours >ar g et ^ les quantités de glace fondues dans la première et la leuxième expérience, on aurait alors :

met g ,

Toù il est facÀle de tirer-,, ou le rapport des capacités du flacon t du liquide.

C'est ainsi que par cette méthode toutes les capacités peuvent Ire rapportées à l'eau; car une fois que l'on a, par exemple, i capacité d'un flacon de verre par rapport à l'eau, on rapporte 'S capacités des autres substances à celle du verre; etpourrap* orter ces capacités à celle de l'eau U suffit de les multiplier par i capacité du verre par rapport à l'eau.

Ces expériences, qui paraissent si simples, ne sont pas cepennnt sans difficultés : si l'on emploie de la neige ou de la glace

piléc trop fin, Veau de fusion s'imbibe dans les fragments de glace ; et, si d'avance on les sature d'eau, on recueille à la fois l'eau de fusion et celle de saturation qui ne peut être évaluée qu'imparfaitement. On obtient plus d'exactitude en choisissant des fragments de glace de dimensions convenables.

On peut dans certains cas substituer au calorimètre un puits de glace (Fig, 14) creusé dans de la glace très-compacte.

Quant à la température des corps, au moment où ils entrent dans le calorimètre, elle se détermine en les plongeant dans un bain liquide, dont la température est connue, et en les tirant du bain, lorsqu'ils en ont pris la température, pour les porter rapidement dans l'appareil. Si la couche liquide que le corps emporte avait un poids un peu considérable, on en tiendrait compte en ajoutant à la quantité de chaleur perdue par le corps celle que perd le liquide lui-même ; celle-ci est aussi égale à son poids, multiplié par sa température et par sa capacité qui devrait être connue.

242. Hétliode des mélanges* — Dans cette méUiode, la chaleur perdue par un corps qui se refroidit est reçue par un second corps qui se réchauffe, et, si l'on connaît les poids de ces coiys, il suffit d'observer les températures perdues et gagnées pour en déduire le rapport de leurs capacités. Le corps qui se rcfioidit est, par exemple, une masse de métal /w, ayant une capacité c et une température t avant le mélange ; le corps qui se réchauffe est une niasse d'eau w', dont la température est t avant le mélange et dont la capacité est prise pour unité ; le vase qui contient l'eau a un poids a et une capacité b ; le tliermo* mètre qui marque la température du mélange a aussi une portion e de son poids qui participe au réchauffement ; soit d sa capacité ; désignons enfin par 6 la température du melangt.».

Le corps en tombant de la température ^ à la température 6 perd un nombre de degrés t — 6 et une quantité de chaleur mci^t — 6).

L'eau en s'élevant de ^ à 6, gagne une température 0 — /', et une quantité de chaleur m' (6 — tf). Par la même raison, le vase et le thermomètre, qui participent au réchauffement de l'eau, gagnent ai (6 — ^) et crf (6 — /'). Ainsi la quantité totale de chaleur gagnée est

{m' + ab'\'ed){^—lf) ou /?ii(6 — f').

CHAF. n. — MËTEODE DES MÉLANGES. 565

en fiiîsant m^= m' -+- ab-^ed'j mi est alors la masse d'eau cor^

En égalant cette quantité de chaleur reçue à la quantité de cbaleur perdue, on a :

Hicrr— 6) = 111.(6— z') ou ^^^tC^-0

Voici la disposition que j'ai adoptée pour employer cette méthode à la détermination des capacités du platine jusqu'à la température de 1200*.

a (Pl. 37, FiG. 16) est un tase de cuiyre mince qui repose sur un sodé de bois, où il est reçu par trois bouchons de Ûége saillants ; 6 est une euTcloppe pareille au Tase , qui empeclie les courants d'air et les variations accidentelles de température ; le couvercle c du vase est percé d'un trou assez grand, et porte un panier en fil de cuivre où se jette le corps ; un agitateur d sert à mélanger l'eau pour refroidir le corps plus promptement et réduire la durée de Texpérience à 30 ou 40 secondes; le thermomètre e est placé de coté; la feuille de l'agitateur porte une édiancrure pour ne pas le toucher; les mouvements du thermomètre s'observent avec le cathétomètre : on peut ainsi estimer les cinquantièmes de degré. Il est nécessaire d'avoir plusieurs appareik de dimensions différentes, afin que Télévation de température ne dépasse jamais 4* ou 5*.

Cela posé, on met dans le vase de l'eau qui. soit à 5 ou 6* au-dessous de la température ambiante, et, pendant 8 ou 10', OQ en observe le réchauffement de 2' en 2' ; on note l'instant où l'on jette la boule de platine, ou en général les corps; et la loi du réchauffement qu'on a observée donne la température précise de l'eau au moment de l'immersion. En agitant l'eau vivement , 30' suffisent pour que le thermomètre devienne stationnaire, et, comme il se trouve alors très-près de la température ambiante , il n'y a en général aucune correction à faire pour les quantités de chaleur gagnées ou perdues par le vase à Textérieur pendant ces 30* : s'il devait y en avoir une , on observerait , pour la faire, la loi du réchauffement ou du refiroidissement qui succède à l'état stationnaire du thermomètre.

Dans mes expériences, la boule de platine, du poids de 178 grammes, était contenue dans un creuset de platine trèsépais; sa température était donnée par le pyromètre à air, avec

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lequel elle était en contact dans la moufle de fer; on ouvrait le creuset, sur le bord du vase des capacités, pour jeter à Tinstant même la boule dans le liquide. Quand la boule était à la température de la fusion de Tor, son refroidissement ne durait pas plus de 35 à 40"; mais, dans ce cas, il fallait une masse d'eau beaucoup plus considérable.

M. Regnault a suivi un procédé analogue, dans le travail trèsremarquable qu'il a fait sur les capacités des corps simples et composés. Voici la disposition de son appareil : le corps est cbauffé dans une étuve à une température à peu près constante, ensuite il est jeté rapidement dans le vase destiné au mélange , et les températures s'observent au cathétomètre. L'étuve se compose d'un vase à triple enveloppe «, *, c (Pl. 38, Fig. 7); entre rt et i il y a de l'air et de la ouate , entre b et c un courant de vapeiu*, et dans Tintérieur du cylindre c se trouve le corps soumis à Texpérience. Le courant de vapeur est produit par une petite cliaudière x qui est toujours en ébullitîon ; il arrive par le tube incliné j, et s'échappe par le tube y pour aller au serpentin X . Le corps est contenu dans une petite corbeille d de fils métalliques , au centre de laquelle est un cylindre où se loge le réservoir du thermomètre e. Ce thermomètre s'échauffe lentement ; mais à la fin il se maintient immobile, et alors on est assuré qu*il accuse exactement la température du corps. Le vaae des mélanges est en f; on observe son thermomètre g^, et le thermomètre A qui donne la température ambiante. Quand le moment est venu, on ouvre le registre à coulisse /, on pousse le vase f sur un petit chemin de fer qui l'amène au-dessous du cylindre c, oa ouvre le registre horizontal A, on laisse couler le fil qui retient la corbeille, et celle-ci vient tomber doucement dans l'eau. Alors le vase est ramené au point de départ; cette manœuvre dure 30', et dans le court instant que le vase passe dans rétuve, il est abrité par des écrans d'eau que Ton voit sur la figure; dès qu'il est de retour, le mélange se fait rapidement au moyen d'un agitateur, et Ton observe à la fois la température maximum et la durée de l'expérience. Soit m^ le poids corrigé de l'eau , c^esl-à-dire son poids réel , augmente du poids du vate et de la portion du thermomètre qm plonge, l'un ^ Tautre tout esthnés en eau comme nous venons de le voir; soient m le poids du coips, et ;& le poids de la corbeiDe aussi