FUSION

Diaprés les expériences de M. Bunsen, le blanc de baleine fond à 47**>7 sous la pression de Tatmosphère, et à 5o°,9 sous la pression de i56 atmosphères; la paraffine fond à 46°} 3 sous la pression de Tatmosphère, et à 49**; 9 sous la pression de 100 atmosphères.

La variation qu'éprouve le point de fusion de ces deux substances, par suite d'un accroissement de pression, a lieu dans le sens que la théorie faisait prévoir.

La pression a donc une influence manifeste sur le phénomène de la fusion. Il devient alors nécessaire de tenir compte de la pression pour énoncer, d'une manière exacte, la première loi de la fusion.

La température reste constante pendant la durée de la fusion, lorsque la fusion s'opère sous une pression constante.

Chaque corps possède une température de fusion particulière sous une pression déterminée. La fusion est influencée par la pression, comme la vaporisation, mais entre des limites beaucoup plus restreintes.

Si Ton tient à définir d'une manière rigoureuse le zéro de Téchelle centigrade, il faut ajouter que Ton marque zéro sur le thermomètre lorsque l'instrument plonge dans la glace en fusion sous la pression normale de 760 millimètres de mercure. En réalité, les variations de la température de fusion de la glace, par suite des changements de la pression atmosphérique, sont beaucoup trop faibles pour qu'il y ait lieu d'en tenir compte dans la graduation des thermomètres.

3o8 CHAPITRE XIV.

La définition de la chaleur de fusion doit également éprouver une modification, si Ton tient à donner un sens exact à celte expression.

La chaleur de fusion d^un corps solide à une certaine température est la quantité de chaleur absorbée par i kilogramme du corps solide en fondant à cette température, sous la pression à laquelle s'opère la fusion à cette température.

La chaleur de fusion offre ainsi Tanalogie la plus complète avec la chaleur de vaporisation. La chaleur de vaporisation varie avec la température d'ébullition du liquide ou avec la pression; la. chaleur de fusion dépend également de la temptrature de fusion ou de la pression.

M. Clausius a montré que Ton peut calculer la variation qu'éprouve la chaleur de fusion par le fait d\ine variation de la température de fusion (*), en appliquant à la fusion de5 considérations analogues à celles qui ont été exposées à propos de la vaporisation.

M. Clausius a introduit, comme on Ta vu, la notion delà chaleur spécifique d'une vapeur saturée et de la chaleur spécifique d'un liquide saturé : des quantités analogues existent également pour un liquide ou pour un corps solide, lorsque le liquide et le solide sont maintenus sous une pression con-

(') Théorie mécanique de la chaleur^ t. I, p. 97; i83o.

FUSION. 3o9

stamment égale à la pression sous laquelle s^opère la fusion pour chaque température du liquide ou du solide.

La chaleur spécifique d'un liquide, maintenu pendant In durée de réchauffement sous une pression constamment égale à la pression sous laquelle s'opère la fusion du corps solide à la température correspondante, est liée à la chaleur spécifique du liquide sous pression constante, à la loi de dilatation du liquide sous pression constante et à la loi suivant laquelle la température de fusion dépend de la pression.

L'expérience donne la chaleur spécifique du liquide sous pression constante, et la dilatation du liquide sous une pression également constante. Le théorème de Carnot donne la tangente à la courbe de fusion.

Au moyen de ces données, on peut calculer la chaleur spécifique du liquide maintenu sous une pression constamment égale II la pression sous laquelle s'opère la fusion : pour Peau à zéro, cette chaleur spécifique particulière est égale à 0,90.

La chaleur spécifique d\m solide, maintenu pendant la durée de réchauffement sous une pression constamment égale à la pression sous laquelle s'opère la fusion de ce corps à la température correspondante, est liée également à la chaleur spécifique du corps solide sous pression constante, à la loi de dilatation de solide sous pression constante et à la loi suivant laquelle la température de fusion dépend de la pression.

L'expérience donne la chaleur spécifique du corps solide sous pression constante, la loi de dilatation du corps sous une pression également constante. Le théorème de Carnot donne la tangente à la courbe de fusion.

Au moyen de ces données, on peut calculer la chaleur spé-

3lO GUAriTRB XIV.

cifiquedu corps solide maintenu sous une pression constamment égale à la pression sous laquelle s^opère la fusion : pour la glace à zéro, cette chaleur spécifique particulière est égale à 0,62.

Ces deux chaleurs spécifiques 0,95 et 0,62 sont liées à la chaleur de fusion et à la température de fusion. En effectuanl le calcul, on trouve que la chaleur de fusion de la glace diminue de 0,62, lorsque la température de fusion de la glace s^abaisse de i degré centigrade.

La glace fond à — i* sous une pression d'environ 100 atmosphères. La variation qu'éprouve la chaleur de fusion de la glace est beaucoup trop faible pour que Texpérience puis'^e la mettre en évidence.

L'assimilation de la fusion à la vaporisation , due à M. Clausius, en partant des idées de M. J. Thomson, permet ainsi de prévoir des phénomènes et de fixer des nombres, qui semblent devoir échapper, pour longtemps encore, aux procédés les plus délicats d'observation.

Sous une pression déterminée, un corps fond à une température déterminée. Le liquide, provenant de la fusion, peut se refroidir bien au-dessous de la température de fusion, sans que la solidification se produise : c'est le phénomène, bien connu, de la surfusion.

Un liquide à l'état de surfusion se solidifie au contact d'un fragment du corps solide. La solidification peut ainsi se produire à des températures diverses, inférieures à la tempéra-

FUSION. 3lf

lure de fusion; il n^ a pas de température déterminée de solidification.

Lorsque la solidification a lieu à la température même de la fusion, sous la pression qui correspond à la température de fusion, la solidification et la fusion représentent des phénomènes réversibles; la chaleur dégagée par le corps qui se solidifie dans ces conditions est rigoureusement égale à la chaleur absorbée par le corps lors de la fusion.

11 n^en est plus de même lorsque la solidification s^efTectue en dehors des conditions dans lesquelles le phénomène est réversible; la chaleur de solidification diffère, en général, de la chaleur de fusion sous la même pression.

On a pris pour zéro de réchelle centigrade la température de fusion de la glace sous la pression de Tatmosphère. Un kilogramme de glace, en fondant à zéro sous la pression de Fatmosphère, absorbe 80 calories; un kilogramme d^eau liquide, en se solidifiant à zéro sous la pression de Tatmosphère, dégage 80 calories.

Supposons, au contraire, que le kilogramme d'eau liquide sous la pression de l'atmosphère se refroidisse au-dessous de zéro et se trouve, par exemple, à Tétat de surfusion sous la pression de Fatmosphère à — i*, c'est-à-dire à un degré audessous de zéro. Supposons que Ton détermine, par un moyen quelconque, la solidification de ce kilogramme dVau liquide à — I** sous la pression de Fatmosphère, en maintenant à la fois la température constante et la pression constante.

Pour déterminer la chaleur dégagée par la solidification de Teau liquide dans ces conditions particulières, considérons I kilogramme de glace à zéro sous la pression de Tatmosphère, et imaginons le cycle suivant d'opérations effectuées sous la pression constante de l'atmosphère :

I® La glace fond à zéro. La glace, en fondant, absorbe 80 calories.

3l2 CHAPITRE XIV. — FUSION.

2^ L'eau liquide s^abaisse à — i°. Elle dégage une quanti[é (le chaleur égale à i calorie.

3* L'eau liquide se solidifie à la température — i**. La solidification dégage la quantité de chaleur inconnue qu^il s*agit d'évaluer.

4° La glace formée est amenée de — i® à zéro. La glace absorbe une quantité de chaleur égale à la chaleur spécifique de la glace o*^"*,48.

Le cycle est fermé. La variation de la chaleur interne est nulle. Toutes les opérations s'effectuent sous la pression constante de Tatmosphère; la somme algébrique des travaux extérieurs est nulle. Il résulte de là que la somme algébrique des quantités de chaleur absorbées dans les diverses opérallons du cycle est également nulle.

La chaleur de solidification à — i** est égale à la chaleur de fusion de la glace à zéro, diminuée de la différence entre les chaleurs spécifiques de Teau liquide et de la glace. Cette différence est égale à o,52. La chaleur de solidification de l'eau à — 1*^ est donc égale à 8o calories moins o*^**,52 ou 79"S4S.

Ainsi la chaleur de solidification de l'eau surfondue, lorsque la solidification s'effectue sous la pression de l'atmosplière à une température constante, s'abaisse deo,52 pour un abaissement de température de i degré au-dessous de zéro.

On a vu précédemment que la chaleur de fusion de la glace s abaîsse de 0,62 lorsque la température de fusion s'abaisse de i degré, ce qui correspond à une pression d'environ 100 atmosphères.

La chaleur dégagée par la solidification de l'eau au-dessous de zéro sous la pression de l'atmosphère est donc notablement différente de la chaleur dégagée par la solidification de l'eau au-dessous de zéro, lorsque la solidification a lieu à cette température sous la pression qui correspond à la fusion à celte température.