CHAPITRE XX

LES MASSES THERMIQUES

Les sensations que nous fournit notre sens thermique sont très obtuses; et d'abord, notre sens thermique n'est pas localisé dans un endroit particulier de notre corps ; partout où notre peau est sensible à la chaleur elle est aussi douée de sensibilité tactile, de sorte que, en touchant un corps, nous n'éprouvons jamais une sensation thermique pure, mais une superposition de sensations thermiques et de sensations de palper ; cette superposition nous empêche de comparer facilement les sensations thermiques que nous procurent deux corps dont le palper est différent.

Pour un même corps, ou pour deux corps de môme apparence tactile, nous pouvons comparer entre elles deux sensations thermiques différentes; nous employons, pour comparer ces sensations, les mêmes expressions que pour les sensations sonores; nous disons que la température (c'est le mot par lequel nous représentons la qualité particulière de nos sensations thermiques) est plus haute ou plus basse; nous avons cependant des mots spéciaux au canton thermique, les mots chaud et froid, et nous disons que les corps sont plus chauds ou plus froids, ce qui équivaut exactement à l'expression précédente de température plus haute ou plus basse.

Nous serions bien embarrassés pour faire l'étude précise des températures si nous n'avions à notre disposition

que notre sens thermique; la science cantonale du canton thermique est réduite à presque rien. Heureusement, les variations dans la température d'un corps s'accompagnent toujours de variations dans sa géométrie, et ce sont ces variations dans la géométrie des corps que nous pouvons observer par les méthodes du canton optique.

Ainsi donc, la variation de la température est liée à une déformation, à un mouvement des corps, et nous nous rendons compte aisément, par une expérience quotidienne, que le même corps subit toujours la môme déformation quand, dans des conditions données, il passe d'une température déterminée et que nous avons su apprécier, à une autre température déterminée, et que nous avons également su apprécier par notre sens thermique. Evidemment cette observation manque de préci- . sion ; tant que nous n'aurons pas éliminé de nos recherches toute dé t élimination de température par le sens thermique^ nous ne pourrons pas parler de mesures. Nous partons donc de l'observation grossière que nous venons de faire et nous abandonnons notre notion de température du canton thermique pour la remplacer par une notion de température définie au moyen des méthodes du canton optique ; nous imaginons le thermomètre, comme nous avions imaginé le dynamomètre pour les forces. Le thermomètre est un objet dont les variations géométriques sont facilement appréciables ; on le gradue empiriquement et Ton oublie la notion humaine de température; une fois le thermomètre choisi, c'est cet instrument, avec sa graduation empirique, qui nous servira à définir la température (jusqu'à ce que nous trouvions une méthode de définition moins empirique).

Il a fallu néanmoins constater que les indications du thermomètre, dans les limites oîi nous nous en servons, varient dans le même sens que nos sensations thermiques ; un thermomètre à mercure monte quand nous sen-

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tons que la température monte, et baisse quand nous sentons que la température baisse ; il n'en eût pas été de même pour un thermomètre fait avec de Teau, du moins au voisinage de son point de congélation; et cette simple constatation nous montre combien est empirique notre détermination des températures au moyen d*un Ihermoniètre choisi au hasard; mais ce qui importe pour commencer, c'est que cette détermination soit préase ; nous devrons donc nous contenter, en débutant, de choisir un thermomètre sensible et dont les indications restent comparables à elles-mêmes*, seulement nous ne devrpns jamais oublier que le langage dans lequel nous raconterons nos expériences sera un langage empirique et provisoire. L'avantage que nous retirons de Temploi des méthodes du canton optique est tel que nous nous résignons, pour pouvoir employer ces méthodes, à nous servir de ce langage qui n'a de scientifique que la précision.

Une des premières conquêtes que nous fassions au moyen de l'emploi du thermomètre choisi, c'est la constatation de l'existence de phénomènes qui, dans certaines conditions, ont lieu à des températures constantes; par exemple les changements d'état des corps sous des pressions bien déterminées; on prend quelques-unes de ces températures constantes pour points fixes dans la graduation des thermomètres, mais cela n'empêche pas que cette graduation soit tout aussi empirique qu'auparavant; c'est seulement une règle commode pour fabriquer, n'importe oii, des thermomètres dont la graduation soit équivalente à celle du thermomètre choisi pour étalon.

1. Nous avions dû de même choisir un dynanomètre sensible et dont les indications restassent comparables à elles-mêmes, c'est-à-dire qui ne fût pas susceptible de déformation permanente. Mais, pour le dynamomètre, nous avons su remplacer immédiatement la graduation purement empirique ; nous avons même su nous passer de dynamomètre après avoir trouvé une bonne définition de laforce ;pour le thermomètre, ce sera plus difficile.

Naturellement, le premier phénomène qu on ait étudié relativement aux températures, est la variation géométrique des divers corps connus, pour des changements connus de température ; c'est ce qu'on appelle la dilatation des corps. Malheureusement, on a constaté que les divers corps ne suivent pas la môme loi de dilatation, c'est-à-dire que si l'on fait des thermomètres avec deux substances différentes, une graduation en parties égales chez Tun ne correspondra pas d'une manière simple à une graduation en parties égales chez Tautre ; nous avons déjà vu, pour l'eau, une exagération de cette particularité ; cela nous empêche d'espérer que Tétùde des dilatations puisse nous faire trouver, pour la définition des températures, un procédé moins factice, moins empirique que celui que nous avons choisi d'ahord au hasard.

Il faut donc chercher ailleurs.

En faisant des expériences variées au moyen de différents corps (nous verrons, au paragraphe suivant, quelles •expériences il convient de faire), et en comparant les résultats de ces expériences, nous sommes conduits à la considération de certains coefficients, spéciaux à chaque corps, et que chaque corps emporte avec lui dans les divers systèmes thermiques dont il fait partie ; de même, en mécanique, nous avions été amenés à la découverte de certains coefficients, les masses mécaniques, qui accompagnaient les corps dans les divers systèmes mécaniques et qui permettaient de généraliser les formules pour un système géométriquement défini. Nous pouvons appeler provisoirement masses thermiques ces coefficients nouveaux. Par exemple, deux corps ayant môme température et môme masse thermique, produiront si on les plonge dans une masse donnée d'eau, la même élévation de température. Chose qui n'est pas sans intérêt, nous constatons aussi que, pour une substance homogène et chimiquement définie, la masse thermique est proportionne/le à

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la niasse mécanique, c'est-à-dire que, par exemple, la masse thermique de deux kilogrammes de mercure est double de la masse thermique d'un kilogramme de la même substance.

Mais il reste une difficulté tenant à ce que la graduation des thermomètres est empirique. Si nous nous en tenons, par exemple à des phénomènes dans lesquels il y aura toujours passage d'une même température 25** à une autre température également déterminée, 33°, le calcul qui nous fournit les coefficients que nous avions appelés masses thermiques, nous donnera des résultats parfaitement constants quel que soit le système thermique considéré. De 23" à 33° il y a un intervalle de 8°; de même, de 325° à 333°, il y a aussi un intervalle de 8 degrés, mais, étant donné l'empirisme qui a présidé à la graduation de notre thermomètre, nous n'avons aucune raison de croire que 8 degrés, pris après le 325% aient le moindre rapport avec 8 degrés pris après le 25°, et que, par conséquent, pour un système thermique fonctionnant entre 325° et 333° les coefficients calculés, les masses thermiques de corps donnés soient les mêmes que pour un système thermique fonctionnant entre 23° et 33°. Et, en effet, l'expérience prouve que ces coefficients ne sont pas les mêmes ; ils sont quelquefois, assez peu différents, et, dans la pratique, on pourra parler avec une approximation suffisante de la masse thermique d'un corps pour un intervalle d'un degré pris au hasard dans les régions moyennes de l'échelle thermométrique.

Ce qui interviendra dans les équations d'un système, ce sera, non pas la masse thermique du corps considéré, mais le produit de cette masse thermique par la variation de température qu^éprouve ce corps dans le fonctionnement étudié du système. On donne le nom de quantité de chaleur à ce produit. Cette expression est empruntée à une ancienne théorie dans laquelle on considérait la chaleur cc^vcokv^

Le Dautec. — Lois. ^^

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une substance ; quoique guidés par (iette ancienne théorie, nous sommes arrivés à la notion de quantités de chaleur sans faire aucune hypothèse sur la nature des phénomènes thermiques, mais c'est une expression mathématique dans laquelle entrent des nombres dont la détermination est empirique.

On pourrait songer, par la considération des masses thermiques, à donner aux thermomètres une graduation qui ne fût plus empirique; il faudrait, pour cela, graduer le thermomètre en calculant les degrés successifs de manière que la masse thermique d'un corps fût rigoureusement la même à n'importe quelle température, autrement dit, que la quantité de chaleur nécessaire à un corps pour varier d'un degré fût constante. Ici encore, pour que cette graduation ne fût pas empirique, il faudrait que le choix du corps n'influât pas sur la graduation du thermomètre, c'est-à-dire qu'im thermomètre gradué en degrés correspondant à des quantités de chaleur égales pour un corps, se trouvât définir la température de manière à rendre constantes les masses thermiques de tous les corps connus. Nous allons trouver bientôt une méthode vraiment scientifique pour définir les températures et l'application de cette méthode introduira d'emblée la chaleur dans le canton optique.