APPLICATIONS DE LA DILATATION

les 1i€iuts des rails o'avaieiit pas entre eux tin intervalle siiFfisant.

Les pierres scellées par des crampons de fer sont souvent brisées^ tantôt par la dilatation, tantôt par la contraction do métal, Tune et Tautre plus considérable que celles de la pierre. La force avec laquelle les molécules de^ corps sont tantôt écartées, tantôt rapprochées les unes des autres par le changement de température est énorme. Une barre de fer longue d*un mètre se dilate de 1**.17 dans le sens de sa longueur, quand on élève sa température de 0" à 100' lelle se contracterait de la même quantité , en [lassant de 100* à 0*. Or on calcule que, pour vaincre ce mouvement moléculaire, il faudrait exercer dans un sens on dans Tautre uo offoH

livalant à la pression de N50 kilogrammes^ si la barre de fer a un centime- ^ 233.-s*i;eduCûn*«»toired«AmctîWii« *

Mvn redressé» |iâr li lèroe4t ooofficUoa.

tre carré de section, de

213 000 kil- si la section est d'un décimètre carré. On a utilisé cette force pour rapprocher les murs latéraux d'unr galerie du Conservatoire des Arb et Métiei^s, que la poussée de la voûte avait écartés de la verticale. Des barres de fer furent placées de mautère à traverser les deux murs à leur partie supérieure; elles étaient extérieurement terminées en forme de vis munies d'écrous. On les chatifTH vivement dans toute leur longueur, ce qui produisit un certain allongement, et on serra les écmus contre d*épaisses pièces de bois appliquées sur la face extérieure des murs de la voûte, pendant que les barres étaient encore chauffées. Le n!rroîdt!^ement contracta les barres, et la force de eoulrarlion rapprocha peu à peu les murs. En répétant plusieurs

fois la même opération, on finit par les ramener à une position verticale. Les charrons utilisent la force de contraction du fer qui se refroidit, pour garnir de jantes les roues des voitures. Le cercle de fer est forgé, de manière à embrasser le contour du bois quand il est chaufiTé à une assez haute température : en se refroidissant, il serre fortement le contour de la roue.

On appelle larmes bataviques , ou gouttes de Rupert , des gouttes de verre fondu qui ont été subitement solidifiées dans ^ Teau froide. En brisant le filament de verre qui les termine , toute la masse se trouve instantanément réduite en poussière, avec une telle force que, si Ton a préalablement plongé la larme bataviquc dans un flacon plein d'eau, le choc transmis par Teau suffit pour briser le flacon. On obtient un efiet analogue avec des Fig. 294. — urme flacous de vcrrc très-épais, refroidis subitement

batavique. * '

aussitôt après avoir été soufflés. Un grain de sable projeté dans le vase suffit pour faire voler le fond en éclats (Tyndall). La raison de ce phénomène est la même dans ce dernier exemple que dans les larmes bataviques. C'esl Textérieur des gouttes de verre qui s'est refroidi le premier emprisonnant la masse intérieure non encore solidifiée. En s< refroidissant à son tour, celle-ci se contracte, et Teff'ort de h contraction s' exerçant partout également sur Tenveloppe extérieure, celle-ci reste en équilibre. Mais toutes les molécule sont dans un état de tension violente , et la moindre rupture détruisant subitement Téquilibre en un point, le détruit ei même temps dans toute la masse.

Voyons maintenant comme on détermine ce qu'on nomm< le coefficient de dilatation d'un corps, solide, liquide ou gazeux. Voici ce quon entend par là. L'unité de volume du corpj étant donnée, supposons qu'on en élève la température d'ui degré centigrade : il y aura dilatation ou accroissement de vo

lume. C'est cet accroissement, exprimé en nombres au moyen de la même unité, qui constitue le coefficient de dilatation de la substance pour la température considérée. On peut dire, d'une manière plus générale, que c'est la fraction du volume primitif dont s'accroît le volume d'un corps quelconque, quand sa température s'élève d'un dep;ré. Ainsi un litre ou i décimètre cube de mercure chauffé de 0** à 1" devient un litre, plus 179 millionièmes de litre, ou 1^^000 179. La fraction O.OiX) 179 est le coefficient de dilatation du mercure, pour la température zéro. Les nombres dont il s'agit ici varient avec la nature et Tétat physique des substances. De plus, le coeflicient de dilatation d'un même corps varie en général aux différents degrés de l'échelle thermométrique, alors même que son état physique ne change pas.

Pour les liquides et les gaz, on ne considère que la dilatation en volume ou cubique; mais on peut, dans les solides, s'occuper seulement de l'accroissement do l'une des dimensions, c est-à-dire de la dilatation lincaire^ ou suivant deux dimensions, c'est-à-dire de la dilatation supcrjicicllc. Comme un Corps solide de forme quelconcpie se dilate en général égale- Uient dans tous les sens, de manière à rester semblable à Itii-même à toutes les températures, on peut donc déduire 1^ accroissement de son volunn* de celui d'une seule de ses dimensions; d'ailleui^s on démontre que le coefficient de dilatation cubique est sensiblement le triple du coeflicient de ^lilatation linéaire. Voilà pourquoi, quand il s'agit de corps solides, c'est ce dernier coelficienl qu'on cherche seul à déterminer.

Disons en quoi consiste essentiellement la méthode imaginée par Lavoisier et Laplace, pour mesurer la dilatation linéaire d'une barre solide. La barre AH est maintenue fixe en A, de sorte iju'elle ne peut se dilater qu'à rexlrémité H. En se dilatant de la quantité BB', elle pousse une tige OB qui peut tourner autour du point 0, dans la position OB . lue lunelle LL qui était d'abord horizontale tourne elle-même avec

la tige en L'L, do sorte qu'au lieu de viser le poiot G dc mire yerlicale CC, elle vise alors le point C!. Par ce moyen, o

sul>slitae donc à la me sure di flic île de la trè!

petite quantité BB' celJ d'une longueur CC, qi vaut autant de fois 1 première que la distanc OC de la mire eontiei de fois la hauteur d%à

Fig. Î9S. — Mesure de la dilaUilion linéaire d'un solîdo. Principe de la mélliode de Lavuisier el Laplace.

tigc OB,

La ligure 296 mouti la disposition de Tappareil qui a servi à réaliser la méthoc précédente. On voit la barre métallique S dont on veut mi surer la dilatation , plongée dans une cuve remplie d*eai: au-dessous de laquelle est établi le foyer qui doit M élever la température. D'une part, elle s'appuie conti

Fig. 296. — Appareil de Laplacc et Lavoisier pour la mesure de la ddilalion lioê

nue tige de verre fixe, B', invariablement liée aux pilier d'autre part , elle bute contre la règle de verre mobile qui communique son mouvement à la Inuette* L'eau de cuve étant d'abord à 0^, les observateurs notent la division c la mire à laquelle correspond le til raicromélrique liorizonti lement tendu au foyer de la lunettr. Puis, après avoir rer

placé l'eau glacée par de Teau qu'on porte à une température de 100% celle de lebullition, ils observent de nouveau la division de la mire. Par une proportion simple, ils en concluent le rapport de l'allongement de la barre à sa longueur primitive, c'est-à-dire sa dilatation pour 100 degrés de température.

En opérant de la même manière pour des barres solides de diverses natures, entre des limites de température différentes, Laplace et Lavoisier ont trouvé, pour les coefficients de dilatation des solides, des nombres qui varient d'un corps à l'autre, mais qui sont sensiblement constants pour les divers degrés de l'échelle thermométrique, entre la température 0® et la température 100®. Voici quelques nombres, tels qu'ils ont été déterminés par divers observateurs, soit par la méthode que nous venons de décrire, soit par des procédés différents :

Fer 0,OOC01 18 Aluminium 0,0000222

Cuivre 0,0000172 Bronze 0,0000185

Étain 0,0000217 Charbon de bois. 0,00001 10

Plomb 0,0000288 Granit 0,0000090

Zinc 0,0000341 Marbre blanc . . . 0,0000107

Argent 0,00001 90 Pierre à bâtir . . . 0,0000090

Or 0,0000155 Verre en tubes. . 0,0000083

Platine 0,0000088 Glace 0,0000528

Acier 0,0000118

Les coefficients de dilatation qui précèdent ne s'appliquent qu'aux échantillons qui ont servi à les déterminer ; on trouve pour les mêmes substances, suivant les observateurs, des nombres notablement différents, ce qui tient à l'état moléculaire particulier où se trouvaient les substances employées par chacun d'eux. Ainsi le fer forgé, le fer passé à la filière, le fer fondu n'ont pas le même coefficient de dilatation, et il en est de même pour les autres métaux. Les corps solides qui n'ont pas, dans tous les sens, une structure homogène se dilatent inégalement selon le sens. Ainsi la dilatation du bois desséché n'est pas la même dans le sens des fibres et perpen-

diculairement à leur direction. Plusieurs dés cristaux dou de la double réfraction ont des coefficients de dilatation in< gaux, suivant que l'on considère la direction de leurs ax optiques, ou des directions obliques ou perpendiculaires ai premières. D'après Mitscherlich et Fizeau, il en est mên quelques-uns qui, tout en augmentant de volume par la cb leur, se contractent dans un sens. Telle est la chaux carb natée ou spath d'Islande : tandis que, pour une élévation < température d'un degré, ce cristal se dilate de 29 milli nièmes suivant l'axe optique, perpendiculairement à Taxe se contracte, et cette contraction s'élève à près de 6 milli nièmes. Un phénomène semblable a lieu dans l'émeraud dans le feldspath orthose. La différence de structure crista line dans les divers sens, que nous avons vue accusée da ces substances par les curieux effets de la double réfractio se manifeste ici sous une autre forme qui n'est pas moi: intéressante.

Du reste, ces anomalies ne sont pas, nous venons de dire, des exceptions réelles à la loi de dilatation des solid par la chaleur, puisqu'en somme il y a accroissement de vc lume. Il n'en est pas de même pour l'iodure d'argent. D recherches très-intéressantes de M. Fizeau sur ce corps, résulte qu'il subit une contraction réelle à mesure qi croît sa température, entre des limites d'ailleurs ass étendues, puisqu'elles embrassent 80 degrés de l'échel therraométrique. Bien plus , le cofficient de contraction que les physiciens nomment le coefficient négatif de dilc tation — est d'autant plus fort que la température est pli élevée.

Pendant quelque temps, on a cru que la glace ou l'eau sol difiéc se contractait par l'élévation de température , et faisc ainsi exception au phénomène général de dilatation des cor] solides. Il n'en est rien, et Brunner a trouvé que sa densi croît avec l'abaissement de température. Le coefficient de d latation de la glace, comme nous l'avons vu dans le tablée

de la page 477, s'élève même à 53 dix-millionièmes, supérieur à celui du zinc, le plus dilatable des métaux.

Le bois et la plupart des substances orgaeiques dimiûueut de volume quand ils séchaulTeut, s'ils ue sout pas cooiplétemeut desséchés ; niais il n'y a là qu\ino exception apparente. Ui chaleur lavorisant Tévaporatiou de Teau que ces corps contiennent, en perdant de leur volume, ils perdent aussi de leur poids; d'ailleurs, en revenant par le refroidissement à leur température premièrej ils ne reprennent pas leur volume primitif. L'argile, même complètement desséchée, se contracte aussi, quand elle est soumise aune température croissante, et l'on s*est servi de cette propriété pour construire des pyroniètt*es, iustrunients qui indiquent les températures des liants fourneaux; mais il est prouvé que cette contraction est due à un commencement de vitrilîcalion ou de combinaison chimique des éléments de Targile, laquelle d'ailleurs, eu se refroidissant, ne reprend pas non plus son volume antérieur.