CHALEUR

SECTION PREMIÈRE

L'usage du thermomètre est si répandu dans le laboratoire duchimiste et du pharmacien, qu'il nous a paru nécessaire de faire figurer dans le cadre des travaux pratiques de physique tous les détails relatifs à la construction et à la graduation de ce précieux instrument.

Les thermomètres sont destinés, comme on le sait, à mesurer la température des corps (1). Ils sont formés , le plus souvent, par de simples tubes de verre dans lesquels se meut une colonne liquide qui indique, par les variations de son niveau, les tempéraratures variables du milieu dans lequel elle est placée. Pour fixer

(1) Il faut bien se garder de confondre les mois température ei quantité de chaleur. Deux corps peuvent être à la môme température et renfermer des quantités de chaleur fort différentes. Nous ne savons pas, il est vrai, quelle est la quantité absolue de chaleur que les corps renferment, lorsqu'ils sont placés dans telle ou telle condition ; mais nous savons, au moins, que, lorsqu'on les prend sous le mcme poids et à la même température, ils exigent des quantités de chaleur fort inégales pour s^élever d'un même nombre de degrés. C'est là un fait très-digne de remarque, et qui sera développé dans ses applications pratique», lorsque nous traiterons des manipulationsrelatives aux chaleurs spécifiques.

UO THEHMOMÉTRIE.

les idées sur ce point, il importe de définir la température et d'exposer le principe sur lequel est basé l'usage du thermomètre.

Définition de la température. — Supposons un certain nombre de corps placés dans une même enceinte, et différant à la foi« par leur nature et par leur état calorifique. L'observation montre qu'il s'établit entre ces corps une communication particulière par suite de laquelle ils éprouvent des modifications inverses : les plus chauds se refroidissent, les plus froids se réchauffent, et il arrive .un moment où l'état calorifique devient uniforme et égal pour tous. Les modifications inverses cessent alors de se produire ; les corps se constituent dans un état d'équilibre mutuel ; on dit qu'ils sont à la même température.

Si, au moment où cet équilibre existe, l'enceinte vient tout à coup à se réchauffer, les corps dont il s'agit vont se réchauffer eux-mêmes en prenant des quantités de chaleur variables selon leur nature, mais de manière à se constituer dans un nouvel état d'équilibre, caractérisé, comme le premier, par la cessation des modifications inverses : ils seront encore tous à la même température ; seulement cette seconde température sera plus élevée que la première.

Il faut donc entendre par température un certain état d'équilibre par rapport aux causes physiques qui produisent la chaleur ouïe froid. Lorsqu'un corps est à l'un quelconque de ces élats d'équilibre, on dit que sa température s'élève ou s'abaisse, suivant qu'il s'échauffe ou se refroidit.

Moyen d'apprécier la température, — Pour apprécier les divers élats calorifiques par lesquels un corps peut ainsi passer, lorsque le milieu où il se trouve prend lui-même des températures variables, il semble qu'il suffise de le toucher avec la main, et de comparer les sensations plus ou moins vives qu'il y produit. Mais on voit tout de suite qu'un pareil procédé, qui n'a rien de fixe, ne peut constituer un guide sur dans l'étude des phénomènes calorifiques. On sait, en effet, que le même corps peut paraître chaud ou froid selon la disposition particulière de l'organe qui le touche, et l'on sait aussi que deux corps ayant la même température peuvent être jugés inégalement chai^ds, si, leurs pouvoirs conducteurs étant différents, l'un enlève à l'organe plus de chaleur que l'autre dans

GÉNÉRALITÉS. PRINCIPES. Ul

un temps donné. Il est donc nécessaire de recourir à des moyens d'appréciation plus exacts et plus suis.

De tous les effets que la chaleur produit sur les corps, celui que Ton préfère comme étant à la fois le plus général et le plus simple à observer est le changement de volume. A part quelques exceptions qui sont, d'ailleurs, plus apparentes que réelles, la chaleur dilate tous les corps, et les variations de température se trouvent marquées, pour chacun d'eux, par des variations correspondantes dans le volume qu'ils occupent.

En reprenant l'exemple précédent où des corps inégalement chauds se trouvent placés dans une même enceinte, il est facile de reconnaître qu'en même temps que les corps éprouvent les changements de température dont nous avons parlé, ils éprouvent des modifications inverses dans leurs volumes propres, les corps les plus chauds se contractant à mesure qu'ils se refroidissent, les corps les plus froids se dilatant à mesure qu'ils se réchauffent. On peut constater, en outre, qu'au terme où l'équilibre de température a lieu, il n'y a plus ni contraction, ni dilatation ; de sorte qu'à partir de ce moment, chaque corps conserve invariablement son volume, si aucune cause extérieure ne vient changer l'étal calorifique du milieu où il se trouve.

On peut donc dire, en modifiant l'énoncé précédent, que : deux corps sont à la même température, lorsqu'étant mis en contact l'un avec l'autre à l'abri de toute influence calorifique étrangère, ils n'éprouvent aucun changement dans leurs volumes respectifs. Ce nouvel énoncé va nous permettre de comprendre le principe sur lequel est basé l'usage du thermomètre.

Principe des indications ihermomèiriques. — Soient deux corps A et B dont on veut connaître les températures t et t\ et soit un troisième corps m de masse et de capacité calorifique assez petites pour qu étant mis en contact successivement avec chacun d'eux, il ne modifie sensiblement la température ni de l'un, ni de l'autre.

Si l'on met d'abord m en contact avec le corps A, il va se mettre en équilibre de température avec lui, et prendre finalement un volume V que, par hypothèse, on pourra apprécier. Si on le place ensuite au contact du corps B, il va de même se mettre en équilibre de température avec lui, et prendre* finalement un volume v'

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qui pourra être connu comme le précédent. On pourra donc, au moyen de cette expérience, se former une idée sur la température comparée des deux corps A et B, car t sera supérieur, égal, ou inférieur à t\ suivant que v sera supérieur, égal ou inférieur à v'.

Mais l'expérience pourra donner des indications plus précises. Si le corps m est disposé de telle sorte qu'on puisse connaître toujours et très-exactement le volume qu'il occupe dans les conditions très-diverses où il se trouve placé, on pourra prendre les volumes Vy v\ v"y v"'.,. comme expression des températures ^, t', t", t!"... et le corps m deviendra alors un véritable thermomètre.

On voit, d'après cela, qu'nn corps, pour fonctionner comme thermomètre et donner des indications exactes, doit remplir deux conditions principales :

4" Il doit avoir assez peu de masse pour ne pas modifier d'une manière sensible la température que l'on veut connaître ;

2*" Il doit être disposé de telle sorte que les plus petites variations qui surviennent dans son volume puissent être facilement appréciées.

Examinons maintenant comment ces conditions peuvent se trouver remplies, et voyons d'abord quelles sont les substances qui permettent de les réaliser avec le plus d'avantages.

Choix du corps thermométriqtie, — On pouri-ait prendre comme corps thermométriques toute espèce de corps, solides, liquides, gazeux. Mais lorsqu'il s'agit d'un thermomètre usuel, il y a un choix à faire. Les solides ont le double inconvénient d'être très-peu dilatables, et d'avoir un état moléculaire qui se modifie facilement sous l'action de la chaleur. L'expérience montre qu'ils ne reprennent pas toujours le même volume quand ils reviennent à la même température. Les gaz sont, au contraire, très-dilatables, et les changements qu'ils éprouvent dans leur état moléculaire peuvent être considérés comme nuls ou insignifiants. Mais leur volume dépend à la fois de la température et de la pression , en sorte que l'emploi du thermomètre à gaz se complique nécessairement de l'observation barométrique, et de tous les calculs qu'elle rend nécessaires.

De pareils inconvénients ne se rencontrent pas dans les liquides ; aussi est-ce à eux que Ton donne la préférence dans la construction