CHALEUR

SECTION PREMIÈRE

L'usage du thermomètre est si répandu dans le laboratoire du cfaiiniste et du pharmacien, qu'il nous a paru nécessaire de faire %urer 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 fonnés , le plus souvent, par de simples tubes de ven-e dans lesquels se meut une colonne liquide qui indique, par les variations de son niveau, l(îs tempéraratures variables du milieu dans lequel elle est placée. Pour fixer

<!/ Il faut bien se ^rder de confundre les mois température d quantité de dtaleur. ^la. corps (>euvent ôlre à la iiiAino leinf)i>ratiirc et renfermer des quantités de cha- '^T ffvrt diffi-reiites. Nous ne siiTons pas, il est vrai, quelle est la quantité absolue do Valeur que les corjis renferment, lorsqu'ils sont placés dans telle ou telle condition ; 'ï^is iH>u« savons, au moins, que, lors4in'i»n les prend sous le mi'mc poids et à la ^^me température, ils exigent des quantités de chaleur fort inéj^les pour s'élever '*un mcnie nombre de degrés. C'est là un fait très-digne de remarque, et qui sera I^veloppé dans ses applications pratiques, lorsque nous traiterons des manipulations '^ti^es aux chaleurs spédûques.

iiO THEHMOMÉTRIE.

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

Bé finition de la température, — Supposons un certain nombre de corps placés dans une même enceinte, et différant à la fois par leur nature et parleur état calorifique. L'observation montre qu'il s'établit entre ces corps une communication particulière par suite de laquelle ils éprouvent dos 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 i 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 étal 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 états 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 états caloriflques par lesquels un corps peut ainsi passer, lorsque le milir^u 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 chauds, si, leurs pouvoirs conducteurs étant différents, l'un enlève à l'organe plus de chaleur que l'autre dans

GÉNÉRALITÉS. PRINCIPES. Ml

ft temps donné. Il est donc nécessaire de recouru" à des moyens 'appréciation plus exacts et plus suis.

Be tous les effets que la chaleur produit sur les corps, celui que Pon préfère comme étant à la fois le plus général et le plus simple i observer est le changement de volume. A part quelques exceptes qui sont, d'ailleui^s, plus apparentes que réelles, la chaleur ^ihte tous les corps, et les variations de température se trouvent [uées, pour chacun d'eux, par des variations correspondantes [éns le volume qu'ils oc^^upent.

En reprenant l'exemple précédent où des corps inégalement

[(knids se trouvent placés dans une même enceinte, il est facile de

[ittonnaitre qu'en même temps que les corps éprouvent les chan-

lenls de température dont nous avons parlé, ils éprouvent des

icalions inverses dans leurs volumes propres, les corps les

chauds se contraclant à mesure qu'ils se refroidissent, les

les plus froids se dilatant à mesure qu'ils se réchauffent. On

Il coustater, en outre, qu'au terme où l'équilibre de tempéra-

alieu, il n'y a plus ni contraction, ni dilatation; de sorte qu'à

lir de œ moment, chaque corps conserve invariablement son

rTttlunie, si aucune cause extérieure ne vient changer l'état calo-

;nfiqiie du milieu où il se trouve.

On peut donc dire, en modifiant l'énoncé précédent, que : deux

wrps sont à la même température, lorsqu'étant mis en contacl

ÎMavec Fautre à Pabri de toute influence calorifique étrangère,

■snVproii vent aucun changement dans leurs volumes respectifs.

t* nouvel énoncé va nous permettie de comprendre le principe

wrl'quj'l est basé l'usage du thermomètre.

hmipe des indications thermomélriques. — Soient deux corps

i^^ Bdont on veut connaître les températures t et t\ et soit un

Ihisième corps m de masse et de capacité calorifique assez petites

j|OQr quêtant mis en contact successivement avec chacun d'eux, il

îïnodifie sensiblement la température ni de l'un, ni de l'autre.

^iion met d'abord 7nen contact avec le corps A, il va se mettre

*»?«|uilibrt' de température avec lui, et prendre finalement un vo-

■Uh r (|iie, par hypothèse, on pourra apprécier. Si on le plare

rtsuiie au contact du corps B, il va de même se mettre en équi-

|W)rede l»'mpérature avec lui, et prendre finalement un volume v'

U2 THERMOMÉTRIE.

qui pourra être Connu comme le précédent. On poun'a donc, ao moyen de cette expérience, se former une idée sur la température comparée des deux corps A et B, car t sera supérieur, égal, ou in(e- i rieur à t'^ suivant que v sera supérieur, égal ou inférieur i t/.

Mais Texpérience pourra donner des indications plus précises. Si le coi-ps m est disposé de telle sorte qu'on puisse connaître Urh jours et très-exactement le volume qu'il occupe dans les conditiooi très-diverses où il se trouve placé, on pourra prendre les voluns r, v\ t'", V "... comme expression des températures t, f , f, f... et le corps m deviendra alors un véritable thermomètre.

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

!• 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'avantagées.

Choix du corps ihermoméiriqne, — On pourrait prendre comme corps Ihermomélriques toute espèce de corps, solides, liquides, gazeux. Mais lorsqu'il s'agit d'un theimomètre usuel, il y a un di(HX à faire. Les solides ont le double inconvénient d'êti'e très-peu dilatables, et d'avoir un état moléculaire qui se modifie facilemcnl 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 peuveoi 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 a gaz se complique nécessairemenl de Tobservation barométrique, et de fous les calculs qu'elle rend nécessaires.

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

GËNÉRALITËS. PRINaPES.

herroométres le plus frequcmmenl employés. Le mercure et >ol sont, parmi les liquides, ceux auxquels on s'adresse le habiluellemeni : le premier, paree qu'il peut elre obtenu pur une grande facilité, parce que sa dilatation est régulière, parce K)n échelle de liquidité est très-étendue, parce que sa conduclé est supérieure à celle des autres liquides ; le socx)nd, parc« se maintient liquide, à quelque degré de froid qu'on l'expose, l'il permet ainsi de mesurer des températures très-basses que fie pourrait apprécier avec le mercure qui se congèle à — :}1>\

^G. 66. — TuImî ihermométriquc pour thermoRiëtre à in<*rcure.

Fie. 67 — Tube thormométriqiio pour thermomètre à alcool.

»t en effet sur ces deux espèces de tlierrnomèlres que portent mipulations de physique.

IX tubes ihermométriques sont mis ii lîî disposition des élèves: destiné à la construction d'un thermomètre à mercure, a la représentée fig. 66. Les dimensions relatives du réservoir la lige sont calculées de telle sorte que le thermomètre puisse 'cr les températures comprises entn' le point de fusion de la

I4i CONSTRUCTION DES THERMOMÈTRES.

glace et le point d'ébullilion de Teau (1); l'autre, destiné à la construction d'un thermomètre à alcool, a la forme représentée fig. 67. Le diamètre intérieur de la tige est plus large que dans le cas précédent, attendu que, pour une même quantité de chaleur reçue, l'alcool se dilate beaucoup plus que le mercure. Mais les dimensions du réservoir et de la tige sont également calculées pour que le thermomètre puisse franchir un inteivalle de 100 degrés. Comme l'alcool entre en ébuUition à + 78% l'échelle de cet instrument embrasse ordinairement les degrés compris entre — 40» et + 00^(2).

La construction des thermomètres à mercure et à alcool comprend doux manipulations distinctes : l'une qui consiste à remplir les tubes, à les fermer, et à marquer les deux points fixes de la graduation ; l'autre qui a pour objet d'effectuer la division, ou d'inscrire les degrés sur la tige elle-même, au moyen de la machine à diviser.