CALORIMÉTRIE, CHALEUR SPÉCIFIQUE

I^ caloi'imélric a pour objet de mesurer la quantité de chaleur que les corps perdent ou gagnent, lorsqu'ils changent d'état physique, ou lorsque leur température s'élève ou s'abaisse d'un nombre de degrés connu.

La quantité de chaleur que l'on mesure ainsi n'est et ne peut être qu'une quantité relative. Non-seulement on ignore la quantité absolue de chaleur qui se trouve contenue dans les corps, mais on ignore môme celle qui correspond en eux à une élévation de température donnée. Toutefois, on peut reconnaître que celte quantité n'est pas la même pour tous, qu'elle varie d'une substance à l'autre, et que chacune d'elles possède, à l'égard de la chaleur, une capacité calorifique spéciale et parfaitement distincte (1).

Calorie. — Pour mesurer les quantités relatives de chaleur que les corps absorbent ou dégagent, lorsqu'ils franchissent le même intervalle thermométrique, on est convenu de prendre comme unité de comparaison la quantité de chaleur qu*il est nécessaire de fournira un kilogramme d'eau liquide pour élever sa température de 0'' à + \\ C'est à cette unité qu'on a donné le nom de calorie.

Capacité calorifique. Chaleur spécifique, — On entend par capacité calorifique ou par chalrur spécifique d'un corps le nombre

(1) Le mot capacité calorifique so riiltache à Tancionnc opinion, dans laqueUe U chaleur était cunsidéréc comme un fluide matériel que le» corps pouvaient cmmagaûner eu quantité plus ou moins grande. Quand on disait qu'un corf)» avait une capacité plus grande (|u*un autn% on voulait exprimer que, sous le niéme poids et dans le même intervalle de UMnpérature, il pouvait contenir une quantité de chaleur plus considérable. Dans la théorie nouvelle, qui considère la chaleur comme du mouvement, rexpres<iion de capacité calorifique n'a plus aucune raison pour subsister. On l'a conservée cependant : mais il ne faut pas perdr.^ de vue qu'au lieu de se rapporter à un fluide matériel accumulé en plus ou moins grande quantité, elle se rapporte à un travail moléculaire dont la grandeur varie selon la nature du corps que la chaleur a pénétré

e calories qu'il est nécessaire de fournir à un kilogramme de ce îrps pour élever sa température de 0* à -}- 1*^. Soit q la quantité de chaleur qu'absorbe Funité de poids d'un »rps pour passer de ( à /', le quotient —^i exprime la chaleur spécifique moyenne de ce corps entre les températures t et t'. tfaprès cela, si Ton appelle Q la quantité de chaleur que le même corps absorbe pour passer de 0^ à ^, la chaleur spécifique élémentaire rapportée à la température t, c'est-à-dire la quantité de chakar qu'il faudra fournir au corps dont il s'agit pour élever sa tem-

fénture de ( à ( -}* "^ > ^^^ donnée par la formule ^ = ^.

La chaleur spécifique moyenne estévidemment la seule que puisse Immir l'expérience. Pour en tirer la chaleur spécifique vraie, il fnt mesurer trois valeurs de Q pour trois limites de température Imtfenablement choisies, et différentier l'expression empirique pr laquelle on a pu représenter la relation qui lie ces valeurs à IWIes de la variable t.

On reconnait ainsi que la capacité calorifique croit en général la température. Mais on reconnait également que, dans la irt des cas, surtout lorsqu'il s'agit de corps solides ou fixes, [Chaleur spécifique moyenne est assez rapprochée de la chaleur ique vraie pour qu'on puisse, sans trop d'erreur, les coure i'ime avec l'autre. C'est pourquoi Ton admet que la quantité ! chaleur acquise ou perdue par un corps est sensiblement la ic pour toutes les unités de température qu'il franchit; en qu'on peut définir la capacité calorifique d'un corps en disant 'elle représente la quantité de chaleur nécessaire pour faire vad'un degré l'unité de poids de ce corps, en quelque point, leurs, que ce degi'é se trouve placé sur l'échelle des tempe-

ÉUmentsdonl on doit tenir compte dans les mesures calorimé^ \. — On voit, d'après ce qui vient d'être dit, que dans les ïrches relatives à la calorimétrie les indications du thermoont encore une grande valeur ; mais on voit aussi qu'elles Ibamissent pas toutes les notions nécessaires à la solution du lème.

La quantité de chaleur mise en jeu dans les phénomènes ther- ^ues dépend en réalité de trois éléments : V la nature du corps;

BIJIGVET. 10

!2i2 CALORIMÉTRIE.

2" la masse sous laquelle il se présente ; 3*" l'intervalle thennométrique ou le nombre de degrés qu'il parcourt.

1 . En ce qui concerne la nature des corps, il résulte des expériences les plus certaines et les plus précises que la même quantité de chaleur, appliquée à deux corps de nature différente, pris sous le même poids, leur fait éprouver des variations de température fort inégales (1), ce qui établit, comme conséquence, que les différents corps, pris sous le même poids, exigent des quantités de chaleur différentes pour s'élever d'un même nombre de degrés.

2. Pour ce qui est de l'influence exercée par le poids, l'obsemtion apprend que, lorsqu'un corps perd ou gagne une même quantité de chaleur, la variation de température qu'il éprouve est précisément en raison inverse de sa masse (3). Il suit de là, comme conséquence nécessaire, que, pour que ce corps éprouve une variation de température déterminée et fixe, il faut qu'il absorbe ou qu'il dégage une quantité de chaleur directement propoilionnellc à son poids .

3. Quant à l'inteiTalle thermométrique parcouru, il est tout simple d'admettre que la quantité de chaleur gagnée ou perdue par un corps qui s'échauffe ou se refroidit, est proportionnelle au nombre de degrés dont sa température s'élève ou s'abaisse, i kilogramme de mercure exige deux fois plus de chaleur pour s'élever de 0* à 100" que pour s'élever de 0" à 50' (3).

(1) Lorsqu*on mêle 1 kilogramme d'e<iuà+ 100* avec 1 kilogramme de mercure iO*! on obtient 2 kilogrammes de mélange à \)&*flô. La température de Teau ne s*abaisie donc que de S^^SG, tandis que celle du mercure s'élève de 96* J5. On peut traduire le résultat de cette expérience en disant que la quantité de chaleur que Teiii abandonne quand sa température s'abaisse de 3*,â5 est égale à ceUe que le mercure acquiert, quand sa température s'élève de l)6",75.

(2) En môlant 2 kilogramme d'eau à KO* avec 1 kilogramme d'eau à -|- 20*, on obtient 3 kilogrammes d'eau à -f 60". Ce résultat montre que, pendant que la seconde inasie qui est égale à 1 s'est élevée de 40% la première masse qui est égale à 2 ne s'est abaissée que de 20* On peut encore dire, en interprétant ce résultat comme il doit rétre, qve la quantité de chaleur que 2 kilogrannncs d'eau abandonnent en se refroidissant de 20 degrés est précisément égale à celle ([ui élève de 40 degrés la température d'oo seul kilogramme d'eau.

(3) Cette proposition n'est pas absolument vraie. Elle suppose que la chaleur spéci' flque conserve une valeur constante pour tous les degrés du thermomètre, tandis qu'elle croit au contraire avec la température. Mais, à l'exception de quelques liquides vola' tils, pour lesquels l'accroissement est assez rapide, on peut, ainsi que nous l'arooe dit plus haut, confondre la chaleur spécifique moyenne avec celle qui répond à chaque température en particulier, et considérer, dès lors, la quantité de chaleur acquise oi perdue, comme étant sensiblement la même pour le même intervalle de température'

Ces considérations sur les mesures calorimétriques peuvent se i^sumer dans ce principe général : que tout corps qui change de împérature sans changer d'état physique gagne ou perd une uantité de chaleur qui est proportionnelle à sa masse, à sa chaeur spécifique et au nombre de degrés centigrades qui exprime a Tariation de température.

Utilité des études calorimétriques. — Nous avons dit plus haut îtt'il n'y avait pas deux corps exigeant, sous le même poids, la même quantité de chaleur pour franchir le même intervalle thermométrique. La détermination des chaleurs spécifiques offre donc, comme premier avantage, celui d*établir, pour chaque substance, un caractère distinctif très-important; mais il est d'autres points de vue sous lesquels elle mérite de nous intéresser.

On a observé que la chaleur spécifique des corps présente une relation certaine et bien définie, soit avec leur poids atomique, quand ils sont simples, soit avec leur constitution chimique, quand ils sont composés. La conséquence qui résulte de cette observation importante, faite pour la première fois par Dulong et Petit, est que la mesure des chaleurs spécifiques permet de résoudre certaines questions de chimie atomique ou moléculaire dont la solution ne pourrait être obtenue par d'autres moyens.

De même l'étude des chaleurs spécifiques permet de connaître ou tout au moins de comparer les quantités de chaleur mises en jeu dans une foule de phénomènes se rattachant à la dilutioriy à Yaction chimique, à la combustion. La mesure du nombre de criories absorbées ou dégagées dans ces cas divers constitue un l^roblème important qui a occupé un grand nombre de physiciens du plus grand mérite, et auquel M. Berthelot a su donner, dans ces derniers temps, un nouveau degré d'intérêt par les recherches persévérantes qu'il y a consacrées, comme par les conséquences importantes qu'il en a déduites.

Enfin la détermination de la chaleur spécifique dans les sels cristallisés et, d'une manière générale, dans les composés qui renferment de l'eau d'hydratation jette une vive lumière sur la constitution réelle de ces composés et sur l'état physique de l'eau qui s'y trouve contenue.

On voit, par là, combien il importe de savoir déterminer la capacité calorifique des corps solides ou liquides, simples ou compo*

244 CHALEUR SPEQFIQUE DES SOUDES.

ses, et c*esl par ces diverses raisons que nous avons été amené à introduire les procédés d'expérience que comporte une pareiil; détermination dans le cadre ordinaire des travaux pratiques de l'école de pharmacie.

La troisième section du chapitre II comprendra donc les manipulations dont l'objet est de faire connaître la véritable valeur des chaleurs spécifiques. Dans deux de ces manipulations, la détermination sera obtenue par la Méthode des mélanges^ et portera successivement sur des corps solides et liquides ; dans la troisième, qui portera exclusivement sur les corps liquides, la méthode'mise en pratique sera celle qui est connue sous le nom de Méthode du refroidissement.