CALORIMÉTRIE

Cette partie de la physique a pour objet la mesure des quantités de chaleur qui entrent en jeu dans réchauffement ou le refroidissement de poids déterminés des différents corps, et aussi la mesure de celles qui sont nécessaires pour produire des changements d'état. Avant de choisir l'unité de chaleur, il faut exposer deux principes auxiliaires.

Le premier est évident : la quantité de chaleur que gagne un poids P d'un corps, lorsque la température s'élève d'un certain nombre de degrés, est égale à celle qu'il perd ensuite lorsque sa température s'abaisse tout autant.

Le second se démontre expérimentalement : la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un nombre égal de degrés la température d'un corps dont le poids est constant, ne dépend pas de sa température initiale.

Prenons 1 kilogramme d'eau à 20° et 1 kilogramme d'eau à 30°, mélangeons-les, et nous trouvons qu'un thermomètre plongé dans le liquide marque exactement î?5°. Le premier kilogramme s'est échauffé de 20° à 25° aux dépens de la chaleur qui a été perdue par le second kilogramme qui s'est refroidi de 30° à 25°. Mais nous avons admis qu'un kilogramme d'eau, en se refroidissant ainsi, perd autant de chaleur qu'il en gagne en s'élevant de 25° à 30°; nous concluous donc qu'il faut autant de chaleur pour échauffer 1 kilogramme d'eau de 20° à 25° que pour l'échauffer de 25° à 30°.

Définition de l'unité de chaleur. — On appelle unité de chaleur ou calorie, la quantité de chaleur nécessaire pour échauffer de 1 degré la température de 1 kilogramme d'eau. Nous pouvons facilement établir la quantité de chaleur ou le nombre de calories nécessaire pour échauffer un poids d'eau de 100 kilogrammes, par exemple, de 15° à 35°. Pour échauffer de 1 degré 1 kilogramme d'eau, il faut une calorie, de 15° à 35°, c'est-à-dire de 20°, il faut 20 calories, et 100 kilogrammes d'eau exigeront cent fois plus de chaleur ou 100 X 20=2000 calories. Généralisons : pour produire réchauffement du poids P d'eau de t à T°, il faut P(T — f) calories.

•étaitlen de l« ehaleur •neeifliive. — Une expérience très

simple fait voir que pour échauffer de 1 degré 1 kilogramme

d'un corps quelconque, il faut une quantité de chaleur toute différente d'une calorie. Prenons 1 kilogramme de mercure à zéro : pour cela nous environnons de glace fondante un matras contenant ce poids de métal; d'autre pari, nous chauffons 1 kilogramme d'eau à 33° ; versons le mercure dans l'eau et agitons le mélange avec un thermomètre : nous voyons que la température finale est 32°. Ainsi l'eau a perdu une calorie qui a suffi pour échaufTer 1 kilogramme de mercure de 0° à 32° ; nous

en concluons que pour échauffer de 1° ce poids de métal, il faut

une quantité de chaleur 32 .fois plus petite ou -j? = ôc,03.

Ce nombre s'appelle la chaleur spécifique du mercure.

Ainsi, la chaleur spécifique d'un corps est la quantité de chaleur nécessaire pour échauffer de 1° la température de 1 kilogramme de ce corps ; nous la désignerons souvent par la lettre c.

Déterminons la quantité de chaleur nécessaire pour échauffer, par exemple, 10 kilogrammes de mercure de 15° à 25°. Pour élever de 1° 1 kilogramme de mercure, il faut 0C,03 ; pour 10 kilogrammes, il faut 10 x 0,03; et pour élever la température de i5° à 25°, le nombre de calories nécessaires est 10 x 0,03 (25-15).

Remplaçons ces nombres par des lettres. Soient P le poids du corps à échauffer, c sa chaleur spécifique ; pour produire l'élévation de température de t° à T°, la quantité de chaleur exigée est Pc (T — t).

Méthode des mélanges. — La méthode des mélanges, qui est très-employée pour déterminer la chaleur spécifique des corps solides, liquides et gazeux, est très- facile à comprendre. Chauffons un poids P d'un corps à une température T, et plongeons-le dans un poids d'eau M dont la température est t ; agitons avec un thermomètre, le corps se refroidit, l'eau s'échauffe jusqu'à 6°, La chaleur perdue par le corps est égale à celle gagnée par l'eau. D'où résulte une équation qui se retrouve dans la plupart des questions de chaleur spécifique. Soit x la chaleur spécifique du corps, il s'est refroidi de Ta 6, et a perdu une quantité de chaleur Pa?(T — 6).

Le poids d'eau M s'est échauffé de t à 6 et a gagné uu nombre de calories M (6 — t); nous écrirons l'équation :

Po?(T — 6) = M(6 — 0,d'oua?=l*(*~~*l.

Corrections. — Le 'poids d'eau destiné à recevoir le corps est

contenu dans un vase qui partage sa température, qui s'échauffe

en môme^temps que l'eau, et ainsi absorbe une partie de la