CHAPITRE II

75. Lss corps que nous venons d'étudier ne présentent pas tous le même degré de solidité; les uns résistent à tous les chocs, font feu sous le briquet, les autres, comme les graisses, cèdent au moindre effort, ou paraissent prêts à se transformer en liquides, et en effet il en est ainsi; enfin une multitude de corps offrent tous les points intermédiaires entre ces extrêmes. Nous avons vu que la présence de la chaleur en plus ou moins grande abondance dans les interstices des corps, est la cause de ces différens degrés de mollesse et de dureté, comme des changemens d'état des Corps ; c’est ce que prouve le passage des solides en liquides; car élevons la température de quelques degrés, et nous verrons ces graisses se fondre, se transformer en liquide : continuons à l’élever , nous verrons d’abord le plomb, l’étain, puis l’argent, l'or, le fer, passer également à l’état liquide, après s'être successivement dilatés et ramollis de plus en plus : employons des moyens plus énergiques , comme les rayons solaires concentrés au foyer d’un miroir, ou la lampe à courant d’oxigène, et nous pourrons liquéfier des métaux, des pierres , une multitude de corps qui paraissent totalement infusibles.

. Mais d’un autre côté, l’abaissement de la température présentera des phénomènes opposés; déjà les variations qui ont lieu naturellement au:

tour de nous sont assez fortes pour transformer l’eau en glace ; mais abaissons la température arüficiellement, où même transportons-nous dans les régions septentrionales da globe, et nous verrons aussi le mercure devenir solide; en sorte qu’on peut considérer commé démontré , non seulement que la chaleur est la cause des changemens d’état des corps, mais encore que tous passeraient successivement d’un de ces états à l’autre, si nous les exposions à des variations de température assez fortes.

. Nous avons vu qu’on devait regarder la liquidité comme un état dans lequel lattraction moléculaire ét la chaleur se faisaient exactement équilibre , et qu’un tel état devait se rencontrer bien rarement, puisque la température varie sans cesse : à la rigueur, il ne se rencontre même presqué jamais. Cependant les liquides conservent cet état pendant des variations plus ou moins considérables ; c’est la pression de l’atmosphère , et aussi du liquide sur lui-même, qui parait être la cause de cette prolongation d’équilibre; car nous voÿons l’évaporation , c’est-à-dire la transformation des liquides en vapeurs, augmenter à mesure que cette pression diminue. Nous verrons aussi que dès l'instant qu’un corps est à l’état de liquidité, il a une tension à se transformer en vapeurs d’autant plus grande, qu’il s'approche davantage du point d’ébullition ; on reconnaît bien là l'effet du calorique , qui devient de plus en plus prépondérant sur l'attraction moléculaire : nous voyons aussi les corps les plus liquides, si l’on peut s’exprimer ainsi, où le calorique est plus puissant, avoir beaucoup plus de tendance à se réduire en vapeurs que les liquides gras ou visqueux, où la force de cohésion paraît un peu prépondérante : ainsi, tandis que le terme de lébullition pour l’éther est à 36°, pour l’eau à 100°, celui des huiles

grasses est. d'environ 300°, et celui du mercure de 350°.

76. Les liquides que la nature nous offre à l’état pur sont en bien petit nombre; à peine pou-

vons-nous ranger dans cette classe l’eau, le mer-.

cure et quelques huiles grasses et essentielles. Mais si nous regardions comme des liquides différens tous ceux qui renferment des corps dissous ou mélangés intimement, si nous comptions parmi eux les humeurs animales, telles que le sang, la lymphe, et végétales, telles que la sève, les sucs propres, nous trouyerions une quantité infinie de corps dans l’état de liquidité. Nous ne nous occuperons ici d’une manière spéciale que de l’eau, ce que nous en dirons s'appliquant d’une manière génerale à tous les liquides, et aussi de quelques uns. de ceux dont l’usage est le plus fréquent en

physique. L'étude de tous les liquides composés,

appartient à la chimie et à la physiologie.

. Nous ne reviendrons point sur ce que nous, avons dit de la porosité et de l’impénétrabilité, de,

l’élasticité, de la compressibilité de l’eau, des phénomènes qu’elle présente dans les tubes capil-

laires; on se rappelle en effet que si l’eau et les.

liquides en général semblent si pénétrables, cela tient à l'extrême mobilité et au facile déplacement de leurs molécules, que si, d’un autre côté, ils n’offrent presque aucune apparence de porosité, de compressibilité et: d’élasticité, ces propriétés sont suffisamment, pronvées par certaines combinaisons intimes, par les vibrations que ces corps communiquent, par la réflexion qu'ils éprouvent dans leur chute (1); que, d’après l'extrême mobi-

(x) MM. Canton et Parkins avaient déjà prouvé directement la compressibilité de l'eau dans des tubes très forts, et ils l'avaient estimé à 0,000044 et 48 par chaque pression atmosphérique. M. OErsted, par un

lité des molécules d’un liquide, il ne peut être en repos que lorsqu'il est de niveau par rapport à l’action de la pesanteur, et qu'aucune autre force ne vient troubler cet état, d’où il résulte aussi qu’il ne peut prendre d’autre figure que celle déterminée par les corps qui le contiennent; eafin on se rappelle que les phénomènes capillaires que présentent les liquides, aussi bien que les solides, Viennent tous se montrer comme Îles effets d’une attraction à tres petite distance.

Pour compléter l'étude des liquides, nous devons donc maintenant nous occuper, 1°. de leur dilatation, qui a donné lieu à l'invention des thermomètres, l’un des instrumens les plus importans et les plus utiles en physique; 2° de leurs mou-

vemens et des conditions de leur équilibre, ou de

l’Aydrodynamique et de lhydrostatique, sciences dans lesquelles on rencontre l’explication d’une multitude de phénomènes intéressans ou singuliers que présentent les arts et la nature, et qui conduisent à la construction de machines de la plus haute im-

ortance, ce qui forme même une science à part, l’hydraulique; cette partie de létude des liquides appartient plus spécialement à la mécanique et aux sciences physico-mathématiques : nous serons donc forcés de glisser sur elle avec rapidité ; 3°. de leur pesanteur spécifique, ce qui nous conduira à la description des aréomètres, instrumens d’un très grand usage; 4°. enfin de l’ébullition, où nous verrons les liquides surchargés de calorique, changer de nouveau d'état, et en prendre un qui comporte l'absorption d’une plus grande quantité de chaleur.

appareil de son invention, représenté fig. 26, l'a prouvé d'une manière irrécusable; il l’a tronvé égale

SECTION PREMIÈRE

80. L'inTERPosITIoN du calorique entre les molécules des corps liquides, comme entre celles des corps solides, les écarte les unes des autres, augmente leur volume sans augmenter leur poids, leur fait occuper plus d’espace; c’est sur ces principes que repose la théorie des thermomètres. »

1. C’est un Hollandais, nommé Drehbel, qui en concut la première idée; mais ce n’était qu’une ébauche imparfaite, comme la plupart des découvertes au moment où le génie de l’homme les tire du néant; bientôt Newton et l’Académie de Florence lui firent subir quelques perfectionnemens, et maintenant on ne se sert plus que des thermomètres construits d’après les principes de Réaumur et de Fareinheith.

Ces instrumens sont composés d’un tube de verre terminé par une boule, fig. 26. Il est bien important que ce tube soit calibré exactement, afin que les divisions soient aussi égales que possible; car ce n’est que pour les instrumens auxquels on attache une grande importance qu’on trace les divisions partiellement, en promenant dans le tube une petite colonne de mercure, et traçant les sous-divisions au moyen du vernier (1). On doit aussi choisir un tube étroit et une boule

assez forte, afin d’obtenir des effets plus sensibles.

(x) Le vernier, fig. 27, est composé de deux règles dont l’une, le vernier proprement dit, portant un plus grand nombre de divisions sur son échelle, fournit sur-le-champ , et d'une manière très précise, les fractions des divisions tracées sur la règle principale.

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On conçoit que si nous placons dans un appareil de ce genre un liquide quelconque, en vertu de la propriété de dilatation par la chaleur, de contraction par le froid qu’il possède, il montera ou. descendra dans le tube en raison de la température, et si nous choisissons des bases invariables, pour nous servir de repaires et de mesures, rien ne sera plus facile que de connaître et de comparer les degrés de chaleur ou de froid observés avec cet instrument.

Nous avons vu dans le chapitre précédent qu’on appréciait les hautes températures au moyen des pyromètres; mais ils sont de peu d’usage. Les thermomètres au contraire, qui nous donnent la mesure exacte des moindres variations des températures ordinaires , sont d’une utilité journalière, et ont mille usages importans. L'intervalle qui sépare le degré de température où l’eau bout, c’est-à-dire se change en vapeur avec beaucoup de force, et celui où elle passe de l’état de glace ou de solidité à l’état liquide, fournit une mesure constante, appuyée sur deux bases fondamentales certaines, faciles à retrouver, et par conséquent très propres à servir de points de comparaison : aussi les physiciens de tous les pays furent-ils bientôt d'accord pour l’adoption de ces deux bases. En effet, ils avaient remarqué que dans des circonstances semblables, la liquéfaction et l’éballition de l’eau se faisaient toujours au même degré de température; ils avaient de plus remarqué que ce terme était invariable tant que durait le changement d'état des corps; qu’ainsi quelle que soit la température à laquelle on éxposait la glace fondante ou l’eau bouillante, jamais on ne pouvait leur faire prendre un degré de chaleur de plus, comme si chaque corps avait pour la chaleur une mesure de capacité déterminée, comme si, une fois arrivé à ce terme, la chaleur ajoutée servait

110 PROPRIÉTÉES PARTICULIÈRES.

seulement à liquéfier ou vaporiser cé corps, ce que nous vérifierons en effet, et étudierons par la suite. Rien n’était donc plus précieux pour la construction d'un thermomètre qu’un tel point de comparaison constant et invariable.

82. Mais plusieurs causes d’erreur sont à redouter, plusieurs circonstances peuvent influer sur le degré de chaleur auquel l’eau change d’état; il faut d’abord qu’elle soit bien pure, car la glace ne se fond pas, l’eau ne bout pas à la même température, lorsqu’elles contiennent des sels en dissolution, ou quelque corps en combinaison ou en suspension ; en second lieu, il est bien important de ne pas prendre de l’eau qui se gèle, mais de la glace ou de la neige qui fondent, car il arrive souvent que l’eau demeure à l’état liquide , au-dessous du point de congélation , et d’ailleurs la glace formée ne conserve pas invariablemént la même température; enfin il faut tenir compte de la pression de l’atmosphère; car la vapeur d’eau ayant tou- Jours cette puissance à vaincre devra employer des efforts proportionnés à sa force : on a choisi pour terme fixe de pression celui indiqué par une colonne de mercure de 76 centimètres de hauteur (28 pouces environ }; c’est à cette hauteur moyenne du baromètre qu’on ramène toutes les opérations.

9. En théorie, tous les liquides peuvent servir de thermomètres; mais en fait, certains sont plus propres à cet usage que d’autres. Il paraissait naturel de choisir l’eau, ce liquide si répandu dans la nature, déjà employé dans l’opération; mais, outre que l’intervalle qui sépare ses changemens d'état ne comprend pas toutes les variations ordinaires de température, on reconnut bientôt, non seulement que sa dilatation augmentait en approchant du terme de l’ébullition, ce qui est commun à presque tous les liquides, mais encore qu’elle offrait cette singularité d’être à son plus

grand état de contraction à environ 65 degrés audessus du point de congélation, et ensuite par l’abaissement de la température de se dilater au lieu deise contracter. L’huile,employée par Newton, joint à l’inconvénient de sa viscosité, de sa demisolidité, celui de ne pouvoir servir dans les basses températures ; l’alcool, ou esprit de vin, a le désavantage de bouillir à une température très peu élevée, et en approchant de cette température, de se dilater inégalement; mais on peut remédier au premier de ces défauts, et ce liquide est de plus très propre à mesurer les températures fort basses : il est encore assez en usage ; mais c’est surtout le mercure qu’on emploie. En effet il ne possède aucun des vices précédens; il est le liquide qui se dilate le plus également; son échelle de liquidité embrasse une grande étendue de variations de température, c’est-à-dire depuis environ 40° audessous de zéro jusqu’à 350° au-dessus du même terme ; enfin il est sensible à la moindre variation.

64. Donnons maintenant une idée des détails de construction des thermomètres et de l’échelle de division qu’on y applique. On doit commencer par épurer complétement le mercure dont on doit faire usage, et, après avoir fait chauffer le tube et la boule afin de chasser l’humidité et une partie de l’air, on les plonge dans le mercure. Lorsqu'on juge qu’ils en contiennent une quantité suffisante (cette quantité varie en raison de la grosseur de la boule, de la longueur du tube, de l’étendue qu’on veut donner à l’échelle supplémentaire ou inférieure au zéro), on les descend dans un vase rempli d’eau en pleine ébullition, en les y faisant plonger le plus possible, et en les y tenant suspendus assez long-temps pour qu’ils $e mettent en équilibre de température ; on fera alors une marque à l'endroit où le mercure s'arrêtera, et on fermera le tube à la lampe si on veut un instrument qui

porte toute l'échelle, sinon on lui donnera Ja hauteur voulue après l2 seconde opération : celle-ci consiste à plonger le thermomètre dans la glace fondante, et à marquer l’endroit où le mercure s’abaissera. La f9 28 représente un vase où les thermomètres ne plongent que dans la vapeur d’eau , laquelle a une température bien plus égale que le liquide.

C’est cet intervalle, donné sur chaque instrument par l’opération que nous venons de faire, que les physiciens n’ont pas partagé de la même manière. Réaumur l’a divisé en 80 parties, placant | le zéro à l’endroit de la glace fondante. Les physiciens français, pour rendre les calculs plus faciles, ont divisé le même espace en 100 parties; en sorte que les degrés du thermomètre de Réaumur sont dans le rapport de quatre à cinq avec ceux du thermomètre centigrade où centésimal. En Angleterre et en Allemagne, on se sert plus particulièrement du thermomètre de Fareinheith, dans lequel le mème espace est divisé en 180 parties, mais où le terme de la glace fondante est marqué 32°, et par conséquent celui de l’eau bouillante 2120. Ainsi ses degrés sont, avec ceux du thermomètre centigrade, dans le rapport de neuf à cinq. Dans tous les cas on continue à tracer des divisions égales au-dessus et au-dessous des deux limites fondamentales, pour étendre le champ des observations.

8). La chaleur augmente le volume des corps, mais non leur poids; la dilatation des liquides peut donc encore se reconnaître en y pesant, à diverses températures, un corps solide dont on connaît la dilatation. En effet les solides, se dilatant moins que les liquides, le volume d’eau déplacé sera à peu près égal, que la témpérature soit élevée ou basse; et, comme dans le premier cas l’eau est plus légère, le poids indiqué par le corps qui y est immergé sera plus considérable.

86. Nous avons dit que l’eau présentait cette singularité, qu’en approchant du point de congélation elle ne diminuait plus de volume selon la loi générale, mais se dilatait. Quelques autres corps présentent des anomalies analogues. Ainsi le fer fondu, le soufre, le bismuth, se dilatent en se gelant; le mercure se contracte, au contraire, d’une manière prodigieuse. Ce sont des faits particuliers qui ne peuvent renverser une théorie générale lorsqu'elle rend raison, calcule et mesure les phénomènes, et qui dépendent sans doute de l’arrangement que prennent les molécules des corps en passant de l’état de liquide à l'état solide. Le point du maximum de condensation de l’eau est 4° 4 (1); à 7° elle a la même densité qu’à 0°; entre o° et 100°, l’eau se dilate de > de son volume; l’alcool, de plus de &; le mercure, d'environ =.

67. L’eau présente encore une autre singularité remarquable, c’est de demeurer quelquefois liquide, quoiqu’à une température bien inférieure au terme de la congélation ; mais, pour cela, il est nécessaire qu’elle soit parfaitement en repos, comme si les molécules pouvaient oublier de se placer de manière à devenir solides. Mais si on les retire de cet état de sommeil, pour ainsi dire, en donnant du mouvement à cette eau; si on leur fournit un point de ralliement en y plongeant un. corps solide, et surtout un morceau de glace, on verra sur-le-champ toute la masse se geler.

(1x) Un Anglais, M. Chrichton, par des expériences récentes très délicates et par un procédé nouveau, a trouvé que c'était 5° 6. (Voyez Annals of Philosophy, for june 1823.)

Lo)

SECTION Il.