DE LA CHALEUR

3*2(3. Les physiciens ne sont pas d'accord entre eux sur le principe auquel on doit rapporter la sensation connue sous le nom de chaleur. Les uns , et à leur tête H. Davy , regardent ce phénomène comme l'effet d'un mouvement vibratoire du. intestin , eu vertu duquel les molécules de la matière sont sollicitées à s'écarter ou à se rapprocher les unes des autres , selon les circonstances. D'autres pensent que c'est une matière réellemen; existante , qui écarte les mômes molécules, ou leur permet de se rapprocher , suivant que sa quantité augmente ou diminue dans les corps ; et ils donnent à cet agent le nom de calorique. Sans rien décider entre ces deux opinions , nous emploierons le langage qui est conforme à la seconde , en la regardant comme une hypothèse plus propre à aider la con-

ception des phénomènes , et plus commode pour les exprimer.

Nous considérerons donc, avec la plupart des physiciens d'aujourd'hui, le calorique comme un fluide impondérable, impalpable et invisible, répandu dans 3'espace, et n'ayant besoin d'aucun fluide particulier pour communiquer et propager son mouvement.

327. Le calorique, disons-nous, doit-être considéré comme une substance impondérable • en effet , quelle que soit la quantité qu'on en accumule dans un corps ou que l'on en soutire, on ne change en rien le poids de celui ci.

3^8. Il a la propriété de se mouvoir en ligne droite dans les fluides élastiques et peut-être même dans l'intérieur des autres corps , à la manière de la lumière; phénomène que l'on désigne sous le nom de rayonnement. Pour s'assurer que le calorique s'échappe de la surface d'un corps chaud sous la forme de rayons , il suffit de placer la main à quelque distance de ce corps : on éprouve alors une sensation de chaleur qui est produite par les rayons calorifiques qui vont frapper la main. Ces rayons ont la propriété de se réfléchir a la surface des corps polis, enfermant un angle d'incidence ■ égal a l2 'angle de réflexion. En effet, si l'on place vis-à-vis l'un de l'autre et à la distance de quatre à cinq mètres, deux miroirs concaves, de manière que leurs concavités soient en regard , et que leurs axes soient sur une même ligne ; qu'au foyer de l'un d'eux on place un corps combustible, de l'amadou par exemple , et qu'au foyer de l'autre on mette un boulet rouge ou des charbons ardents , on verra l'amadou s'enflammer et brûler avec rapidité , bien qu'il soit à une grande distance du corps chaud, et qu'en le rapprochant davantage sans rapprocher les deux miroirs, il ne s'échauffe que peu,

PHYSIQUE. i65

Dans cette expérience, il faut concevoir que le corps chaud placé au foyer du premier miroir, lance continuellement des rayons de chaleur sur ce miroir; que ces rayons^ se réfléchissant parallèlement à l'axe eu faisant l'angle d'incidence égal à l'angle de réflexion, s'en vont tomber sur le deuxième miroir et s'y réfléchissent de îa même manière que sur le premier , en concourant tous en un point qu'on appelle foyer. C'est à ce foyer, où se fait la réunion de tous les rayons qui tombent sur le deuxième miroir , que l'on place le corps à enflammer.

3sg. Dans l'expérience précédente , on peut remplacer le corps chaud par un morceau de glace, et mettre un thermomètre au foyer du deuxième miroir. Après quelques secondes , on voit le thermomètre descendre de plusieurs degrés ; d'où quelques physiciens ont pensé qu'il existait des rayons de froid, qu'ils appelaient rayons frigorifiques, qui , en se réunissant au foyer du deuxième miroir , refroidissaient le thermomètre. Ceci est une fausse explication; car le thermomètre étant le corps le plus chaud, doit perdre du calorique, jusqu'à ce qu'entre la glace et lui il y ait équilibre de température.

330. En effet, le calorique a une tendance générale à se mettre en équilibre ou à se répandre uniformément entre les différents corps et les différents espaces; propriété qui peut dépendre de la répulsion de ses molécules ou de leur tendance à s'échapper sans cesse des corps qui le contiennent.

33 1 . Pour se rendre compte des différents états que peuvent prendre les corps sous l'influence du calorique, on est forcé d'admettre que la répulsion des molécules du calorique s'exerce précisément suivant la même loi que l'attraction clans les au-

ier EX. 23

l66 PHYSIQUE,

1res corps, c'est-à-dire qu'elle croît comme le carré des rapprochements.

33 1. Conductibilité. La conductibilité est la propriété dont jouissent les corps d'absorber la chaleur et de la répandre dans leurs masses. Tous les corps absorbent la chaleur* mais tous ne la conduisent pas aussi facilement. Ceux qui la reçoivent ou qui la propagent rapidement , sont appelés bons conducteurs , et ceux qui l'abandonnent difficilement sont désignés , par opposition , comme mauvais conducteurs. Dans le premier ordre se rangent les métaux : l'argent , le platine , le cuivre , le fer, le zinc, Tétain, le plomb, etc. Dans le second se placent le verre, le bois^ le charbon et beaucoup d'autres substances.

Une loi remarquable, et la seule encore qu'on ait découverte sur la conductibilité des corps , est celle qui nous apprend que , pour des distances au bain de chaleur croissant en progression arithmétique, les excès de température décroissent sur la barre métallique en progression géométrique.

Tous les corps réduits en parcelles très fines ou en filaments , conservent très bien la chaleur qu'ils ont acquise ; c'est ce qu'on observe dans le charbon pilé, la brique pilée, le sable, le verre en poudre, la laine , la plume, l'édredon, etc.

La conductibilité dans les liquides est si faible, que Rumfort leur refusa cette propriété. Mais des expériences affirmatives ont été faites depuis dans une boîte remplie d'eau, qui reçoit, dans sa paroi latérale , un thermomètre. Une couche d'alcool est enflammée à sa surface, et bientôt on voit marcher la colonne thermométrique, à mesure que l'eau environnante s'échauffe. Quoique les liquides soient très mauvais conducteurs du calorique, ils sont cependant susceptibles de s'échauffer • mais ce n'est pas seulement par conductibilité, c'estpar déplacement.

PHYSIQUE. 2<5j

Lorsqu on soumet à l'action du feu un vase rempli de liquide , les molécules du fond se dilatant et devenant plus légères par l'effet de la chaleur , remontent continuellement vers le haut du vase, et font place à celles qui étaient au-dessus d'elles 1 jusqu'à ce que toute la masse liquide se trouve ainsi échauffée. De tous les liquides, le mercure est le meilleur conducteur du calorique.

Quant à la conductibilité des gaz , elle est encore plus difficile à constater que celle des liquides, et cela à cause de la mobilité de leurs molécules : cependant toutes les expériences nous laissent présumer qu'ils sont , de tous les corps , les plus mauvais conducteurs , mais qu'ils s'échauffent aussi par déplacement.

333. Calorique rayonnant. Si tous les corps peuvent s'échauffer, ils doivent nécessairement être capables de renvoyer une partie plus ou moins grande de chaleur- et en effet, il y a rayonnement nonseulement pour les corps rouges et lumineux, mais encore pour tous ceux qui sont obscurs ou à des températures plus basses: l'expérience des miroirs concaves le démontre irrévocablement (3'28).

Le pouvoir rayonnant des corps varie selon l'état de leur surface^ c'est-à-dire que tous ont des pouvoirs différents de rayonnement. Prenez , en effet , un vase cubique de fer -blanc , dont la première face verticale soit noircie; la seconde vernie; la troisième rayée , et la quatrième couverte de papier. Devant chacune placez un thermomètre, puis remplissez le vase d'eau bouillante , et vous observerez que tous les thermomètres marqueront des températures différentes.

Le pouvoir contraire ou faculté d'absorption est toujours en rapport direct avec le pouvoir rayonnant, ou, si l'on veut , il se rencontre toujours dans la même condition que le premier. Ainsi., les corps

•-j68 physique.

à surface noire , raboteuse \ striée ou foncée , sont ceux qui s'échauffent le mieux et se refroidissent de même: le pouvoir réfléchissant existe en sens inverse dans ces corps. On l'évalue en couvrant successivement la surface d'un miroir de diverses substances, et en observant, à chaque opération , Te thermomètre de Leslie , dont une boule est placée au foyer du miroir. En thèse générale , les corps blancs ou polis absorbent très peu la chaleur et l'émettent lentement.

334. Lois du refroidissement. Un corps chaud, isolé dans l'espace, perd d'autant plus de chaleur, que sa température surpasse davantage celui du milieu «ans lequel il est placé. La vitesse de son refroidissement, pour un instant donné, est le rapport qui existe entre l'abaissement de la température et la durée de cet instant.

Pour un corps en équilibre de température dans une enceinte sans pouvoir réfléchissant, dont la température est constante, la vitesse du refroidissement est égale à celle de réchauffement que l'enceinte tend à lui imprimer.

La vitesse absolue de refroidissement d'un corps ( qui ne recevrait aucun rayon compensateur de ses pertes), augmente en progression géométrique, lorsque la température de ce corps augmente en progression arithmétique.

Dans les gaz, les corps se refroidissent: i° par rayonnement ; 20 par le contact de ces gaz. Aussi les pertes de chaleur dues à ce contact, croissent-elles avec les excès de température suivant une loi constante, quelle que soit l'élasticité du gaz.

335. Dilatation des corps. Tous les corps, à très peu d'exceptions près , augmentent de volume quand on leur ajoute du calorique , ou diminuent quand on leur eu retire. Ainsi, pour en donner un exemple, que l'on prenne une barre métallique y

qu'on la mesure avec un grand soin, qu'où la chauffe ensuite en la jetant dans un foyer ardent, et qu'après l'avoir retirée on la mesure de nouveau, on trouvera que sa longueur s'est accrue d'une quantité très notable. Cette barre ? en se refroidissant, reviendra à sa longueur primitive , lorsqu'elle aura atteint la température qu'elle avait avant l'expérience..

Cette faculté est, dans tous les corps , presque toujours proportionnelle aux quantités de calorique ajoutées ou soustraites ; mais elle varie considérablement dans les différentes espèces.

Si , au lieu de chauffer les corps, on les refroidit, ils se contractent et diminuent au contraire de volume, et cela suivant la même loi que leur dilatation.

336. La dilatation des corps solides est très faible ; ce qui suppose que la cohésion qui s'exerce entre leurs particules est très grande , et s'oppose à l'actiou du calorique , qui tend à éloigner ces mêmes particules. MM. Dulong et Petit ont démontré que la dilatation des corps solides est uniforme, entre o° et iooô ; que passé ce point, elle n'est plus uniforme et qu'elle croît avec la température; en sorte que la dilatation est plus grande pour chaque degré entre ioo° et 200° qu'entre o° et ioo°: elle est d'autant plus grande que les corps sont plus près du point de fusion où la dilatation est à son maximum.

337. La dilatation des liquides est bien plus considérable , à température é jale , que celle des corps solides : elle est d'autant plus grande, que le liquide approche davantage du point d'ébullition ; mais cet accroissement de dilatabilité n'est pas proportionnel à la température.

Nous ajouterons que le mercure est, de tous les liquides , celui dont la dilatation est la plus uniforme, Les expériences de MM. Petit et Dulong

rl'-0 PHYSIQUE.

montrent que sa dilatation absolue est de i/555o de son volume à zéro pour chaque degré centigrade, entre la température de la glace fondante et celle de l'eau bouillante.

L'eau offre une particularité remarquable , celle de diminuer de volume jusqu'à une certaine température au-delà de laquelle ce volume augmente , comme celui des autres corps, par l'influence contraire de l'élévation de la température. Ainsi , l'eau à zéro se condense jusqu'à ce qu'elle ait atteint la température^, t , qui est son maximum de densité, et se dilate ensuite à mesure qu'on la chauffe davantage.

338. La dilatation des gaz est uniforme et parfaitement égale pour chaque degré du thermomètre. Cela tient sans doute à ce que , dans ces corps , la cohésion est tout-à-fait nuîie , et que rien ne s'oppose à l'action du calorique.

Non-seulement la dilatation des gaz permanents est uniforme pour chaque degré du thermomètre , mais cette même loi s'applique également à toutes les vapeurs , tant qu'elles ne repassent point à l'état liquide, comme il résuite des expériences de M. Gay-Lussac. D'après ce phvsicien ., un gaz permanent, quelle que soit sa nature , et ceci s'applique également à la vapeur d'un liquidequelconque , se dilate , pour un degré du thermomètre centigrade , de o, 00375 de son volume primitif à zéro, ou de 0,376 de o° à ioo°, la pression restant la même.

33g. C'est sur le principe delà dilatation égale de certains corps par des quantités égales de calorique, que sont fondés les divers instruments employés pour mesurer la température des corps, et connus sous le nom de thermomètres.

L'invention du thermomètre date de la (in du seizième siècle ) les uns l'attribuent à Nicolas

Drebbel , les autres à Sanctorius ou au père Paul , d'auties enfin à Galilée ou à Descartes. Quoi qu'il en soit , le thermomètre consiste en un tube très long , portant une boule très mince à l'une de ses extrémités , et dans lequel une petite colonne d'alcool coloré , que l'on place vers le milieu du tube, sert d'index. La colonne liquide monte ou descend , selon que Pair qui est renfermé dans la boule se dilate ou se contracte par l'effet même de la chaleur.

Le thermomètre qu'on emploie aujourd'hui se compose d'un tube dont le diamètre intérieur est très fin et très exactement cylindrique , fermé à l'un de ses bouts et terminé à l'autre par un réservoir cylindrique ou par une boule très mince, remplie , ainsi qu'une partie du tube, de mercure bien pur et bouilli. Des divisions ou degrés sont tracés sur la tige même de l'instrument , ou sur une tringle de métal, ou bien encore sur une bande de papier renfermée dans un tube de verre, que l'on soude au thermomètre.

Pour construire un thermomètre à mercure , on commence par se procurer un tube , dont le diamètre intérieur soit très cylindrique et très fin , puis l'on soufBe, à la lampe d'émaillemv, une boule à l'une de ses extrémités. On laisse refroidir le tube thermométrique, et ensuite on le promène sur des charbons ardents, afin d'expulser l'humidité et une portion de l'air contenues dans la boule et dans le tube. Cela fait, on renverse le tube, en plongeant son extrémité ouverte dans un vase contenant du mercure chaud, que l'on a préalablement fait bouillir. A mesure que la boule se refroidit, le mercure monte dans l'intérieur du tube j arrive dans la boule et la remplit en partie ; alors on ôte le tube en le retournant, de manière à ce que la boule se

trouve en bas. On chauffe de nouveau cette boule au point de faire bouillir le mercure; une fois le mercure entré en ébullition, il se vaporise, sa vapeur chasse l'air qui était resté dans le tube , et enfin lorsqu'il n'y a plus ni vapeur aqueuse" ni air, ce que l'on reconnaît quand la vapeur mercurielle s'échappe en se condensant à l'extrémité du tube, on ôte subitement l'appareil du feu, et on plonge aussitôt l'extrémité ouverte dans le mercure chaud; quelques instants suffisent pour remplir totalement la boule, mais on laisse ainsi l'instrument jusqu'à ce qu'il soit sensiblement froid. On s'arrange ensuite pour que le mercure dans le tube ne descende pas très bas ; il faut que le sommet de la colonne de mercure dans le tube soit à trois ou quatre pouces du réservoir, ce qui dépend toutefois de la sensibilité de l'instrument et du degré de froid qu'on veut lui permettre d'indiquer.

On ferme le tube , en ayant soin de chasser l'air qui se trouve dans son intérieur, au-dessus de la colonne de mercure. A cet effet , on effile l'extrémité du tube à la lampe d'émailleur; on chauffe ensuite la boule, afin que îe mercure monte jusqu'au sommet;, arrivé à ce point , et à l'instant où il commence à sortir, on ferme le tube en dirigeant le dard d'un chalumeau sur le bout effilé.

Il s'agit maintenant de graduer l'instrument ; mais pour qu'il soit comparable à lui-même, il faut compter les divisions à l'aide de points fixes , que l'on puisse se procurer dans tous les temps et dans tous les lieux où il s'agit de faire des observations. Ces points fixes sont la température de la glace fondante et celle de l'eau bouillante.

On plonge le tube thermométrique dans de la glace^ fondante, en ayant soin que la boule et la colonne de mercure dans le tube en soient en-

tourées. On marque sur le tube , avec un diamant , l'endroit précis où la colonne reste stationnaire; ce point est le premier terme fixe de l'échelle, c'est le zéro du thermomètre. On plonge ensuite le tube thermométrique dans de l'eau bouillante, et l'on marque ioo au point où s'arrête le sommet de la colonne ; c'est le deuxième terme fixe de l'échelle. Il faut que l'eau dont on se sert soit très pure , et en outre que le vase soit de métal; de plus , il faut que la hauteur de la colonne barométrique, à l'instant où l'on opère, soit de om 76, car l'eau ne bout à ioo°, qu'autant que le baromètre marque om,7Ô* Quand la pression est différente de om,76, on connaît la température qui lui correspond, ce qui permet, à l'aide du calcul, de ramener le point d'ébullition à la pression ordinaire. On divise l'intervalle compris entre les deux termes fixes en ïoo parties égaies, que l'on prolonge au-dessus du terme de l'eau bouillante et audessous du terme de la glace fondante.

Le thermomètre que nous venons de décrire est celui qu'on connaît sous le nom de thermomètre centigrade; mais la division de l'échelle thermométrique , et par conséquent la valeur des degrés, n'est pas toujours la même. C'est ainsi que dans celui de Réaumur il a le même intervalle , mais divisé en 80 parties , et que celui de Farenheit dont on se sert en Angleterre , le o° correspond au 3'2° centigrade, et le <2ii° correspond au ïoo0 du même thermomètre ) en sorte que l'espace compris entre les deux points fixes se trouve divisé en 180 parties. Celui de Delille a une échelle composée de 1 5o subdivisions, et le o° centigrade répond au i5o° degré de cette échelle, tandis que le point de l'ébullition de l'eau est indiqué par le o°. Il nous reste à comparer entre eux ces divers degrés, et pour cela on pose ces proportions suivantes :

i° cent. : i° Réau. : : 100 : 80 ou comme 5 : 4 donc 1 degré centigrade égale 4/5 de i° de Réaumur.

i°cent. : i° Fht. : : 100 : 180, on comme 5 : 9=2/5.

i°cent. : i°I)le :: 100: i5o, ou comme 2: 3=3/2.

Il suit de là que .pour convertir un nombre de degrés du thermomètre de Réaumur en degrés centigrades , il faut multiplier ce nombre par 5/4 ', pour Farenheit il faut avant en retrancher 32° et multiplier le résultat par 5/9. Enfin, pour le thermomètre de Delille, il faut multiplier les degrés centigrades par 372 et retrancher du produit 100, les échelles étant inverses.

34o. Le thermomètre a air se compose d'un tube terminé à son extrémité par une boule remplie d'air sec et supportant une petite colonne de mercure qui sert d'index : c'est le plus exact que l'on connaisse : mais à cause de son extrême sensibilité on lui préfère le thermomètre à mercure.

Le thermomètre à air auquel Delille a donné son nom, et que l'on appelle aussi thermoscope , est un tube en forme d'U, terminé à ses extrémités par deux boules de grosseur semblable , et renfermant dans toute sa partie horizontale une colonne d'acide sulfurique colorée en rouge, qui s'élève à des hauteurs égales dans les deux branches verticales. Ces deux niveaux ne changent que lorsque l'une des boules a une température différente de l'autre.

Le thermomètre différentiel de Leslie est un instrument du même genre, mais plus sensible encore en raison de sa plus grande dimension. Ici la colonne liquide n'a que quelques lignes de longueur, et se trouve placée toujours au milieu de la branche horizontale tant que les deux boules sont au même degré de chaleur.

34i. Quelquefois on emploie aussi des thermomètres solides. L'instrument le plus simple dans ce genre

consiste en une lame de laiton appliquée sur une lame deverré : le métal, en s'alongeant ou en se cotiîractant, fait mouvoir une aiguille dont une extrémité décrit de grands arcs de cercles , et marque les degrés sur une échelle circulaire.

On fait aussi des thermomètres métalliques, en combinant ensemble des métaux différemment dilatables , tels que l'acier et le laiton. Bréguet a construit un thermomètre de ce genre ,. qui est extrêmement sensible. La pièce principale est un ressort en spirale composé de trois métaux accolés ensemble , platine, or et argent : l'argent , comme ie métal le plus dilatable, forme la partie extérieure de la spirale; une petite aiguille, placée à l'extrémité du ressort, indique ses variations sur une échelle circulaire divisée en degrés. Ce thermomètre est extrêmement commode pour les expériences où il faut avoir à l'instant même les plus petites variations de température.

34^- On nomme pyromètres 'des instruments destinés à mesurer les hauts degrés de chaleur, c'està-dire ceux qui sont supérieurs au point d'ébullition du mercure. Tous les pyromètres ont deux grands inconvénients: d'abord, ils ne reviennent pas exactement au même point pour le même degré de chaleur , et ensuite il n'y a aucun rapport certain entre leurs indications et celles du thermomètre centigrade. Cependant, ils peuvent être utiles dans les arts où l'on ne cherche pas à obtenir des évaluations numériques de température , mais seulement à produire des degrés de chaleur déterminés , ou plus forts ou plus faibles, selon les effets que l'on veut obtenir.

Le pyromètre le plus en usage de nos jours est celui de Wedgwood , dont la pièce principale est un petit cylindre d'argile qui peut glisser entre deux lames métalliques formant angle, et sur lesquelles

<±j6 PHYSIQUE.

est tracée une division. Le zéro se trouve à l'endroit où le cylindre peut se placer à sou état naturel ; il répond au degré de chaleur où le fer paraît rouge au jour, et équivaut, à ce qu'on croit, à 58o°. L'argile a la propriété de se contracter au feu, de sorte que, après y avoir été exposé, le cylindre descend plus avant sur Féclielle , et indique ainsi le degré de chaleur du foyer.

343. La quantité de chaleur qu'exige un corps, pour passer d'un degré à un autre, s'appelle calorique spécifique ; et l'on dit de ceux qui en exigent plus ou moins , qu'ils ont une capacité xAvls ou moins grande pour la chaleur. Un exemple suffira pour montrer que la méthode des mélanges peut bien faire connaître le calorique spécifique d'un grand nombre de corps. Si on mêle un kilogramme d'eau à 34° et un kilogramme de mercure à o°, on obtient deux kilogrammes d'un mélange à 33°. Nous voyons, par ce résultat, que la quantité de chaleur qui élèverait le mercure de 33° n'élève l'eau que de i°. Donc la capacité de cette dernière sera plus grande.

Quand l'eau a une action chimique sur les corps que l'on étudie, il faut prendre d'autres liquides dont la capacité pour la chaleur soit connue; mais le premier soin consiste sur-tout à faire en sorte que les vases et même l'air environnant, soient à la même température que le mélange.

Une autre méthode, celle du refroidissement, est mise en usage ; mais elle n'a de précision suffisante qu'entre les mains de MM. Dulong et Petit. Elle repose sur ce principe que, deux surfaces égales, également rayonnantes, perdent , dans le même temps,une égale quantité de chaleur.

On se sert encore de deux appareils : l'un y nommé calorimètre de Laplace et Lavoisier, est un instrument qui se compose de trois cavités : la première est un grillage de fer destiné à placer le1

PHYSIQUE. l'J'J

corps ; la seconde est destinée à renfermer de la glace pilée, à zéro , qui se trouve dès lors en contact avec le corps : l'eau qui se forme au fur et à mesure que la glace sefond, est portée au dehors par un conduit pratiqué exprès ; enfin la troisième cavité est destinée aussi à contenir de la glace pilée qui empêche la chaleur extérieure de pénétrer jusqu'à la glace de la cavité précédente ; la paroi étant exactement continue, l'eau qui provient de l'action de la température de Pair, ne peut se mêler avec celle qui provient du calorifique abandonné par le corps : elle s'écoule par un second conduit différent du premier.

Pour déterminer, au moyen de cet appareil , le calorique spécifique des corps , on les chauffe tous successivement à la même température ; alors on les place dans le grillage , et on recueille les quantités d'eau qu'ils fournissent en retombant à la température zéro. S'ils ont tous le même poids, leurs capacités sont comme les quantités d'eau qui s'écoulent , sinon il faut tenir compte du rapport des poids.

Le calorimètre sert aussi à mesurer la chaleur spécifique des liquides et des gaz. Pour cela, il suffit d'enfermer ces corps dans des flacons dont on connaisse déjà-, par des expériences préalables, le calorique spécifique. On soustrait alors de la quantité de glace fondue, celle qui doit l'avoir été par le vase.

344* Le calorimètre de Runrford est sur-tout destiné à recueillir les quantités de chaleur abandonnées par les substances gazeuses, et est susceptible de présenter des résultats plus sensiblement exacts que ceux qu'on obtient au moyen du calorimètre de Lavoisier et Laplace. Il se compose d'une caisse de fer-blanc ou de cuivre mince , que l'on remplit d'un

Ie1' EX. 24

ifS PHYSIQUE.

poids déterminé d'eau distillée ^ un thermomètre en indique à chaque instant la température. Un serpentin de métal très mince s'ouvre au-dessous de la caisse en forme d'entonnoir, et pénètre dans son intérieur, où il fait diverses circonvolutions. Les produits gazeux entrent par l'entonnoir, parcourent le serpentin ? ou ils se dépouillent de leur excès de chaleur, et sortent enfin à la température de l'eau de la caisse. C'est au moyen du calorimètre de Rumford qu'on a déterminé les quantités de chaleur développées pendant la combustion et la respiration , et c'est avec un appareil semblable que MM. Delàroche et Bérard ont déterminé les chaleurs spécifiques des gaz. Ces chaleurs spécifiques sont toujours en raison inverse des volumes de gaz employés.

345. Changement d'état. Nous ne connaissons encore que trois états de la matière : celui de solidité P de fluidité et de vapeur. Les ressources de la science ne nous ont pas permis de les constater dans chacun des corps de la nature • mais le développement toujours progressif de l'intelligence humaine nous promet ces grandes découvertes : telles sont déjà celles de la liquéfaction du chlore, de l'acide sulfureux, etc., obtenus jusqu'alors qu'à l'état de gaz. Quoi qu'il en soit, c'est au calorique que l'on attribue les changements d'état des corps ; leur fusion ou leur ébullition est une conséquence de leur union avec une quantité déterminée de cet agent- et l'état de fluidité, de solidité ou de vapeur dépend, en un mot , de la température à laquelle un corps se trouve.

Chaque corps solide, pour atteindre V étal de fusion ou de vaporisation, absorbe une proportion différente de calorique , toujours égale h celle qu'il dégage lorsqu'il se condense ou se solidifie. Cette

proportion de calorique absorbé, souvent très grande , et que le thermomètre ne peut constater, se nomme calorique latent. Exemple : un kilogramme de glace à o° et un kilogramme d'eau à 7 5° donnent, après la fusion complète de la glace, deux kilogrammes d'eau à o°. Donc la glace , pour se fondre, absorbe tout le calorique que. pourrait perdre un kilogramme d'eau en descendant de 7 5° à o°. L'eau, par sa congélation , reproduit et dégage de nouveau toute la chaleur qu'elle avait absorbée pendant sa fusion • ce qui veut dire qu'un kilogramme d'eau et un de glace , quoique à o° tous les deux , n'ont pas la même quantité de calorique.

346. Il y a des différences très grandes dans l'effet qu'on obtient en exposant tous les corps solides à l'action de la chaleur ; les uns sont très fusibles , comme le phosphore, le soufre , la glace , la cire, la résine ; les autres le sont à une température plus élevée , comme l'étain , le plomb , etc. j les autres sont presque infusibles ou fixes , et ne se liquéfient qu'à une température excessive et long-temps prolongée, comme l'or, le fer, l'acier • enfin d'autres encore, qui ne fondent pas dans nos fourneaux, sont liquéfiés par l'action du chalumeau alimenté par un mélange de gaz oxygène et hydrogène, Nous devons donc croire que nous arriverons un jour à liquéfier tous les corps ; car le nombre des réfractaires va sans cesse en diminuant.

Les substances organiques se refusent , pour la plupart, à la liquéfaction , sans doute parce que leurs éléments sont gazeux • mais il se peut que sous une haute pression , on obtienne la fusion , comme l'expérience ingénieuse de Hall l'a prouvé pour la liquéfaction du marbre.

Le tableau suivant indique le point de fusion de quelques substances.

!28o PHYSIQUE.

Mercure ' — 3(f

Glace o

Huile d'olive + 10

Graisse de porc . 27

Suif. 33

Phosphore 43

Soufre , 109

Etain 9, 10

Bismuth a5(5

L'affinité chimique est une cause qui peut faire varier le point de fusion des corps 5 ainsi du sel pilé et de la glace à — io° , qui séparément ne sauraient éprouver d'altération , opèrent leur fusion en produisant un froid de — 180, ce qui est une preuve de l'absorption du calorique latent; tel est le principe des mélanges réfrigorifiques (36o).

347. En élevant jusqu'à un certain point la température des liquides , on les fait aussi changer d'état; et on les transforme en une matière invisible et expansive appelée vapeur. Les corps sont d'autant plus volatils qu'ils se vaporisent ou qu'ils se volatilisent { c'est-à-dire se réduisent en vapeurs) plus promptement et à des températures moins élevées.

Pendant long-temps on croyait que les vapeurs ne pouvaient ni se former ni subsister par ellesmêmes, mais qu'elles prenaient naissance à la surface des liquides par l'action dissolvante de l'air, et que cette même cause était encore nécessaire pour les maintenir suspendues dans l'atmosphère. Pour montrer la fausseté de cette assertion , et en même temps pour étudier les propriétés les plus remarquables des vapeurs , le moyen le plus simple consiste à leur offrir un espace vide d'air et de gaz , dans lequel elles puissent se développer librement par elles-mêmes , le vide barométrique, par exemple. On se sert pour cela d'un long tube de verre

physique. arBï

bouché par l'une de ses extrémités , et dans la longueur duquel on fait bouillir du mercure. Quand tout l'air en est chassé, on achève de le remplir avec une colonne d'éther de trois centimètres de hauteur. On retourne verticalement le tube , et on le plonge dans une cuvette profonde ; l'éther aussitôt gagne la partie supérieure pour s'y volatiliser de manière à produire une forte dépression.

Le liquide agit ici comme le ferait une petite quantité d'air qu'on aurait fait passer au-dessus de la colonne de mercure; il faut donc que sa vapeur ait une propriété pareille à celle que nous avons appelée la force expansive 7 la force élastique, ou la tension des gaz (290).

La mesure de cette force est évidemment donnée par la dépression du mercure dans le tube barométrique, c'est-à-dire par son abaissement au-dessous du niveau auquel la pression de l'air le ferait monter dans un baromètre ordinaire.

Or, toutes choses égales d'ailleurs., les divers liquides déterminent des dépressions très différentes et la tension de la vapeur varie par conséquent beaucoup. Ainsi, dans les circonstances où. la force élastique de la vapeur d'eau ne ferait descendre la colonne de mercure du baromètre , que de quelques millimètres^ la tension de l'éther suif urique déterminerait un abaissement de plus de trois décimètres.

La force expansive des vapeurs s'exerce indéfiniment comme celle des gaz , et une quantité de vapeur , quelque petite qu'elle soit, se répand de toutes parts dans un espace vide, quelque grand qu'il puisse être; elle ne s'arrête qu'aux parois qui limitent cet espace en y exerçant une pression plus ou moins forte.

iBî PHYSIQUE.

Mais si , en vertu de cette force expansivc , les vapeurs peuvent prendre, par la pensée, des volumes presque indéfiniment variés, elles ne résistent pas indéfiniment aux pressions qu'on exerce sur elles; car il arrive toujours un point , pour chaque espèce de vapeurs , où elles se condensent et repassent à l'état liquide, plutôt que de prendre une force élastique plus grande. C'est cette limite de résistance que l'on appelé maximum de tension de la vapeur.

Cette vérité fondamentale peut être démontrée facilement au moyen de l'appareil dont nous venons de nous servir pour montrer et mesurer la force élastique des vapeurs.

Supposons que l'on ait introduit une certaine quantité d'éther dans la partie supérieure d'un baromètre à cuvette profonde, et que par l'effet de la tension- de la vapeur de ce liquide, la colonne, au lieu de om,7Ô, n'ait plus queom,4°; si l'on enfonce alors le tune dans la cuvette afin de diminuer sa longueur au-dessus du niveau du bain, ou si on le soulève pour l'augmenter, on observequela colonne de mercure conserve toujours la même hauteur, mais que 3e volume de la vapeur augmente dans le premier cas et diminue dans le second. En effet, dans le cas d'enfoncement du tube , il y a de Téther condensé, dans le second de la vapeur produite , et cependant la hauteur de om,4° n'a point changé. Cela ne prouve-t-ii pas suffisamment que dans les deux circonstances , la vapeur se forme pour remplir chaque nouvel espace qui lui est présenté, de "manière à toujours arriver au maximum de sa tension. Or, que cette même expérience soit faite à des températures différentes , et l'on reconnaîtra que la colonne barométrique croît et décroît avec la température.

De l'eau à o° , par exemple, ne déprimera la colonne barométrique que d'environ cinq millimètres,

tandis qu'à ioo°sa tension sera égale à o™?76, et fera par conséquent équilibre à ia pression atmosphérique • enfin à 1299, elle est égaie à deux fois cette pression, et à i35° , elle fait équilibre à trois fois le poids de l'atmosphère, ou à une colonne de mercure de a mètres 180 millimètres.

348. Bîe'lange des vapeurs. Les liquides qui ne se combinent pas chimiquement, finissent toujours par se séparer en se superposant suivant l'ordre de leur densité. Mais il n'en est point ainsi des gaz mélangés, comme l'a démontré M. Berthollet par l'expérience suivante. Il fit descendre -dans les caves de l'observatoire deux ballons séparés par un robinet et à la même pression , l'un plein d'hydrogène, l'autre d'acide carbonique. En les faisant descendre, l'hydrogène était en haut 5 on attendit, avant d'ouvrir le robinet de communication, que les gaz fussent à la même température. Mais lorsque la communication entre les deux ballons fut établie, le mélange se fit assez promptement; de telle sorte que la moitié de l'hydrogène, malgré sa légèreté , descendit dans le ballon inférieur, et que la moitié de l'acide carbonique, malgré sa densité, s'éleva dans le ballon supérieur. Ainsi, chacun des gaz pénétra l'autre et s'étendit, par sa force expansive, pour occuper tout l'espace qui lui était offert • en doublant de volume , chacun prit une élasticité de moitié, mais l'élasticité totale resta la même, c'est-à-dire égale à la somme des élasticités partielles.

Ce qui arrive pour deux gaz mélangés , arrive pour un plus grand nombre , et le principe général du mélange des fluides élastiques est le suivant : Lorsqu'on accumule clans le même espace divers fluides élastiques qui sont sans action chimique les uns sur les autres 7 chacun se répand dans toute V ë-

tendue de cet espace , et V élasticité du mélange est égale à la somme des élasticités que prendrait chacun des fluides, s3 il était seul.

Les vapeurs mélangées avec un autre fluide élastique obéissent aussi , pour leur condensation , à l'excès de pression et à l'abaissement de température.

349. La connaissance de ce principe nous fera comprendre comment les vapeurs peuvent se former dans l'atmosphère.

Dans un espace plein d'air ou d'un gaz quelconque, la quantité de vapeur qui se forme, a la même force élastique et est parfaitement égale à celle qui se formerait, la température étant la même, si le même espace était vide; seulement la vaporisation est plus lente,et*d'autantf>lu5 que le gaz avec lequel la vapeur se combine est plus dense. La force élastique de la vapeur ainsi formée s'ajoute à celle de l'air; ce qui porte à conclure que le gaz n'exerce aucune pression sur la vapeur, et que la formation de celle-ci est entièrement due au calorique.

350. Evaporation des liquides. Quand on expose un liquide à l'air libre, on sait qu'il se dissipe peu à peu , et qu'après un laps de temps plus ou moins long, il a entièrement disparu; cet effet se nomme evaporation.

Nous avons vu précédemment que, si on introduit un liquide dans un espace vide ou rempli d'air sec, une partie, de ce liquide passe à l'état de vapeur, que la quantité ne dépend que de la température , et qu'il n'y a de différence entre l'air et le vide que par l'inégale rapidité de la vaporisation, qui se fait subitement dans le vide et très lentement dans l'air. D'après cela , on voit que si on expose à l'air libre un liquide, de l'eau par exemple, cette eau se vaporisera si la quantité de vapeur aqueuse contenue dans l'air n'est pas celle qui convient à cette tem-

nrvsiQUE. 285

pérature; l'évaporation sera d'autant plus rapide, que l'air sera moins chargé d'humidité , que la température du liquide sera plus élevée , que ce liquide offrira plus de surface, et enfin que les couches d'air en contact avec la surface liquide seront renouvelées successivement , à mesure qu'elles se chargeront de vapeurs. M. Dalton a trouvé que l'évaporation de l'eau dans une atmosphère calme et sèche était proportionnelle à la force élastique de la vapeur qui se forme.

35 t. Ebullition. L'ébullition d'un liquide a lieu quand la vapeur se forme au sein de sa masse ; ce qui distingue ce phénomène de l'évaporation, où les vapeurs se forment à la surface liquide. Si les bulles de vapeurs qui prennent naissance sur les parois échauffées d'un vase peuvent traverser un liquide. , c'est que leur tension est égale à celle de l'atmosphère • augmentons la pression pour le même liquide, et nous verrons qu'il n'entrera en ebullition que lorsque la température sera assez élevée pour donner à la vapeur une force élastique capable de vaincre la nouvelle pression. La condition capitale pour l'ébullition sera donc la température , et les conséquences sont que : i° la vapeur doit trouver à absorber, sur les parois du vase, le calorique latent nécessaire à sa formation -7 <i° que les bulles se succèdent avec d'autant plus de vitesse, qu'il sera fourni plus de chaleur dans un temps donné aux parois extérieures du vase.

Cinq causes font varier l'ébullition : i° la pression ; i° la cohésion du liquide ; 3° la nature du vase qui le contient; 4° la profondeur de la niasse -y 5° la nature des substances qu il tient en dissolution. En effet, l'eau bout bien au-dessous de ioo° dans le vide, et bien au-dessus dans la marmite de jpapiuj en vertu du premier principe; les liquides

très denses entrent en ébuliition à une température plus élevée , en vertu du second principe ; car les petites bulles de vapeur ont à vaincre la pression du liquide, qui vient s'ajouter à celle de l'atmosphère. L'ébullition de l'eau, plus tardive dans le verre que dans le cuivre, est un exemple du troisièmeprincipe.

La hauteur d'un liquide dans un vase augmentant la pression à sa surface , l' ébuliition se trouve encore retardée.

Les eaux chargées de nitre, de sel, de sel ammoniac, etc., ont leur point d' ébuliition à 109°, ii4°74i 1*5°, 6, parce que leurs densités se trouvent augmentées. C'est là le cinquième et dernier principe.

Trois causes font aussi varier la rapidité de l' ébuliition : i° V activité du foyer ; 'i° V épaisseur de la chaudière ; 3° retendue de la surface liquide gui reçoit l'action du Jeu.

35'2. D'après ce qui précède, nous voyons que trois causes différentes peuvent déterminer la condensation des vapeurs ou les ramener à leur état primitif : î° la compression ( exemple, la liquéfaction du cyanogène , de l'hydrogène sulfuré , de l'acide car] boni que par MM. Faraday et Davy)j i° le refroidissement (exemple , le passage d'une vapeur à travers un liquide froid. Toutes les distillations sont dans ce cas ) ; 3° l'affinité d'une substance pour la vapeur condensée ( exemple , l'affinité des sels déliquescents pour la vapeur d'eau. )

353 . Sources de la chaleur. "Les sources delà chaleur sont au nombre de cinq : le soleil, les combinaisons chimiques , la percussion , le frottement etYéleo tricité.

354.' Nous pouvons considérer le soleil comme une source de chaleur qui ne tarit jamais, mais qui varie suivant les lieux et suivant les saisons \

PHYSIQUE. 28y

c'est-à-dire suivant les positions relatives de la terre à l'égard de cet astre. Aussi les pôles, qui reçoivent à peine quelques rayons solaires , sont-ils constam ment glacés, tandis que les régions équatoriales sont toujours brûlantes, parce qu'elles reçoivent presque perpendiculairement les rayons du soleil.

355. Dans toutes les combinaisons chimiques, il y a dégagement de chaleur , et quelquefois dégagement de lumière. Ainsi, en mêlant ensemble quatre parties d'acide sulfurique avec une partie d'eau, la température du mélange arrive à cent degrés, et quelquefois au-dessus. En combinant la. potasse , la soude avec l'acide sulfurique, on obtient un dégagement de chaleur très considérable. Le bismuth , l'arsenic, l'antimoine, très divisés, s'enflamment dès qu'on les fait tomber dans le chlore gazeux.

Si l'on verse de l'acide sulfurique sur un mélange de benjoin et de chlorate de potasse, la température augmente et le mélange finit par s'enflammer.

Enfin, la combustion, phénomène si étonnant, se fait tantôt avec dégagement de chaleur et de lumière, et tantôt elle se fait sans dégagement de lumière, et même sans dégagement de chaleur appréciable : c'est ainsi que le fer, le phosphore , etc., exposés k la température ordinaire dans l'atmosphère , se combinent avec l'oxygène de l'air , sans dégagement de chaleur sensible au thermomètre.. Mais si on prend le fer en fils assez fins, qu'on élève sa température jusqu'à un certain point , et qu'on le plonge dans l'oxygène, on le voit brûler avec dégagement de chaleur, et d'une lumière telle, que Fceil en est ébloui.

356. Le chlore, l'oxygène et l'air atmosphérique dégagent, par une compression subite, une chaleur considérable qui peut enflammer l'amadou. Si la compression se fait dans un vase transparent, on,

peut apercevoir une vive lumière , même clans le îoiir. En comprimant les corps , on diminue les intervalles que laissent entre eux les atomes , et alors on suppose que le calorique de ces corps, acquérant plus d'élasticité que celui des corps environnants , s'échappe en occasionant une élévation de température plus ou moins considérable.

35^ . Tout le monde sait que quand on frotte deux corps l'un contre l'autre , il y a production de cha leur. Ainsi , en frottant deux morceaux de bois secT on parvient , après quelques instants , à les enflammer. C'est de cette manière que quelques peuplades sauvages se procurent du feu. Dans le briquet ordinaire, ce sont les parcelles de fer détachées par le choc subit de l'acier contre une pierre dure , qui s'enflamment, et qui, tombant sur des corps combustibles, comme l'amadou, en déterminent la combustion.

358. En parlant des effets mécaniques de l'électricité, nous verrons que la réunion des deux fluides peut rougir les métaux, les fondre , et enflammer les liquides combustibles.

35g. Enfin , nous savons que quand un corps solide passe à l'état liquide , il absorbe une quantité très' considérable de calorique : cette absorption du calorique est rendue manifeste dans le mélange de quelques corps.

36o. Mélanges frigorifiques . Lorsqu'on mêle une partie de sel marin avec une partie de neige ou de glace bien pilée , le mélange devient liquide , et sa température s'abaisse au dessous de zéro. Un thermomètre placé dans le mélange marque — i8°. Cet effet est dû. à l'affinité réciproque du sel et de l'eau , et à la propriété qu'ont les corps d'absorber du calorique pour passer de l'état solide à l'état liquide.

physique. â8g

Quand on veut congeler le mercure , on se sert d'un mélange dont la température s'abaisse bien au-dessous du point de la congélation de ce métal. On prend trois parties de chlorure de calcium cristallisé , que l'on mêle avec deux parties de neige : l'abaissement de température qui en résulte est très considérable : il est quelquefois de 55°; mais il faut refroidir préalablement le chlorure de calcium et la neige , en les enveloppant séparément d'un mélange de sel marin et de neige à — 18 degrés. On conçoit très bien que le thermomètre à mercure n'est plus propre à évaluer une semblable température; mais alors on se sert du thermomètre à alcool, qui ne se congèle qu'à des températures encore beaucoup plus basses.

On peut encore produire du froid avec les liquides, et cela est évident, puisqu'on se vaporisant ils absorbent beaucoup de calorique. Que l'on agite , en effet, dans l'air, un thermomètre dont la boule est recouverte de coton imbibé d'éther, et on le verra aussitôt descendre à — i5°. C'est encore par l'évaporation de l'eau qui suinte à la surface des alcarazas , que l'on se procure de l'eau très froide dans les saisons les plus chaudes *