CHAPITRE XIX

De la propagation de la chaleur,

§ i . Lorsque des corps qui ont une chaleur inégale au thermomètre, se touchent mutuellement, il se fait une Iransmission de chaleur du plus chaud au plus froid , jusqu’à ce que le thermomètre indique le même degré pour tous deux.

§ 'i. Cette communication de la chaleur, ne peut être détournée par aucun moyen. La chaleur est donc une chose qu’on ne peut empêcher de pénétrer dans les corps. Cependant elle se propage plus facilement et plus vite dans quelques corps que dans d’autres. Les meilleurs conducteurs delà chaleur, sont les métaux etl’eau (i) ; les plus mauvais sont les substances terreuses , les cendres, le bois, le charbon, le papier, la laine, la toile, les fourrures, etc. On peut éprouver le pouvoir de conductibilité d’un corps, en le chauffant très-fortement à l’une de ses extrémités, et observant le temps que la chaleur emploie à se propager à l’autre. (Pag. 77 not.)

§ 3. Il y a dans l’air atmosphérique deux sortes de propagation de la chaleur : la première ne diffère pas de ce qui est décrit ci-dessus ; et Fair, à cet égard, doit être rangé dans la classe des mauvais conducteurs de la chaleur : Fautre consiste en ce qu’autour d’un corps échauffé , il se répand , avec une vitesse instantanée et en ligne droite ,

(1) On trouve clans les Annales de Gilbert , Tom. I, II, Y, et sur-tout Tom. XIV, un grand nombre de mémoires relatifs au doute que le comte de Jiumford a élevé dernièrement sur la conductibilité de Feau et de tous les fluides liquides.

une chaleur qui ne se combine pas avec l’air, mais qui parait seulement le traverser; c’est ce qu’on nomme chaleur rayonnante (*). Scheele l’observa le premier ; par hasard , devant la porte ouverte d’un> four. Plusieurs corps la réfléchissent à la manière des rayons de lumière, particulièrement les métaux; de sorte qu’on peut la réunir au foyer d’un miroir de métal. D’autres corps l’absorbent entièrement, ou en partie. Lorsqu’on veut faire des expériences précises sur la chaleur, il faut distinguer avec grand soin ces deux genres de propagation.

On trouve des détails plus étendus sur la chaleur rayonnante, dans la Physique d’ Haiiy ; dans Y Essai de Physique de Pictel , i.re partie; dans le Voyage aux Alpes de Saussure ; enfin, dans Gehler , IV, 553; Fischer, V, 343 (i).

$ 4- On doit une des plus importantes découvertes sur la théorie de la chaleur, a un physicien suédois nommé TVilke, qui , dans l’année 1 772, prouva que les corps de nature différente , cqui montrent une température égale au thermomètre , contiennent cependant des quantités de chaleur très-inegales. Les expériences d’après lesquelles il prouva ceci, furent faites de la manière suivante : en mettant une livre d’eau à o°, avec une livre d’eau à une autre température, par exemple à

(*) Le calorique est susceptible de s’échapper en rayonnant de la surface des corps , de traverser l’espace et d’étre réfléchi par les surfaces , le tout suivant les mêmes loix que la lumière. Au moyen du thermomètre différentiel qui a pour objet d’apprécier les plus légères différences de température , 011 a reconnu qu’en plaçant au foyer d’un miroir concave, un ballon de verre rempli d’eau bouillante, et le thermomètre différentiel , au fo}'er d’un autre miroir concave posé vis-à-vis du premier, il se développe dans ce foyer une quantité de chaleur assez grande. "V oici à ce sujet une expérience curieuse de M. tVollaston: supposons qu’un thermomètre exposé le soir à l’air libre sous un ciel serein , soit parvenu à une température fixe : si Ton interpose un miroir métallique très-poli , dont la concavité soit tournée vers le ciel , et dont le thermomètre occupe le foyer , à l’instant, l’équilibre cessera d’avoir lieu ; le miroir qui intercepte le rayonnement de la terre, réfléchit sur le thermomètre , les rayons plus froids des régions supérieures de l’air et fait baisser le mercure du thermomètre. En faisant cette expérience, on remarque que la présence d'un nuage au zénith , fait quelquefois monter le thermomètre de plusieurs degrés. Ces faits trouvent leur application dans l’explication les météores.

(1) Voyez, aussi mon Traité de Physique , tom. IV.

DE DA CHALEUR

36°, on obtient un mélange à 180, par conséquent à la température moyenne; mais si l’on plonge dans une livre d’eau ào% une livre d’un métal à 36° , on observe, lorsque l’équilibre de chaleur est établi, une température beaucoup plus basse. Si, par exemple, le corps plongé est une masse de fer, l’eau et le fer, après que l’équilibre est établi, se trouvent seulement à 4°* Or , si Ton suppose qu’on ait pris de grandes précautions pour qu’il ne s’échappe par le vase que le moins de chaleur possible, il est clair que l’eau reçoit justement autant de chaleur que le fer en a perdu; ainsi, cette quantité de chaleur dont la perte a fait baisser de 23° la température du fer, n’a produit dans l’eau qu’une élévation de 4°j d’où il suit qu’il faut huit fois autant de chaleur pour augmenter d’un degré la température de l’eau, ou pour la diminuer, que pour changer d’un dégré la température d’une masse de fer d’une pesanteur égale.

$ 5. La quantité de chaleur que demande une unité de poids déterminée d’un corps, pour changer sa température d’un degré, s’appelle la chaleur spécifique du corps, ou sa capacité pour le calorique. On conçoit que cette propriété des corps peut être mesurée par des expériences semblables à celle qui vient d’être décrite. Si l’on prend pour unité la quantité de chaleur qui peut changer d’un degré la température d’une livre d’eau , on se convaincra facilement que la chaleur spécifique d’un autre corps , peut être représentée par une fraction dont le numérateur est le nombre de degrés dont la température de Veau a changé , et le dénominateur le nombre de degrés dont a varié la température du corps plongé , les masses étant suposées les mêmes . Ainsi, dans l’expérience que nous venons de rapporter, la chaleur spécifique du corps, serait = éL — 1 — 0,1 25 (1).

(t) Que l’on suppose égale à 1 la chaleur spécifique de l’eau , c’est-à-dire, la quantité de chaleur qui est nécessaire pour changer de i° la température d’une livre d’eau, la chaleur nécessaire pour changer cette température de n degrés, sera exprimée par n. Soitxla chaleur spécifique du corps plongé , c’est-à-dire , la quantité de chaleur nécessaire pour changer de i° sa température; pour un changement de température égal à n ' degrés , il faudra une chaleur représentée par n! x : mais dans notre expérience ,1a chaleur que l’eau reçoit, est justement aussi grande que

celle que perd le corps plongé; nous aurons donc n~n'x. D’où l’on tire x =—1. Si

le poids de l’eau n’est pas égal à celui qui est pris pour unité , mais qu’il soit égal

Le Calorimètre,

5 6» J Ville , Black, Craie fard et plusieurs autres physiciens ont déterminé, parce moyen, la chaleur spécifique de beaucoup de corps. Cependant, il existe un grand nombre de circonstances dans lesquelles cette méthode ne peut être employée; et d’ailleurs ses résultats sont assez incertains, puisque la conductibilité des vases et de l’air rend presque impossibles les observations précises. Lavoisier et Laplace ont donc rendu un grand service à cette partie de la science, en inventant le Calorimètre, On trouve une description complète de cet instrument dans le Système de Chimie Antiphlogistique de Lavoisier, On en voit une description abrégée dans Gehler et Fischer aux articles TVarmernesser, Nous nous bornerons à observer ici que ridée de cet instrument , est fondée sur le principe qu’une certaine quantité déterminée de chaleur est nécessaire pour fondre un poids déterminé de glace. On peut mesurer, au moyen du calorimètre , la chaleur que contient un corps au-dessus de o°, ou celle qui se développe par un procédé chimique quelconque, puisqu’on trouve avec exactitude combien celte chaleur peut fondre de glace. Pour cela , on place le corps qu’on veut examiner dans un espace rempli de tous côtés avec de la glace pilée, que l’on amène à la température de o° , en la laissant quelque temps exposée à l’air libre, supposé au-dessus de cette température : le corps reste dans cette enveloppe de glace jusqu’à ce que sa température propre soit o° ; ensuite on recueille avec soin toute l’eau devenue liquide, et le poids de cette eau donne la mesure de la chaleur qui a été employée à sa liquéfaction.

$ 7. Lorsqu’on veut déterminer, avec le calorimètre , la chaleur spécifique d’un corps, on le fait au moyen du procédé très-simple qui suit. On met dans le calorimètre un poids déterminé de la substance de ce corps, à une température connue, par exemple à 3on, et

à A , et que'celui du corps plongé soit B , on trouve , par un raisonnement semblait«

Lie, x — p — ( ; car An est la quantité de clialeur acquise par l’eau, et B«' x est

celle qui est perdue par le corps ; quantités qui doivent être égales entre elles.

( Voyez la Statique chimique de Berthollet , el le Traité de physique de Biol, où l’on trouvera aussi la discriplion détaillée du calorimètre déglace.)

1>E LA CHALEUR

on laisse fondre autant de glace par sa chaleur qu’il lui est possible d’en liquéfier. Suppose' que cette fusion produise ~ de livre d’eau : il y a eu, pour cela, autant de chaleur employée qu’il en aurait fallu pour élever fi de livre d’eau liquide de o° à (3o° (pag. 87 , § 7), Ou pour changer d’un degré la température de 60 fois autant d’eau , c’est-à-dire, 1 livre puisque = 1 livre |. Maintenant, comme nous avons représenté par 1 la chaleur qui peut changer d’un degré la température d’une unité de poids d’eau (pag. g3 , § 5), toute la quantité de chaleur que le corps avait au-dessus deou, avant l’expérience, doit être exprimée par f§, ou 1 fi Mais cette chaleur avait élevé la température du corps mis en expérience à 3o°; par conséquent, il en faut la 3oe partie pour lui faire changer sa température d’un degré, c’est-à-dire, que sa chaleur spécifique est Enfin, pour

exprimer ceci en peu de mots, il faut prendre 60 fois le poids delà glace fondue et diviser le produit par la température qu avait le corps avant V expérience , pour trouver la chaleur spécifique qui lui est propre, Si le poids du corps n’est pas — 1 , il faut encore diviser le résultat par le poids du corps (1).

§ 8. L’usage du calorimètre a , sur la méthode des mélanges, l’avantage essentiel de donner la chaleur spécifique de tous les corps solides et liquides, sans exception. Les inventeurs ont même cherché à l’appliquer aussi aux substances aériformes pour lesquelles toutes les méthodes n’offrent cependant encore que des résultats fort incertains. Mais l’utilité du calorimètre s’étend beaucoup plus loin à d’autres égards, particulièrement puisqu’il peut servir à mesurer la quantité de chaleur qui se dégage ou qui s’absorbe dans les combinaisons chimiques. Il faut chercher dans des ouvrages plus étendus la manière de faire ces expériences.

§ 9. Nous allons extraire de Gehler , IV, 6o3, ou de Fischer , V ,

(1) Le poids du corps étant p, sa température avant l’expérience t° , le poids de

(joct

la glace fondue a, la chaleur spécifique du corps a, on aura x — - — . Pour

tp

l’exemple du texte, on ap 1 , t = 3o°, a = d’où x ~ ~Q, En se servant

An

de la formule x = — . on a A = i,5 ; B = 1, n = i°,

46i , quelques chaleurs spécifiques déterminées par Laplace et La-

voisier (1), au moyen de cet instrument.

1 Eau ordinaire 1

2 Fer-blanc 0,1100

3 Crown-glass , ou verre sans mélange de plomb. .... 0,1929

4 Mercure • 0,0290

5 Chaux vive 0,2169

6 Eau et chaux vive dans le rapport de 9 * 16 0,439t

7 Acide sulfurique du poids spécifique de 187058 0,3346

8 Acide sulfurique et eau dans le rapport de 413.... o,6o32

9 Dans le rapport de 4.5 o,663i

On trouve une plus grand liste de chaleurs spécifiques reconnues par différens observateurs, dans les ouvrages indiqués. Gehler , IV, 5^5 ; et Fischer j V, 4^4*)

Nous 11e rapporterons de celles-ci que les suivantes :

10 Glace 0,900

11 Mercure.... o,o33

1 2 Fer 0,120

1 3 Zinc 0,067

14 Plomb o,o5o

§ 10. Nous allons expliquer ce que signifie une semblable table.

1) Si Ton prend pour unité la quantité de chaleur nécessaire pour changer de i° la température d’un poids déterminé d’eau , le nombre o,i25, par exemple, qui correspond au fer, indique qu’un poids égal de fer n’aurait besoin que de y6'6q> c’est-à-dire, -h de celte chaleur, pour changer sa température d'un degré.

2) Tant qu’il est possible d'admettre que les degrés du thermomètre croissent et décroissent en proportions égales avec la chaleur (pag. 74; § 8), on peut attribuer encore un autre sens aux nombres de

(1) Voyez le beau Mémoire de MM. Lavoisier et Laplace , sur la Chaleur , Académie des Sciences , pag. 1^80. Pour la chaleur spécifique des différées gaz, voyez les Recherches de Berard et Delaroche , rapportées dans le Traité de Physique de Biot , tome IAr.

DE LA CHALEUR

cette table. Ils montrent le rapport de la chaleur reelle que deux corps de poids égaux, acquièrent depuis o° jusqu’à une meme température. Ainsi, les nombres o,o33 et o,ia5 placés après les numéros 1 1 et 12 , indiquent que les quantités de chaleur au-dessus de o°, que le mercure et le fer contiennent à d’égales températures, sont comme o,o33 à 0,125, ou comme 33*125. Si ce rapport était invariable sous toutes les températures, ces nombres exprimeraient aussi le rapport des quantités absolues de chaleur ; mais on ne peut adopter ce résultat avec certitude qu’entre les températures de o° à 8o° de Deluc , et 011 ne doit l’appliquer qu’à la quantité de chaleur qui excède la chaleur contenue dans le corps à la température de la congélation (1).

J 11. On concevra facilement, d’après ceci, comment on calcule la quantité de chaleur qui existe effectivement dans une combinaison. Si l’on mêle quatre livres d’acide sulfurique et cinq livres d’eau à une égale température, ce mélange doit contenir, outre sa chaleur propre à o°, quatre fois 0,3346, plus 5 fois 1 , c’est-à-dire, 6,3384 do chaleur : chaque livre, qui est la g.e partie de la combinaison, contiendra donc 0,7043. On devrait croire que ce nombre représente la chaleur spécifique de la combinaison; mais, selon l’évaluation donnée dans l’article 9, elle n’est cependant que de o,663i. Si l’on examine d’autres combinaisons delà même manière, par exemple, une combinaison d’eau et de chaux, on trouve un écart analogue.

§ 12.Il se passe donc, dans de semblables combinaisons de corps hétérogènes , des changemens internes de chaleur spécifique, de sorte qu’on ne peut trouver , à priori , la chaleur spécifique de la combinaison par aucun calcul. Ce phénomène remarquable est si généra! , qu’il n’existe peut-être pas deux substances dont la capacité pour le calorique ne souffre quelque altération parleur combinaison chimique.

(1) Dans une température de t° au-dessus de la congélation, chaque corps contient, outre sa chaleur primitive à o°, t fois autant de clialeur qu’il est nécessaire pour changer sa température d’un degré. Ainsi, lorsqu’on multiplie tous les nombres de la table par /, on a l’excédant de chaleur que contient le corps à une température de 1° au-dessus de la congélation. Mais comme les rapports des nombres ne sont pas changés , quand on les multiplie par un meme facteur , les nombres de la table peuvent être employés pour cette comparaison , dans chaque température , sans multiplication préalable.

iß

§ i3. C'est par cette remarque que Ton explique le phénomène important de la production du chaud ou du froid qui s’opère souvent dans la combinaison chimique de deux substances : on l’observe déjà dans les dissolutions d’un sel. Le muriate de chaux, bien desséché, produit de la chaleur, quand il se dissout dans l’eau ; cristallisé, il produit du froid. De la magnésie calcinée , jetée dans l’acide sulfurique concentré, s'échauffe fortement : il en est de meme de la chaux, et de même encore de l’acide sulfurique qu’on mêle avec de l’eau, etc.

Ainsi, quand la chaleur qui doit être contenue dans une combinaison, d’après le calcul de l’article 1 1 , est plus grande que la chaleur spécifique réelle, cela signifie que cette combinaison contient moins de chaleur que ses parties constituantes n’en auraient à la même température; c’est-à-dire, qu’il doit y avoir de la chaleur rendue libre, lors de la combinaison.

Si, au contraire, la chaleur réelle est plus grande que la chaleur spécifique déduite du calcul, il doit se produire du froid dans la combinaison.

Ceci explique aussi pourquoi , dans les changemens d’état d’agrégation par les combinaisons chimiques, les phénomènes ne sont pas toujours conformes aux principes rapportés pag. 88 et 93,$$ i o et 1 3 ( i ).

(i) Par des expériences tres-exactes, faites sur diverses substances solides et liquides, MM. Petit et Dulong ont découvert que leurs capacités de chaleur sont variables aussi bien que Leurs dilatations. Voici le tableau qu’ils ont donné de leurs résultats :

Noms des substances

Capacités moyennes prises entre o° et ioo° centésim.

Capacités moyennes prises entre o° et 3oo° centésim.

Antimoine

Argent

Cuivre

Fer

Mercure

Platine

Verre

Zinc

flans ces résultats , la capacité de Peau pour le calorique, est prise poür Unité'.

DE LA CHALEUR

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