DÉTERMINATION DE LA CHALEUR SPÉCIFIQUE DES CORPS SOLIDES ET LIQUIDES

La chaleur spécifique d'un corps solide ou liquide est, ainsi que nous l'avons déjà dit, la quantité de chaleur nécessaire pour faire varier de 1" la température de l'unité de poids de ce corps.

Les procédés employés pour déterminer la chaleur spécifique des solides et des Uquides sont au nombre de quatre : le calorimètre de glace^ la méthode des mélanges^ la méthode du refroidissement^ et le thermomètre à calories de MM. Favre et Silbermann.

§ î, — Calorimètre de glace.

La méthode d u calorimètre de glace est due à Lavoisier et Laplace, qui l'ont employée dans leur grand travail sur la chaleur (1). Bien qu'elle soit aujourd'hui généralement abandonnée, elle a conservé une certaine importance dans la science , et nous devons l'exposer avec quelques détails, parce que Lavoisier s'en est servi pour déterminer la chaleur de combustion du carbone et de l'hydrogène, etpour comparer la quantité de chaleur cédée par un animal au milieu ambiant, à celle qui, dans le même temps, est fournie par les phénomènes physicochimiques de la respiration .

(1) Mémoires de l'Académie des sctênces, 1780, [.>. 369.

Le calorimètre de glace (fig. 15) se compose essentiellement de trois cavités concentriques, limitées par des parois métalliques. La première, A, est vide, ses parois sont à claire-voie ; elle sert à loger le corps solide ou liquide

dont on veut déterminer la chaleur spécifique, elle est d'ailleurs fermée supérieurement par une plaque métallique H disposée en couvercle. La seconde, B, est remplie de glace fondante, et communique avec le robinet D. La troisième, C, complètement isolée de la seconde, est aussi remplie de glace fondante, et communique avec le robinet E ; l'appareil est d'ailleurs fermé par un couvercle F, recouvert lui aussi de glace fondante.

Le corps dont on veut mesurer la chaleur spécifique étant placé dans la cavité A, se refroidit et se met en équilibre de température avec la glace qui l'entoure de toutes parts ; toute la chaleur qu'il perd, en descendant

Jl"

Fig. 15.

ainsi de sa température initiale à celle de zéro, est absorbée par la glace de la deuxième enceinte B et employée tout entière à la fondre sans élever sa température. L'eau qui provient de cette fusion coule par le robinet D, est recueillie dans le vase G, et son poids représente le poids de la glace fondue par la chaleur que le corps a perdue. Quant à la glace de la troisième enceinte G et du couvercle F, elle est simplement destinée à mettre celle de la deuxième enceinte à l'abri de l'influence de la température extérieure, afm que sa liquéfaction ne soit due qu'à la chaleur cédée par le corps en expérience.

Ge procédé suppose que l'on connaît la quantité de chaleur nécessaire pour fondre l'unité de poids de glace à zéro sans produire d'élévation de température. Nous exposerons plus tard les moyens à l'aide desquels on a fait cette détermination ; contentons- nous de dire ici que l'unité de poids de glace à zéro, pour passer de l'état solide à l'état hquide, sans que sa température s'élève, absorbe 79,2 calories. Gela posé, nous avons tout ce qu'il faut pour déterminer une chaleur spécifique à l'aide du calorimètre de glace.

Soit Run corps solide dont on veut déterminer la chaleur spécifique. On commence par chercher son poids P; ^ puis on le chauffe et l'on note r, le nombre de degrésqu'atteint sa température. On le place alors rapidement dans la cavité centrale A du calorimètre préparé à l'avance. On recueille avec soin l'eau qui s'écoule par le robinet D. Quand ce robinet ne fournit plus de liquide, cela indique que le corps est en équilibre de tempéra-

/lO PHYSIQUE MÉDICALE.

ture avec la glace fondante de la deuxième enceinte ; il est alors descendu de la température initiale r à la température 0\ Pour terminer l'opération, il n'y a plus qu'à déterminer le poids M de l'eau écoulée par le robinet D et recueillie dans le vase G , eau qui représente toute la glace fondue par la chaleur que le corps en expérience a perdue en se refroidissant.

Puisque l'unité de poids de glace à zéro absorbe, pour fondre, 79,2 calories, la quantité de chaleur cédée par le corps dans cette opération est égale au poids M de l'eau qui s'est écoulée de la deuxième enceinte multiplié par 79,2.

Ce corps solide d'un poids P, en se refroidissant de if", a donc perdu une quantité de chaleur représentée par

Sous l'unité depoids et pour un refroidissement de 1% la quantité de chaleur cédée par ce corps serait donc :

D'après notre définition, cette valeur de C est la chaleur spécifique cherchée. Quand il s'agit de déterminer la chaleur spécifique ' d'un liquide ou d'un corps pulvérulent, après avoir déterminé son poids P, on le place dans un vaseV dont le poids et la chaleur spécifique sont connus. On échauffe le vase et le corps qu'il contient jusqu'à la température ^% on suspend le vase au couvercle de la capacité intérieure Adu calorimètre, et l'on procède commeprécé-

CALORIMÉTRIE. /il

demment. La chaleur absorbée par la glace est fournie à la fois par le vase et par le corps qu'il renferme, qui tous deux perdent r de température. Si C est la chaleur spécifique du vase et P' son poids, ce vase aura cédé une quantité de chaleur égale à G^ P'. if^.

Par conséquent, en désignant toujours par M la quantité de glace fondue dans l'opération, la quantité de chaleur cédée par le corps d'un poids P, en se refroidissant de sera égale à

D'où l'on déduira que la chaleur spécifique du corps, c'est-à-dire la quantité de chaleur qu'il aurait perdue sous l'unité de poids et pour un refroidissement de 1°, est égale à

Dans cette méthode, on suppose que l'eau recueillie dans le vase G, et qui s'est écoulée par le robinet D, représente la totalité de la glace fondue, et ne représente que la glace fondue. Mais d'abord les parois métalliques delà deuxième enceinte retiennent toujours une certaine quantité d'eau qui les mouille. Rien ne prouve qu'à la fin de l'expérience cette eau adhérente n'est pas en plus grande ou en plus petite quantité qu'au commencement. A cause du volume considérable de l'instrument, cette circonstance jette un peu d'incertitude sur l'exactitude du résultat final. De plus, la glace étant un corps très hygrométrique, si l'appareil a été chargé avec de la glace

humide^ chaque fragment contient une certaine quantité d'eau liquide d'imbibition qui s'écoule par le robinet D, en même temps que l'eau de fusion ; dans ce cas, le poids de l'eau recueillie est plus considérable que celui de la glace fondue pendant l'opération. Si, au contraire, la glace qui a servi à charger l'appareil est très sèche, une partie de l'eau de fusion, au lieu de s'écouler au dehors, sert à saturer les fragments de glace qui restent dans la deuxième enceinte, etle poids de l'eau recueillie est inférieur à celui de la glace fondue pendant l'opération. Cette dernière cause d'erreur se retrouve tout entière dans \e puits de glace que Gay-Lussac avait proposé de substituer à l'appareil de Lavoisier.

La méthode de la fusion de la glace, malgré la simplicité et la rigueur des principes sur lesquels elle repose, est aujourd'hui complètement abandonnée, parce que ses résultats manquent d'exactitude et de précision, et que les causes d'erreur dont elle est entachée sont de celles dont il est impossible de se garantir complètement.

§ II. — Méthode des mélanges.

Généralement adoptée aujourd'hui pour déterminer la chaleur spécifique des corps solides et des corps liquides, la méthode des mélanges repose sur des principes d'une grande simplicité, et donne, quand elle est employée avec toutes les précautions convenables , des résultats d'une exactitude incontestable.

Soit V un vase de laiton à parois très minces supporté sur des fils de soie croisés, fixés eux-mêmes aux mon-

CLORIMÉTRIE. 43

tants a, a, a (fig. 16). Dans ce vase on met un poids connu d'eau ; un thermomètre K à réservoir très long et de faible diamètre donne à chaque instant la tempé-

Fig. 16.

rature du liquide. Cet appareil constitue un calorimètre à eau. A côté du vase, et à une certaine distance, on place un thermomètre L destiné à donner la température de l'air.

Si, dans ce vase ainsi préparé, on plonge un corps dont la température soit supérieure à celle de l'eau qu'il contient, le corps se refroidit et l'eau s'échauffe jusqu'à ce qu'ils soient en équilibre de température. Tant que l'eau s'échauffe, le mercure monte dans la tige du thermomètre K, et son maximum d'élévation coïncide avec l'établissement de l'équilibre de température entre l'eau du vase V et le corps immergé. 11 est évident qu'à ce moment toute la chaleur perdue par le corps est passée dans l'eau du vase V et a servi à élever sa température. D'ailleurs, pour que l'équilibre s'établisse vite et que la