LE LA BALANCE

division parcourue par l’aiguille se trouve exactement dans la verticale du centre de suspension ’7 il faut donc rendre de nouveau cette ligne verticale lorsque Fon monte la balance , ou , ce qui revient au même, il faut rendre horizontale la plaque sur laquelle la division est tracée. Pour cela on se sert d'un niveau à bulle d’air que Fon pose sur cette division , et Fon cale la table qui porte la balance jusqu’à ce que ce niveau indique l’horizontalité. Il faut même que l’horizontalité ait lieu dans tous les sens , afin que le plan qui porte le couteau ne se renverse point en avant ou en arrière , mais soit aussi horizontal. Quand ces conditions sont remplies , la balance a toute sa sensibilité ; elle est en état d’agir * et , chaque fois qu’on atteint l’équilibre , les oscillations de l’aiguille sont lentes, régulières , et s’étendent à des amplitudes égales de part et d’autre du zéro de la division. Les balances de ce genre , construites par Fortin , sont tellement sensibles , que , chargées , dans chaque plateau , de mille grammes , un seul milligramme suffit pour les faire trébucher.

J’ai du entrer dans tous ces détails , parce que la détermination précise des poids est un des élémens les plus importais de toute la physique , et qu’on est sans cesse obligé d'y recourir. La méthode des doubles pesées que je viens d’exposer est due à Borda. Elle est facile et sure 7 c’est la seule qui dans la pratique soit réellement indépendante de l’inégalité des bras de la balance et de l’effet du frottement. En remployant avec les précautions que nous avons expliquées , on obtiendra aussi exactement qu’il est possible les poids des corps au moment où on les aura soumis à cette opération. Mais en répétant l’expérience sur le même corps à différentes époques, on y trouvera quelques différences , sur-tout si son volume est considérable et son poids faible. ‘Cela vient de ce que les pesées sont faites dans F air , qui est un fluide pesant , comme nous le prouverons bientôt. Nous avons reconnu dans le Ier. livre que les corps plongés dans un fluide y perdent une partie de leur poids égale à celui du volume de fluide qu’ils déplacent. Ainsi lorsque nous pesons des corps dans l’air , ce n’est réellement pas leur poids absolu que nous

DE LA BALANCE. llg

observons , mais l’excès de leur poids sur celui d’un pareil volume d’air. Or , nous prouverons également par l’expérience que l’air pris à la surface de la terre n’a pas toujours le meme poids sous le même volume , parce qu’une infinité de causes accidentelles le dilatent ou le condensent. Ces variations doivent donc changer la perte de poids des corps que l’on y pèse ; par conséquent , pour avoir les vrais poids de ces corps , il faut y ajouter le poids variable du volume d’air qu’ils déplacent , et les réduire , en un mot , au même cas que si on les eut pesés dans un espace entièrement vide d’air et de toute autre matière pesante. C’est en effet ce que nous ferons par la suite • mais pour y parvenir il nous faut acquérir un assez grand nombre de connaissances expérimentales qui nous manquent encore. J’ai voulu seulement indiquer ici , d’après l’expérience , la nécessité de ces réductions pour avoir les poids constans et absolus des corps; . nous apprendrons plus loin , et toujours par l’expérience , comment on peut les effectuer.

C H APITRE III.

De la construction du Thermomètre , et de la manière

de s'en servir .

Dès que l’on commence à porter son attention sur l’ensemble des phénomènes physiques et chimiques, on voit que l’agent le plus puissant, le plus actif et le plus généralement employé dans la nature et dans les arts, c’est le feu. Nous sentons à chaque instant les effets qu’il produit sur nos organes, soit lorsqu’il les brûle par une trop grande ardeur, soit lorsqu’il les réchauffe doucement dans les rigueurs de l’hiver. Il échauffe toutes les substances; et, s’il ne les embrase, il les fond , les rend liquides , les fait rougir , bouillir , et les convertit en vapeurs. Même lorsqu’il semble agir avec moins d’énergie, il étend les dimensions des corps, il change leur volume et les modifie sans cesse dans leurs propriétés les plus

DU THERMOMETRE.

cachées. Pour pouvoir observer ces propriétés d’une manier# comparable dans différens corps, ou dans le même corps k des époques différentes, il faut nous prémunir contre cette cause perpétuelle de variation ; et, puisque nous ne pouvons l’empêcher d’agir , il faut au moins trouver quelque manière de fixer l’état précis où elle met chaque corps à l’instant où nous l’observons.

Mais d’abord , réduisons cette cause àson expression la plus abstraite. Quoique le mot de feu entraîne avec lui l’idée de flamme et de lumière , cependant il n’est pas difficile de voir que tous les phénomènes que nous venons de décrire peuvent être produits sans le concours de ces deux circonstances ; car si j’ai fait fondre du plomb dans un vase de fer par le moyen du feu , ce plomb, qui ne sera point enflammé et qui ne jetera pas de lumière , deviendra capable à son tour d’échauffer d’au-! très corps - il fera fondre la glace, le soufre et l’étain - il enflammera la cire , il fera bouillir l’eau et tous les autres liquides , il les convertira en vapeur. Puisqu’il agit ainsi sur ces corps sans flamme ni lumière , nous pouvons par la pensée séparer ces deux modifications du principe , quel qu’il soit , qui produit tous ces effets; et, pour fixer invariablement cette séparation , pour désigner isolément ce principe , nous lut donnerons un nom particulier , nous l’appelerons le calorique ,

Cette distinction simple et naturelle nous conduit à voir que le mot chaleur , dans lequel on enferme ordinairement l’idée vague d’une cause , n’exprime réellement que la sensation que le calorique produit sur nos organes; et, par extension , celle qu’il produit sur des organes plus résistans , ou même sur des corps non organisés. Désormais nous emploierons toujours le mot chaîeqr dans cette seule acception , pour exprimer généralement le mode d’action particulier au calorique.

Mais la sensation de la chaleur, lorsque nous l’éprouvons , n’a pas toujours la même énergie; il y a des degrés entre la douce chaleur que nous éprouvons dans un bain et celle qui nous brûle lorsque nous touchons un fer rouge. La chaleur qu’excite un seul charbon embrasé suffit pour enflammer le

DU THERMOMÈTRE

soufre; elle ne suffit plus pour fondre le cuivre ou l’argent. Afin de définir les differentes énergies du calorique dans ces diverses circonstances, nous leur donnerons le nom de terri -

pêratures ; et nous appellerons températures plus ou moins chaudes celles qui produiront ou qui seront capables de pro->. duire, sur nous ou sur les autres corps, des sensations plus ou moins vives de chaleur. Nous ne voulons par-là qu’exprimer l’inégalité de ces sensations et de leurs effets, non la mesurer ni la fixer: encore moins prétendons-nous en tirer quelque induction sur la manière dont elles dépendent du calorique qui les produit,. Toutes ces choses ne peuvent se déterminer sûrement que par des mesures précises que nous chercherons plus tard ; mais auparavant il fallait au moins sentir le besoin de les chercher.

Il arrive souvent dans les sciences que ceux qui introduisent une expression nouvelle pour exprimer la cause inconnue d’un phénomène, se laissent ensuite entraîner à détourner cette définition de son sens abstrait pour la réaliser et lui donner un corps; cela est arrivé , par exemple, pour le calorique. La plus grande partie des physiciens et des chimistes regardent le calorique comme une matière à laquelle ils attribuent plusieurs propriétés analogues à celles que les autres substances matérielles possèdent , telles que l’élasticité , la compressibilité et la faculté d’entrer en combinaison avec d’autres corps. Ges propriétés matérielles ils les lui supposent par analogie ; car, comme on ne peut voir le calorique ni le peser, ils sont obligés, tout en le regardant comme une ma^ ti'ère , de le dépouiller, au moins pour nos sens , des propriétés les plus apparentes par lesquelles nous puissions nous assurer de l’existence matérielle des corps; je veux dire Fimpénétra-* bilité et la pesanteur. D’autres physiciens , en plus petit nombre , ont regardé le calorique non comme une matière , mais comme un principe de mouvement qui excite dans les parti-* cules des corps certaines vibrations très-petites , d’où résu!-* teraient pour nous la sensation et les phénomènes de la chaleur.. Enfin , un très-petit nombre de physiciens-géomètres , ne s’attachant ni à l’une ni à l’autre de ces opinions , se sont.

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bornes à admettre les principes qui leur étaient communs. Nous examinerons plus tard, par l’expérience , les probabilités de ces diverses hypothèses ; nous puiserons dans chacune d’elles les analogies sur lesquelles elles se fondent; et, après les avoir établies par l’expérience, nous en tirerons des lois générales et certaines par lesquelles les phénomènes qu’elles embrassent se trouveront liés. Mais jusqu’à cette époque, et à cette époque même , nous tiendrons scrupuleusement au sens abstrait des dénominations que nous avons adoptées. Le calorique ne sera pour nous que la cause inconnue de la sensation de la chaleur, et le mot de température n’exprimera que les diverses énergies de son action.

Nous nous trouvons ainsi arrêtés toutes les fois que nous voulons remonter aux causes premières des phénomènes* la fin de notre science est de reculer le doute , et de le faire porter sur les seuls objets que notre raison ne peut , ôu n’a pas encore pu, atteindre. L’art des expériences consiste à découvrir dans les phénomènes ceux qui sont les plus généraux , les plus influens. Ces faits bien constatés, exactement reconnus, servent ensuite de principes pour arriver aux autres faits comme conséquences. Alors nos incertitudes ne portent plus sur les phénomènes généraux ni sur leur combinaison , les seules choses qui nous soient réellement utiles; elles portent uniquement sur la cause première d’un petit nombre de faits ; et, si elles sont inévitables , elles sont du moins réduites à leurs justes bornes. Nous voyons les phénomènes se succéder, comme les générations des hommes, dans un ordre que nous observons, mais sans pouvoir dire ou même concevoir comment il a commencé. Nous suivons les anneaux d’une chaîne infime ; nous pouvons bien , en ne la quittant pas, remonter

d’un anneau à un autre; mais le point oii la chaîne est suspendue n’est pas à la portée de nos faibles mains.

Pour découvrir et fixer les rapports naturels des phénomènes entre eux, il ne suffit pas de les observer vaguement, et de les envelopper dans des hypothèses toujours vacillantes et incertaines ; il faut déterminer d’une manière précise la nature et l’étendue de leurs effets, afin de n’avoir à combiner dans

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nos raisonnemens que des données rigoureuses; en un mot, il

faut les mesurer. Mesurer et peser , voilà les deux grands secrets de la chimie et de la physique ; ce sont laies causes de toutes les découvertes qu’elles ont faites dans ces derniers temps.

Or, pour fixer par des mesures précises les divers degrés d’action du calorique , choisirons-nous les effets dévorans et destructifs qu’il exercesur presque tous les corps de la nature? Non, sans doute, puisque l’altération même qui en résulte dans la constitution de ces corps exclurait toute idée de comparaison. Trouverons-nous des termes plus fixes dans les sensations variables de chaleur et de froid que nous éprouvons? Pas davantage. Il ne faut pas avoir beaucoup réfléchi sur la nature de nos sensations, pour s’apercevoir que les indications qu’elles nous donnent sont purement relatives. La lumière, qui suffit pour nous faire discerner les objets dans une salle de spectacle où nous sommes restés quelque temps , nous semble une obscurité complète quand nos yeux viennent de recevoir la vive lumière du jour. Le même temps de dégel , qui nous paraît d’une douceur extraordinaire lorsqu’il survient tout à coup au milieu des rigueurs de l’hiver, nous semblerait un froid insupportable si nous l’éprouvions subitement au milieu des grandes chaleurs de l’été. C’est par cette raison que la température des souterrains nous semble froide en été et chaude en hiver , quoique, dans la réalité , elle reste constamment la même, comme nous le prouverons par la suite. On conçoit donc, par ces exemples, que les divers degrés d’intensité de nos sensations ne peuvent nous fournir une mesure constante des causes qui les produisent , puisque l’idée qu’elles nous donnent n’est jamais que relative et comparée.

Nous sommes ainsi conduits à chercher parmi les phénomènes , dont le calorique est la cause , ceux qui , s’exerçant sur des substances inorganiques , les modifient momentanément d’une manière reconnaissable , sans néanmoins altérer leur nature ni leur constitution intime ; de sorte que la cause étant ôtée , les corps reprennent exactement leur pr#»*

DU THERMOMETRE.

mier état , quel que soit le nombre cle ce? variations passagères auxquelles on les ait exposés. Or , il existe un phénomène dont le calorique est la cause principale , et qui remplit parfaitement toutes ces conditions , c’est celui que Ton appelle la dilatation et la contraction des corps.

C’est un fait général et facile à constater , que tous le& corps que l’on réchauffe , sans changer leur constitution , s’étendent dans tous les sens , de manière à occuper un volume plus considérable que celui qu’ils occupaient d’abord. Cette modification des corps se nomme dilatation y et lorsqu’un corps Féprouve, on dit qu’il se dilate. Tous les corps, quelle que soit leur nature , sont susceptibles d’éprouver cet effet.

La dilatation des corps solides , particulièrement des métaux , est fort petite tant qu’ils sont encore éloignés de l’état eii ils se fondent • cependant les effets en deviennent sensibles dans une infinité d’expériences journalières. Dans les grandes conduites d’eau , oh l’on emploie des tuyaux de fonte métallique attachés ensemble par des vis de fer , la différence de la chaleur de l’hiver à l’été fait tellement varier les dimensions de cette longue barre métallique , que l’on est obligé de placer de distance en distance , des tuyaux construits de manière à pouvoir glisser les uns dans les autres , pour se prêter aux effets de ces dilatations et contractions alternatives , sans quoi la colonne se romprait infailliblement. Les appareils de ce genre se nomment des compensateurs. On est aussi obligé d’en mettre dans les constructions des ponts en fer. C’est encore la dilatation des métaux qui fait que les verges des pendules s’allongent dans l’été et se raccourcissent dans l’hiver , de manière à faire tantôt retarder , tantôt avancer leur mouvement , que l’on est obligé , par cette raison , de corriger dans ces deux extremes , à moins qu’on n’ait prévenu l’effet de ces variations par un procédé que nous ferons connaître plus loin.

Les dilatations des liquides sont beaucoup plus considérables que celles des corps solides , dans les memes circonstances. Un vase, ffit-il de bronze , étant rempli d’eau et bien

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Bouclié , s'il est exposé ensuite à une forte chaleur , de manière que l’eau ne puisse s’en échapper par aucun interstice , crevera infailliblement avec une grande explosion : ce 'qui prouve que l’eau renfermée se dilate plus que la matière du vase. Mais pour observer ces effets d’une manière plus facile et moins dangereuse , prenez une fiole de verre mince , dont le corps soit large et le col étroit ; remplissez-] a entièrement ou presque entièrement d’eau , ou de tout autre liquide 3 puis approchez-la graduellement du feu : vous verrez bientôt la liqueur se dilater , s’élever dans le col du flacon , le remplir entièrement -, et se renverser par-dessus lés bords long-temps avant de bouillir. Plus le col est étroit par rapport à la capacité de la fiole , plus l’expérience est prompte et l’effet sensible 3 aussi rien ne convient mieux , pour ce s expériences ^ qu’une boule de verre, soufflée à l’extrémité d’un tube , dont l’intérieur est très^étroit. Alors , quand ou observe avec attention , on remarque avec surprise que dans le premier moment de l’action du calorique , la liqueur descend dans le tube au lieu de monter. Cela vient de ce que la substance du verre , éprouvant la première la chaleur, se dilate aussi la première, et avant que le liquide ait encore éprouvé la même influence 3 mais la chaleur continuant de pénétrer tout l’appareil , le liquide commence bientôt à se dilater , et ne tarde pas à l’emporter sur le verre , par l’excès de sa dilatation.

On peut rendre également sensibles les effets de la dilatation et de la contraction , dans les substances aériformcs , c’est-à-dire , dont la constitution est analogue à celle de Pair et des vapeurs. Par exemple , c’est la force élastique de la vapeur de l’eau qui soulève les pistons des pompes à feu. Mais, pour nous borner à des expériences usuelles , tout IJ 4? monde a éprouvé combien il est quelquefois difficile d’introduire un liquide dans un flacon dont le col est extrêmement étroit , comme le sont , par exemple , ceux des flacons à essence : cela vient de la résistance de l’air intérieur qui , trouvant l’orifice étroit du tube bouché par la petite colonne de liquide qu’on y a introduite , s’oppose invinciblement à

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son passage. Mais voulez-vous éluder cet obstacle ? chauffez ïe flacon • Fair qu’il contient , en s’échauffant aussi , se dilatera plus que le verre • le volume du flacon ne suihra plus pour le contenir : il en sortira donc une partie ; alors renversez le flacon dans le liquide que vous voulez y introduire , et attendez quelques instans • Fair resté dans le flacon se refroidira , se contractera , et fera place au liquide qui s’y introduira pour occuper la place vide , obéissant en cela à la pression que Fair extérieur exerce sur tous les corps , comme nous le verrons bientôt.

En mesurant avec soin les dimensions des corps , après les avoir exposés à diverses températures, on trouve généralement que si le feu n’a point altéré leur constitution ou leur nature , ils reviennent exactement aux mêmes dimensions qu’ils avaient d’abord , quel que soit le nombre de fois qu’on les expose à ces changemens alternatifs. Cette propriété s’observe, par exemple, daus les métaux, quand on ne les échauffe pas jusqu’à les fondre; dans les liquides, quand on ne les échauffe pas jusqu’à les faire bouillir (i). On trouve, à la vérité , que l’argile et quelques autres substances semblent , au contraire , se contracter quand on les expose au feu après les avoir imbibées d’eau : mais alors , elles ne reviennent plus à leurs premières dimensions ; ce qui montre que leur contraction est l’effet du dessèchement qu’elles éprouvent , ou d’une combinaison plus intime de leurs élémens, et non pas un effet passager de la chaleur, Ce phénomène se nomme le retrait* on est obligé d’y avoir égard dans la construction des vases de terre et de porcelaine, sans quoi ils n’auraient pas , en

(i) Pour reconnaître cette propriété clans les liquides, il faut les observer dans des tubes fermés de toutes parts, afin que la chaleur n’enlève pas une portion de leur substance en la réduisant en vapeur. Avec cette précaution, on trouve que shls ne changent pas de composition interne, c’est-à-dire, s’ils continuent de former la même substance qu’ils formaient d’abord, ils reviennent exactement aux mêmes dimensions quand la température redevient îa jpême.

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sortant du fourneau, la forme qu’on veut leur donner* mais on yoit, d’après sa cause, qu’il ne fait point une exception aux lois générales de la dilatation des corps.

Cette propriété, que tous les corps possèdent, de se dilater par l’effet de la chaleur, et de revenir aux mêmes dimensions quand on les ramène aux mêmes circonstances , offre un moyen très-simple et très-exact pour mesurer des degrés égaux et inégaux de chaleur. On l’a employée de la manière la plus heureuse dans la construction des instrumens que l’on appelle des thermomètres, c’est-à-dire , mesureurs de la chaleur. Tout le monde les connaît et en fait usage; mais 011 ne connaît pas aussi généralement les principes sur lesquels ils sont fonde's , et qui garantissent la certitude de leurs indications.

A la rigueur, tous les corps pourraient être employés à cet usage , puisque tous , comme nous venons de le voir , sont sensibles aux variations de la chaleur; mais pour rendre l’instrument exact et commode, il y a un choix à faire entre eux. Si nous employons un corps solide, par exemple , une barre métallique , ses dilatations et ses contractions seront trop petites pour pouvoir être facilement observées. Si nous voulons les apercevoir, il faudra les agrandir par des rouages et des leviers qui en rendront l’observation très-minutieuse , et même souvent inexacte. Si au contraire nous employons , pour construire notre thermomètre , une substance aériforme, par exemple, l’air ou quelque autre gaz , les dilatations et les contractions seront tellement considérables , qu’il deviendra très-incommode de les mesurer , quand les variations de la chaleur auront quelque étendue. Les variations de volume des liquides, plus grandes que celles des corps solides, et moindres que celles des gaz , offrent un moyen terme exempt de ces inconvéniens opposés , et par conséquent nous sommes conduits à chercher notre thermomètre dans cette classe intermédiaire de corps.

Il en est un parmi eux que ses qualités physiques et chimiques rendent éminemment propre à cet usage ; c’est celui que l’on nomme mercure ou vif argent , parce qu’en effet il

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ressemble à de l’argent qui serait rendu coulant par îa cîia— leur. Le mercure supporte, avant de bouillir et de se réduire en vapeur , plus de chaleur que tous les autres fluides , excepté certaines huiles j et Ton peut aussi , sans qu’il se gèle , l’exposer à des degrés de froid qui solidifieraient tous les autres liquides , excepté certaines liqueurs spiritueuses , comme l’esprit-de-vin ou l’éther. En outre , le mercure a l’avantage d’ètre plus sensible que tout autre liquide à l’action de la chaleur * et enfin les variations de son volume , dans l’étendue des phénomènes qu’il est le plus ordinaire d’observer, sont , comme nous le verrons par la suite , parfaitement régulières et proportionnelles à celles que les solides et les gaz éprouvent dans des circonstances semblables. Toutes ces propriétés doivent nous porter à nous servir du mercure dans la construction de nos thermomètres , préférablement à tout autre corps.

Mais pour que tous les thermomètres à mercure aient une marche semblable , et soient comparables les uns aux autres , dans tous les pays du monde , on conçoit qu’il faut que la substance employée soit constamment la meme , et qu’elle ait des propriétés constamment semblables. On y parvient en employant le mercure dans son plus grand état de pureté. Le mercure pur est un véritable métal liquide , qui pèse environ treize fois et demi autant que l’eau à volume égal. On ne le trouve presque jamais à cet état de pureté dans le commerce ÿ il tient ordinairement en dissolution quelques parties d’argent, de plomb , d’étain , ou de cuivre, métaux avec lesquels il se combine facilement* Pour le purifier , il faut d’ abord le dégager de la terre , des pierres et des autres saletés qui peuvent s’y trouver grossièrement mêlées. Pour cela , il suffit de le renfermer dans un morceau de peau de chamois , d’en former pour ainsi dire un non et , et de le serrer fortement entre les doigts. Le mercure pressé s’échappe à travers les pores imperceptibles de la peau , et se tamise en une fine pluie argentée , abandonnant dans cette opération tout ce qui n’était que mélangé , et non pas combiné avec sa substance.

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Pour séparer maintenant les métaux qui peuvent être allies avec lui , on profite de ce que ces métaux sont à peine r vaporisables par les plus grands feux que nous puissions produire , tandis que le mercure bout et se réduit en vapeurs , à un degré de chaleur qui n’est pas très-considérable. On chauffe l’alliage dans des vases fermés , disposés de manière à pouvoir condenser par le refroidissement les vapeurs qui s’y forment , et à recueillir le liquide qui en résulté. La chaleur volatilise le mercure , sans pouvoir vaporiser les métaux qui étaient combinés avec lui : il se fait donc une séparation , les métaux restent fixés ait fond de l’appareil , et le mercure pur se retrouve dans le réfrigérant.

Lorsqu’on veut appliquer ce procédé à de petites quantités, telles qu’on en a ordinairement besoin dans les usages de la chimie et de la physique , on place le mercure impur dans une petite cornue de verre ou de porcelaine , et l’on reçoit les vapeurs dans un ballon de verre que l’on fait communiquer à la cornue , au moyen d’un tuyau de verre que l’on appelle une allonge. On lute (i) ce tuyau au col de la cornue par un bout , à celui du ballon par l’autre , et l’appareil se trouve complètement fermé. On allume sous la cor* nue un feu de charbon d’abord très-faible , dont on accroît graduellement l’activité , et l’on plonge , au contraire , le ballon dans de l’eau froide ou dans de la glace pilée , afin de condenser, par le refroidissement, les vapeurs qui se forment. On conçoit que l’allonge est nécessaire pour éloigner la cornue que l’on chauffe , du ballon que l’on refroidit. 11 est bon qu’elle soit en verre ou en porcelaine, substances qui transmettent difficilement la chaleur 5 et de plus , il est utile que sa direction s’abaisse en allant de la cornue au ballon , afin

(i) On appelle lut , en chimie, une composilion pâteuse qui s’applique aux ouvertures des appareils pour les bouclier. Il y en a de diverse s espèces appropriées aux differentes circonstances de froid', de chaleur ou d’humidité que les appareils doivent sub;r. Leur composition ei leur emploi sont expliqués dans le quatrième volume «lu Traité de Chimie de M, Thénard.