Tome X

t>ü THERMOMÈTRE»

que îes vapeurs qui s’y condensent puissent s’écouler plus facilement , sans retomber dans la cornue, où il faudrait les

Vaporiser de nouveau.

Lorsqu’on a ainsi obtenu le mercure bien pur , il faut l’enfermer dans un appareil qui rende ses dilatations et ses contractions sensibles , et qui permette de les observer facilement. Pour cela on souffle à la lampe d’émaiîleur une boule de verre creuse à l’extrémité d’un tube de verre très-fin. On remplit de mercure la boule et une partie du tube , par un procédé que j’indiquerai tout à l’heure. Comme , d’après cette disposition , la capacité de la boule est très-considérable , relativement au diamètre intérieur du tube , on conçoit qu’une très-petite dilatation , dans le volume du mercure qu’elle renferme , se manifeste dans le tube par un allongement considérable de la colonne fluide. On peut ainsi rendre sensibles de très— petites variations de chaleur ; mais l’exécution de cette idée très-simple exige diverses attentions.

D’abord il faut souffler la boule : pour cela on fond l’extrémité du tube à la lampe d’émailleur , on l’arrondit en bouton en la pétrissant , avec l’extrémité d’une petite tige de cuivre ou de fer ; après quoi , en soufflant avec la bouche par l’extrémité ouverte du tube, on étend en boule sphérique cette partie fondue. Mais la dernière partie de l’opération a l’inconvénient d’introduire dans le tube de l’humidité qu’on a ensuite bien de la peine à en faire sortir. D’ailleurs il serait très-difficile de souffler ainsi une boule à l’extrémité d’un tube très-étroit. Au lieu de cela , introduisez l’extrémité ouverte du tube dans le col d’une petite bouteille de caoutchouc ou gomme élastique., et liez bien ce col autour d’elle , de manière qu’il l’enveloppe et la serre exactement. Puis , quand l’aatre extrémité du tube sera fondue , et son bouton formé et bien arrondi , redressez le tube verticalement , la partie froide restant en haut , et pressez avec la main la bouteille de caoutchouc. L’air sec qu’elle contient fera l’effet du souffle; il forcera le bouton de s’étendre, et l’arrondira en boule sans aucun des inconvéniens dont nous avons parlé.

DIT THERMOMÈTRE

Maintenant, pour que le thermomètre soit toujours semblable à lui-même et constant dans ses indications , il faut que le tube soit d’un calibre égal dans toute sa longueur , afin que des dilatations égales dans le mercure de la boule soient marquées par des accroissemens égaux dans la hauteur de la colonne. Quand on veut avoirunbon thermomètre, on choisit parmi un grand nombre de tubes de verre ceux qui approchent le plus de cette égalité. Pour les éprouver , on y introduit une goutte de mercure qui s’allonge en un cylindre, dont on mesure la longueur. On promène ce cylindre dans les différentes parties du tube, et son volume restant toujours le même , il doit , si le tube est partout d’égal diamètre , occuper partout une égale longueur. Comme on ne trouve pas aisément des tubes qui satisfassent à cette condition , et qu’il est même presque impossible qu’ils la remplissent avec toute rigueur , il faut lorsqu’on aspire à la dernière exactitude , corriger les petites inégalités qu’ils peuvent offrir, en les divisant en portions d’égal volume. Cela se fait par un procédé imaginé par M. Gay-Lussac, et que j’ai exposé dans le traité général .

Il y a aussi quelques précautions à prendre pour faire entrer le mercure dans la boule du thermomètre. Comme le tube par lequel on doit l’y introduire est ordinairement très-étroit, on éprouve ici l’espèce de difficulté dont j’ai parlé précédemment , et qui est causée par la résistance de l’air intérieur ; mais on l’évite par le moyen que j’ai indiqué. On chauffe la houle de verre ; l’air qu’elle contient se dilate , s’échappe; on profite de cet instant pour plonger l’orifice ouvert du tube dans le mercure qu’on veut y introduire, et ensuite lorsque la boule se refroidit, fa pression de l’air extérieur l’y fait monter. Il est bon de chauffer aussi très-fortement le tube avant d’v introduire le mercure, afin de vaporiser l’eau qu’on a pu y introduire en soufflant la boule, si on la fait avec la bouche , et aussi pour chasser la petite couche d’air et d’humidité qui s’attache toujours au verre dans l’état ordinaire de l’air. Même , dans cette opération , il faut commencer par chauffer le tube seul , et non la boule ; puis , quand il est trèschaud on le redresse ? on chauffe subitement la boule à son

Î)U THERMOMÈTRE

tour , et l’air qu’elle renferme se dilatant avec rapidité', chasse devant lui toutes les petites impuretés que le tube pourrait contenir , et qui auraient gêné le mouvement du mercure le long de ses parois.

En opérant comme nous venons de le dire , il arrive parfois que l’on ne fait pas entrer du premier coup dans l’appareil autant de mercure qu’il en faut pour remplir la boule et une partie du tube. Alors on recommence l’opération , en chauffant de nouveau la boule et le mercure qu’elle contient. Quand elle est fortement échauffée , on plonge de meme dans un bain de mercure l’orifice du tube qui est resté ouvert , et répétant cette manœuvre un petit nombre de fois, on parvient à faire entrer dans la boule et dans le tube autant de mercure que l’on veut.

Mais quelle est la quantité qu’il faudra ainsi y introduire? Cela dépend de l’usage auquel le thermomètre est destiné. Si vous voulez qu’il puisse servir depuis la température de l’eau bouillante jusqu’ aux plus grands froids que l’on puisse éprouver dans nos climats , il faut qu’il y ait entre la capacité de la boule et la longueur du tube, certaines proportions que l’expérience apprend aisément à reconnaître. Si l’on a mis trop de mercure, ou'si le tube n’est point d’une longueur suffisante, il arrivera qu’à la température de l’eau bouillante le mercure remplira tout le thermomètre , et s’écoulera par son orifice s'il est ouvert • ou s’il est fermé , ira frapper le sommet du tube, et le brisera. Si , au contraire, on n’a pas mis assez de mercure, il arrivera dans les plus grands froids, qu’il rentrera tout entier dans la boule, et que l’on ne pourra plus observer ses contractions. Quand on essaie, pour la première fois, de faire un thermomètre, ce n’est que par expérience , “par exemple , en mettant tour à tour l’appareil dans l’eau bouillante et dans la glace, que l’on apprend à reconnaître à peu près les quantités de mercure qu’il faut admettre^ mais quand on connaît les lois de la dilatation du mercure, le calcul donne des moyens directs et surs pour éviter ces inconyéniens. C’est ce que l'on peut voir dans le traité

DU THERMOMÈTRE. l33

general. Tci je me bornerai à supposer qu’on ait réussi , comme je viens de le dire , par des essais.

Ce n’est pas tout encore : quand le mercure est introduit dans le tube et dans la boule , il faut chasser toutes les petites bulles d’air qui ont pu s’entremêler avec lui* car leurs dilatations , différentes de celle du mercure et leur compressibilité , altéreraient la régularité des mouvemens observés. Le seul moyen de les exclure complètement et avec certitude , c’est de chauffer la boule jusqu’à faire bouillir le mercure avant que le tube soit fermé. Par ce moyen on chasse infailliblement tout l’air. Mais cette opération chasserait aussi du tube une partie du mercure que Ton y a fait entrer et qui est nécessaire pour remplir la boule à des degrés de chaleur moindre. Pour éviter cet inconvénient, il faut que l’extrémité ouverte du tube soit gonflée en forme de petit ballon , comme le montre la Jfg. i /j * de sorte que le mercure, en se dilatant et sortant du tube par son expansion , ne s’élance point au dehors, mais ne fasse que se répandre dans ce réservoir. Quand l’ébullition aura cessé , et que le mercure se contractera sur lui-même , la pression de l’air extérieur suffira seule pour faire rentrer dans le tube tout ce qui en était sorti.

Cette opération faite , si l’on croit avoir introduit assez de mercure pour les extrêmes de chaleur et de froid auxquels on veut exposer le thermomètre , il faut le fermer hermétiquement , car il ne serait plus comparable à lui-même si une portion de mercure venait à s’en échapper. Il faut même , en le fermant , tâcher d’exclure tout l’air qui pourrait rester dans le tube au-dessus de la colonne, non que cet air puisse s’opposer à la dilatation du mercure qui se fait avec une force irrésistible, mais de peur qu’en agitant le thermomètre quelques petites bulles d’air ne s’introduisent dans la colonne et n’en interrompent la continuité* car alors il serait fort difficile de les faire partir r surtout si le tube était très-étroit. Pour chasser entièrement cet air, voici comment on opère. On. commence par effiler à la lampe l’extrémité ouverte du tube que l’on avait précédemment gonflée en réservoir ÿ on chaufïe

BU THERMOMETRE.

ensuite la boule du thermomètre jusqu’à ce que le mercure dilaté parla chaleur arrive presque à cette extrémité} quand il y est parvenu , on fond brusquement le bout du tube à la flamme d’une bougie, que l’on allonge en un trait de feu en la soufflant avec un chalumeau. Ce tube se trouve ainsi fermé} et l’air n’y peut plus rentrer , quand le mercure se contracte de nouveau en se refroidissant. Alors on arrondit à la lampe le bout que l’on vient de sceller, de peur qu’il ne se brise trop facilement.

On peut aisément reconnaître si un thermomètre a été fait avec cette précaution : il suffit de le renverser de manière que la boule vienne en haut. S’il est purgé d’air , et si l’intérieur du tube n’est point d’une finesse extrême , le mercure , que rien ne soutient, tombe librement et remplit tout le tube } mais si tout l’air n’a pas été chassé, la colonne ne tombe point jusqu’au fond du tube, parce que l’air qui s’y trouve résiste en vertu de sa force élastique et l’empêche d’y arriver.

Quand on porte des thermomètres en voyage, il arrive souvent que la colonne de mercure se sépare ainsi en plusieurs parties, et pour peu qu’il reste de l’air dans le tube , ces diverses parties ne se rejoignent pas facilement. Il faut alors attacher le sommet du tube à une corde longue de un ou deux mètres , et le faire tourner ainsi au bout de cette corde , comme une fronde, aussi rapidement qu’il est possible. La force centrifuge s’exerçant avec plus d’énergie sur le mercure que sur l’air , à cause de l’excès de sa masse , suffit ordinairement pour réunir les colonnes séparées. Il serait mieux de pratiquer un petit renflement au haut du tube } et quand il y aurait quelque séparation dans la colonne, on chaufferait fortement la boule du thermomètre jusqu’à faire monter le mercure dans ce renflement } aj)rès quoi, le laissant refroidir avec lenteur , il rentrerait dans le tube en une seule masse continue. Je recommande cette précaution aux praticiens.

Voilà dpnc notre thermomètre fait} il faut maintenant l’employer aux expériences.

Supposons d’abord que nous le plongions dans un vase plein de neige ou de glace fondante , nous verrons aussitôt le

DU THERMOMÈTRE. J 35

mercure du tube descendre et s’arrêter à un certain terme fixe, après lequel il ne variera plus, du moins tant que la neige ou la glace ne sera pas fondue entièrement. Cependant, si l’air extérieur est plus chaud que l’eau qui résulte de cette fusion , il est clair qu’il communique continuellement à celle-ci de la chaleur. Puisque le mercure du thermomètre n’indique point cette communication , c’est une preuve que cette chaleur ne lui parvient pas. Elle est donc employée toute entière à fondre la glace ou la neige que l’eau contient; et la disparition de la chaleur a lieu ainsi jusqu’à ce que le mélange renfermé dans le vase soit entièrement liquide. Alors, et seulement alors , la chaleur communiquée à l’eau se transmet au thermomètre , et le mercure commence à monter dans le tube.

Nous voyons par-là que la glace ou la neige qui fondent , amènent le volume du mercure à un état constant et déterminé ; autant de fois on répétera l’expérience , autant de fois le mercure reviendra à ce volume , et l’extrémité de la colonne comprise dans le tube s’arrêtera au même point. Marquons donc ce point fixe sur le tube de notre thermomètre , il nous indiquera la température de la glace fon~ dante.

Si nous plongeons de même notre thermomètre dans d’autres substances plus ou moins chaudes , le mercure qu’il renferme prendra des volumes différens, et nous verrons la colonne comprise dans le tube s’arrêter à autant de points qui seront pour nous la marque d’autant de températures diverses. Nous fixerons pour nous l’idée de chacune de ces températures , en marquant sur notre tube le point qui lui correspond.

Les distances de ces points entre eux seront en général différentes pour chaque thermomètre que l’on construira. Leur position dépendra dés rapports de capacité de la boule et du tube , ainsi que de la quantité plus ou moins grande de mercure qu’on y aura introduite. Par conséquent, si l’on se borne à ce que nous avons fait jusqu’à présent, chaque observateur ne pourra retrouver les mêmes températures

DU THERMOMÈTRE

qu’en se servant du même thermomètre qui les lui aura une fois indiquées. S’il le brise , toutes ses expériences sont perdues; il ne pourra jamais fixer, pour les autres observateurs, les termes dont il a voulu parler. Afin d’éviter cet inconvénient, on cherche dans les expériences mêmes un autre point de température constante différent de la glace fondante ; on regarde l’intervalle qui sépare ces deux termes comme une unité commune aux observateurs de tous les pays ; on la divise ensuite en un certain nombre convenu de parties égales ou de degrés égaux ; et alors les valeurs de ces degrés deviennent , comme le calcul le prouve , tout-à-fait indépendantes des dimensions du thermomètre. Ce second point fixe , adopté généralement est la température de Feau distillée bouillante.

En effet , lorsqu’on plonge le thermomètre dans un vase rempli d’eau bouillante , le mercure monte rapidement jusqu’à un certain terme, et s’y fixe. Quelque chaleur que l’on, applique ensuite au vase , et à quelque feu qu’on le pousse, tant que toute Feau ne sera pas vaporisée , le thermomètre ne variera plus ; ici donc , toute la chaleur introduite dans l’eau est employée à la vaporiser , de même que dans notre première expérience sur la glace fondante , toute la chaleur introduite était employée à fondre la glace. Ce phénomène est général dans la théorie de la, chaleur ; tous les. termes de fusion et de vaporisation des corps sont fixes pour chacun d’eux, quoique différens pour les différentes substances. Le thermomètre le prouve par son immobilité quand on le plonge dans ces corps, lorsqu’ils changent ainsi d’état.

Puisque nous convenons de choisir pour second point fixe la chaleur de Feau bouillante, marquons ce point sur le tube. De là , jusqu’au point de la glace fondante , il y a sur chaque thermomètre un certain intervalle; divisons cet intervalle en un certain nombre de parties égales , par exemple , en cent parties , que nous nommons degrés ; et marquons-les sur le tube , en écrivant o à coté du terme de la glace fondante , et ïoo° à côté du terme de Feau bouillante : cette convention une fois faite 7 tous les thermomètres ? construits sur la même

DU THERMOMÈTRE* s3y

division , seront exactement comparables, c’est-à-dire, qu’étant exposés aux mêmes températures , l’extrémité de la colonne de mercure s’arrêtera au même nombre de degrés.

C’est ce que prouve l’expérience , et l’on peut démontrer par le calcul qu’il en doit être ainsi. D’après cela , lorsqu’un physicien de Paris , par exemple , écrira qu’il a observé tel phénomène à une température de dix degrés centésimaux au-dessus de o° ou du terme de la glace fondante , le physicien de Londres ou de Pétersbourg saura précisément de quelle température il veut parler , et pourra la reproduire dans son laboratoire , s’il veut répéter les mêmes expériences. On prolonge ordinairement la division au-dessous du terme de la glace fondante , car le mercure ne se gèle que fort audessous de ce terme • et l’on peut aussi la prolonger au-dessus du terme de l’ébullition de Peau, car le mercure est encore bien loin de bouillir à cette limite. Ï1 faut seulement, quand on désigne une température en degrés du thermomètre , avoir soin de dire si ces degrés sont comptés au-dessus ou audessous du terme de la glace fondante , qui est toujours représenté par o.

Ce qui rend en général comparables tous les thermomètres construits avec la même division et le même fluide , c’est l’égalité absolue des dilatations qui s’y produisent quand on les expose à la même température. Mais cet accord n’aurait plus lieu en général entre deux thermomètres qui seraient construits avec des fluides différens , à moins que les dilatations de ces deux fluides pour chaque degré ne fussent proportionnelles l’une à l’autre.

Comme la division centésimale est la plus commode pour le calcul , nous en avons parlé d’abord 5 cependant elle n’est pas la seule qui soit usitée. On a employé pendant longtemps, et beaucoup de physiciens emploient encore, une division en 80 parties, que l’on appelle de Réaumur, parce qu’011 suppose que ce savant célèbre Fa le premier adoptée. D’après ce que nous avons démontré en général sur les rapports des thermomètres, on conçoit que le choix de la division ne les empêche pas d’être comparables entre eux et avec

DU THERMOMETRE.

les thermomètres centésimaux. Il suffit de se rappeler que 80* de Réaumur valent ioo° de l’échelle centésimale , ou , ce qui revient au meme, que chacun des premiers vaut ^ des autres. Alors , pour traduire un nombre de degrés de Réaumur dans le nombre correspondant de degrés centésimaux, il suffit de le multiplier par ^ • réciproquement un nombre de degrés centésimaux étant donné , si on le multiplie par , on le convertira en degrés de Réaumur.

Les Anglais se servent d’une autre division , imaginée et employée d’abord par Farenheit , physicien de Dantzig, qui a beaucoup contribué au perfectionnement des thermomètres. Dans cette division, le terme de la glace fondante est marqué 32, le terme de l’eau bouillante 212- l’intervalle de ces deux termes se trouve donc divisé en 180 parties , au lieu de 100 que l’on emploie dans notre échelle centésimale. Ainsi , chaque degré du thermomètre de Farenlieit vaut ou| de degré centésimal , et il vaut y- ou ~ de degrés de Réaumur. Cela suffit pour comparer les indications données par l’un ou l’autre de ces instrumens. On conçoit ,4’ ailleurs , que le commencement des divisions , adopté dans ces différens systèmes , est tout-à-fait arbitraire : il suffit qu’il soit convenu , et que la division toute entière soit réglée d’après deux termes fixes.

La première invention des thermomètres date de la fin du seizième siècle. Les uns l’attribuent à Sanctorius, d’autres à Galilée, d’autres à un paysan hollandais, nommé* Drebbel. L’idée de manifester ainsi les changemens de température par la dilatation des corps est sans doute ingénieuse ) mais pour qu’elle devînt utile à la physique , il fallait en tirer une mesure précise et comparable , telle que la donne le choix d’un échelle composée d’un nombre déterminé de degrés , et comprise entre deux températures fixes. Cette modification importante qui , seule , constitue réellement le thermomètre , me paraît due à Newton. Ce grand homme ne pouvait toucher à un sujet d’expériences sans y porter l’exactitude qui lui était propre , et qui était un de ses principaux moyens de découvertes. Il avait bien senti la nécessité d’un intervalle fixe, et dès 1701 , il avait pris pour températures fixes la glace

DU THERMOMETRE. l3^

fondante et l’eau bouillante , comme nous le faisons encore aujourd’hui. Il employait pour liquide, l’huile de lin. Le zéro de sa division était la glace fondante , et au terme de l’eau bouillante , il marquait 34° : ainsi 34° du thermomètre de Newton , en valent 100 de l’échelle centésimale , de sorte que chacun de ses degrés réduits aux nôtres , vaut Newton observa , avec son thermomètre , les degrés de fusion d’un grand nombre de substances • et il reconnut que toutes ces températures étaient constantes 5 ce qui était un fait capital pour la théorie de la chaleur.

Plusieurs physiciens ont aussi employé des thermomètres construits avec d’autres substances. On se sert encore fréquemment de thermomètres à alcool. Mais comme ce liquide à l’air libre, bout à une température moindre que ioo° , on ne fait pas aller l’échelle jusqu’à ce terme, et on la règle par comparaison avec quelque thermomètre à mercure , déjà construit précédemment. C’est une très-mauvaise méthode; rien n’est si aisé que de faire aller les thermomètres d’alcool jusqu’à la température de l’eau bouillante et au-delà. Il ne faut que les fermer avec les mêmes précautions que nous avons prescrites pour le thermomètre à mercure , c’est-à-dire , de manière qu’il ne reste point du tout d’air dans l’intérieur du tube ; car alors , par une propriété que nous ferons plus tard connaître , la seule vapeur d’alcool qui se développera naturellement par l’effet de l’accroissement de la chaleur , empêchera l’alcool , encore liquide, d’entrer en ébullition ; et l’accroissement de sa température n’étant plus limité par ce phénomène , il continuera de se dilater indéfiniment. C’est pourquoi , en construisant un pareil thermomètre , il faudra laisser au-dessus du liquide un espace assez considérable destiné à cette dilatation. Pour en exclure l’air , il suffira de faire bouillir fortement l’alcool dans la boule et dans le tube, et de fermer celui-ci subitement par un trait de feu du chalumeau pendant l’ébullition* car les vapeurs de l’alcool développées dans le tube , et qui en sortiront avec violence , auront, en peu d’instans , entraîné tout l’air qui s’y trouvait. La marche d’un pareil thermomètre , comparée à celle du

DU THERMOMETRE.

thermomètre à mercure, n’est pas uniforme dans les températures élevées ; mais elle le devient graduellement de plus eu plus , à mesure que l’alcool se refroidit , et enfin elle l’est toutà-fait dans les températures très-basses.

Les températures de la glace forîdante et de l’eau bouillante étant les fondemens de nos thermomètres , il est extrêmement important d’examiner avec soin si elles sont parfaitement constantes, ou si quelques causes accidentelles peuvent les faire varier.

D’abord, en commençant par la température de îa glace ou de îa neige fondante , je ferai remarquer qu’il ne faut pas la confondre avec celle de l’eau qui commence à se geler; car on verra plus loin que l’eau , dans certaines circonstances^ peut devenir très-sensiblement plus froide que la glace fondante , et abaisser le thermomètre au-dessous de zéro , sans cesser d’être liquide ; par conséquent la température à laquelle'elle se gèle ne peut pas être regardée comme fixe.

Il n’en est pas ainsi de la température à laquelle la glace et îa neige se fondent; celle-ci est constamment la même, pourvu que l’eau qui a donné cette neige ou cette glace soit pure ; car l’eau chargée de sels se gèle à des températures beaucoup plus basses , et par conséquent elle devient liquide à des degrés dilférens. L’eau de pluie gelée , ou la neige non souillée d’impuretés , donneront , en se fondant , le terme inférieur de notre échelle thermométrique , sans qu’on ait à y redouter aucune erreur.

Il y a beaucoup plus de variations dans le terme de l’ébullilion de l’eau. D’abord il faut exclure l’eau chargée de sels ; car elle bout à des températures différentes de l’eau pure , et communément plus hautes ; mais même en se servant de celleci, on n’obtient pas l’ébullition au meme point du thermomètre à dilférens jours et dans dilférens lieux. Nous verrons dans le chapitre suivant, que ces variations qui , dans un même heu , peuvent aller au plus à i ou 2° , sont dues aux changemens de la pression exercée par l’atmosphère sur la surface de l’eau chaude , comme sur celle de tous les autres corps. Pour que l’eau bouille ? il faut que la force élastique de sa va-

DÛ THERMOMETRE.

rfr

peur surmonte cette pression , et ainsi le degré de l’ébullitioïi tloit varier quand la pression varie ; mais la cause de ces inégalités étant connue par l’expérience, nous donnerons le moyen de les évaluer , et de ramener toutes les observations à la pression moyenne qui a lieu au niveau des mers, terme adopté généralement pour fixer la température de ioo°. On pourrait y suppléer dès à présent , en réglant le terme le plus élevé du thermomètre sur la fusion de quelque corps ; par exemple , d’un alliage de deux parties de plomb , trois d’étain et cinq de bismuth • car Newton a reconnu qu’un pareil alliage se fond à la température de ioo°j mais il est plus simple et plus commode d'observer la température de l’eau bouillante , et d’y faire , selon les circonstances oii l’on opère , la petite correction nécessaire pour la ramener précisément à ioo°.

Il y a aussi quelques différences dans le degré de l’ébullition selon la nature des vases que l’on emploie , et selon celle des substances qui se trouvent mêlées à l’eau , même quand elle lie peut les dissoudre. Ce phénomène a été remarqué par M. Gay Lussac. La même eau, qui , mise dans un vase de métal , bout à ioo° d’un thermomètre donné, ne bout qu’à .loi | dans un vase de verre , et elle revient à ïoo° dans un pareil vase si l’on y jette une pincée de limaille de fer. D’après cela on voit que, pour assigner à la température de l’ébullition des circonstances parfaitement fixes , il faut définir îa nature du vase ou elle a lieu. C’est pourquoi nous adopterons pour cette température , celle qui s’obtient quand l’eau bout dans un vase de métal.

Ce n’est pas tout d’avoir déterminé des températures parfaitement fixes , il faut encore les bien observer • or, il y a pour cela deux conditions essentielles , et qui ont été négliges trop souvent.

La première est commune à l’observation de la glace fondante et à celle de l’eau bouillante. Il faut que le thermomètre y soit entièrement plongé dans toute la partie de sa capacité qui contient du mercure*; car si l’on se borne , par exemple , à y plonger la boule seule , comme on le fait trop ordinairement , on conçoit que le cylindre de mercure qui

DU THERMOMÈTRE

se trouve élevé dans le tube au-dessus de cette boule ne prend pas la même température ; et par conséquent il ne prend pas non plus le volume qu’il aurait s’il y était aussi plongé. À la vérité , on peut remédier à cette erreur par le calcul , quand on connaît les lois de la dilatation du mercure , la longueur de la partie non plongée et sa température. Mais comme cette température n’est jamais bien connue, et qu’on est réduit à la supposer égale à celle de l’air environnant , ce qui peut ne pas être tout-à-fait exact , on voit qu’il sera toujours plus avantageux d’éviter une pareille incertitude , en plongeant entièrement le mercure dans la température à laquelle on veut l’assujettir.

Il y a de plus une autre attention à avoir dans la manière d’observer la température de l’eau bouillante. Si le vase dont on se sert est profond de quelques décimètres, on s’apercevra aisément , par la dilatation du mercure , que, pendant l’ébullition , l’eau est un peu plus chaude au fond qu’à la surface. Cela vient de ce que la vapeur aqueuse, lorsqu’on l’empêche de s’échapper , peut acquérir une température beaucoup plus élevée que celle de l’eau bouillante, et c’est ce dont on a la preuve , en faisant bouillir de l’eau dans ui\ appareil fermé de toutes parts , que l’on nomme digesteur de Papin , du nom du physicien qui l’a imaginé. Dans cet appareil , la vapeur aqueuse et l’eau même acquièrent une température énorme. Réduisons maintenant ce résultat aux circonstances de notre expérience. On voit que la vapeur aqueuse, qui se forme au fond du vase , sera moins libre que celle de la surface , puisqu’elle sera pressée par le poids de la colonne d’eau qui est au-dessus d’elle : elle devra donc s’échauffer davantage, avant de s’échapper. Elle devra même communiquer à l’eau cet excès de chaleur , et par cette double cause , la partie du thermomètre plongée dans les couches inférieures , sera plus échauffée qu’à la surface.

Mais, d’un autre côté , nous avons vu que le thermomètre doit être plongé entièrement dans la température que l’on veut lui donner • par conséquent , si nous voulons le mettre à la température de l’ébullition de la surface , il faudra l’y

DU THERMOMÈTRE» ï^S

coucher horizontalement , ce qui augmente beaucoup la difficulté cle l’observation.

Heureusement on a trouvé le moyen d’y suppléer d’après une remarque bien facile à faire , c’est que la température de l’eau bouillante à la surface est exactement la meme que celle de la vapeur qui s’en échappe. Pour vérifier ce fait , prenez un vase métallique dont le col soit long et étroit, tel que le représente la fig. i5 ) versez dans ce vase de l’eau jusqu’à une hauteur connue , par exemple , en HH j puis faites chauffer cette eau en mettant le vase sur le feu ; et , lorsqu’elle sera en ébullition complète , plongez-y un thermomètre MB à une très-petite profondeur, et observez le point M oh le mercure s’arrête dans le tube. L’ébullition continuant toujours, je suppose que vous ayez employé une quantité d’eau telle que le point M vienne justement tout auprès de

l’orifice GG. Alors sortez un peu votre thermomètre de

Peau HH , de manière que sa boule et son tube se trouvent uniquement plongés dans la vapeur j vous n’y apercevrez pas la plus légère différence, et le mercure se tiendra précisément au même point qu’ auparavant. Il est donc indifférent que la boule soit plongée dans l’eau , à une profondeur très-j^etite , ou dans la vapeur, et par conséquent les températures de cette eau et de la vapeur qui s’en échappe sont les mêmes aussi.

Ceci nous donne un moyen très-simple de régler nos thermomètres , mais on peut encore le perfectionner. Il ne faut pas que la vapeur aqueuse sorte par le même orifice qui sert à introduire le thermomètre, car elle empêcherait de voir exactement le point oh la colonne de mercure se termine. II ne faut pas cependant que cette vapeur soit enfermée , car elle s’échaufferait au-dessus du terme de l’ébullition • ainsi nous devons lui laisser un libre passage pour s’échapper dans l’air. On remplit toutes ces conditions au moyen d’un vase à deux ouvertures , tel que le représente la fig. 16; l’une M, fermée par un bouchon de liège bb , sert à introduire les thermomètres que l’on veut régler • et l’autre oo tout— à-fait ouverte , sert pour laisser échapper la vapeur. On fait monter et descendre à volonté les tubes à travers le bouchon hb ,

mr THERMOMÈTRE.

selon leur longueur. Quand on veut observer Fextrémité M de la colonne de mercure, pour y marquer le point de l’ébullition, l’on ne fait que les tirer un moment jusqu’à ce point , et on le marque aussitôt avec de l’encre de Chine ou quelque autre substance. Cela fait, on les redescend pendant quelques instans, et on les retire de nouveau pour répéter l’expérience, et voir si l’extrémité de la colonne de mercure reste bien au meme point. De celte manière on peut régler plusieurs thermomètres à la fois en peu de temps et avec une extrême précision.

J’ai supposé que les tubes de tous les thermomètres étaient exactement cylindriques , ou qu’on avait suppléé à leurs petites irrégularités en y traçant des divisions d’égal volume, par le procédé de M. Gay-Lussac. Voici pour les gros tubes un autre procédé fort simple et assez usuel pour qu’il soit nécessaire d’en parler ici. On souffle à la lampe une ampoule de verre AA, fig, 17, dontla capacité soit assez petite pour servir d’unité de volume , et dont les extrémités AA soient amincies en tube d’un petit diamètre. En plongeant cette ampoule dans un bain de mercure , elle se remplit; et si on la retire en bouchant ses deux extrémités avec les doigts , elle contiendra toujours le même volume de mercure , pourvu que la température soit constante. O11 versera ce volume dans le tube ou dans les vases que l’on veut graduer , et l’on marquera sur leur surface le point où le mercure se terminera à chaque quantité que l’on verse. Il faut seulement avoir soin que toute l’opération soit faite à une température parfaiteim t constante , pour que l’ampoule ait toujours exactement la même capacité, et que les quantités successives de mercure que l’on verse , dans le tube ou dans le vase que l’on gradue, conservent aussi le même volume qu’elles avaient en y arrivant.

GTn appareil assez volumineux pour être fait de cette manière aurait nécessairement moins de sensibilité qu’uù petit thermomètre; c’est-à-dire qu’à cause de sa masse il serait moins rapidement affecté par les variations de la chaleur ; mais il serait très-commode pour déterminer la quantité ab-