CHAPITRE XI

De la dilatation des Liquides par la chaleur .

En etudiant les dilatations des gaz et des corps solides , et les comparant , soit entre elles , soit à celles du mercure , depuis le terme de la glace fondante jusqu’à celui de l’ébullition de l’eau , nous avons vu que toutes ces dilatations suivaient une marche uniforme , c’est-à-dire, que les volumes de ces divers corps , mesurés à divers degrés du thermomètre compris dans cet intervalle , étaient toujours proportionnels entre eux. Cette uniformité n’a plus lieu dans les dilatations des liquides, surtout lorsqu’ils approchent du point de l’ébullition ou de la congélation j et l’analogie porte à penser que des inégalités semblables se montreraient aussi dans les dilatations des corps solides, si on les échauffait jusqu’à les fondre, et dans celles des gaz , si on pouvait les refroidir jusqu’à les liquéfier. Ces curieuses propriétés , qui semblent tenir à la constitution meme des corps et à la disposition des particules qui les composent , méritent d’ètre étudiées avec le plus grand soin.

Pour les liquides on peut y parvenir de diverses manières. La plus simple est celle que nous avons employée pour les gaz. Elle consiste à se servir d’un tube de verre exactement calibré , et terminé par une boule dont la capacité soit considérable par rapport à celle du tube. On mesure cette capacité , en la remplissant de mercure, comme nous l’avons expliqué , page 218 , et l’on divise aussi, le tube en parties de la même mesure , par le même procédé j enfin on remplit la boule et une partie du tube avec le liquide que l’on veut étudier j 011 l’y fait bouillir pour le purger d’air, et lorsqu’il s’est dilaté jusqu’à remplir le tube , on scelle celui-ci à la lampe, en un mot on en fait un véritable thermomètre. Ensuite 011 place cet appareil dans un bain liquide , que l’on porte successivement à diverses températures , avec toutes les précautions que nousayonsexpliquéespourle gaz. Enobser-

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vaut, à chaque fois, les divisions du tube auxquelles la colonne s’arrête , on connaît exactement le volume qu’elle occupe , et l’on peut mesurer sa dilatation. Quand on la connaît, on recommence, ou on continue l’expérience pour un intervalle double , triple ; et en comparant les diverses valeurs de la dilatation entre elles , on sait si sa marche , comparée à celle du mercure, est uniforme ou variable. Si elle est uniforme, les aceroissemens successifs seront proportionnels aux différences de température j mais si la dilatation est croissante ou décroissante , cette proportionnalité n’aura plus lieu.

Deluc a construit ainsi un grand nombre de thermomètres avec lesquels il a fait des expériences très-exactes sur les dilatations des liquides. On en peut voir le tableau dans le traité général. Il employait toujours des liquides purgés d’air , et cette préparation leur donnait la faculté de supporter , sans bouillir , des températures bien supérieures à celles de leur ébullition à l’air libre. C’est ainsi , par exemple, que l’alcool très-rectifié , quiboutài’airlibreàunetempératured’environ8ï° cent, ou65° R, étant purgé d’air et enfermé dans le vide , soutient , sans bouillir, la température de ioo°, tout en continuant de s’échauffer et de se dilaterpar la chaleur. Nous connaîtrons la cause de ce phénomène quand nous aurons établi la théorie de la formation des vapeurs dans le vide et dans les gaz.

On peut encore déterminer la dilatation des liquides en y pesant à diverses températures un même corps métallique dont on connaît la dilatation. Cette méthode a été employée dans la détermination du gramme , comme nous le verrons plus loin.

De tous les liquides connus, l’eau est celui dont on a le plus étudié les dilatations. En lui appliquant successivement les diverses méthodes que nous venons d’exposer, on arrive également à ce résultat remarquable, savoir que l’eau, en se refroidissant, ne se contracte pas d’une manière constante. Sa contraction diminue , pour chaque degré , à mesure que la température descend vers le 4e degré du thermomètre centésimal. Au-delà de cette limite , si la température baisse Tome L i5

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davantage , le volume de Feau reste quelque temps constant , après quoi il se dilate au lieu de se contracter. Il y a donc un point auquel le volume de Feau est plus petit qu’à toute autre température; c’est alors que sa densité est la plus grande, c’est-à-dire qu’elle a le plus de masse sous le même volume. L’ensemble des expériences que l’on a faites sur la détermination de ce maximum le place entre + et

«f-4°?44; l’accroissement du volume de Feau pour des températures inférieures à ce ternie , s’étend même au delà de o®. Car , suivant une remarque de M. Blagden , Feau maintenue tranquille et abritée du contact de Fair , peut se refroidir considérablement au-dessous de la température de la glace fondante sans prendre Fétat solide, quoiqu’elle se gèle tout-àcoup si on l’agite , ou si on y jette un petit cristal de glace. Ce phénomène paraît tenir à ce que les molécules de Feau ainsi refroidies avec lenteur , se tournent graduellement les unes vers les autres , dans les positions où leur attraction mutuelle est la plus énergique, et par conséquent la plus favorable à Fétat de solidité. Lorsqu’on y plonge un cristal déjà ainsi disposé, les molécules qui le conqoosent ne font pour ainsi dire qu’appeler à cette position les molécules liquides» L’agitation produit le même effet , lorsqu’elle amène un nombre suffisant de particules dans les circonstances analogues. Selon cette manière de voir , l’expansion éprouvée alors par le système serait un phénomène secondaire, dépendant de la constitution individuelle des particules.

Le point du maximum de condensation de Feau est celui que les savans français ont adopté pour établir l’unité de poids dans le système des mesures métriques ; cette unité de poids , que l’on nomme gramme , est égale au poids d’un centimètre cube d’eau distillée amenée à la température du maximum de condensation.

Il suit de là que , si l’on connaît le nombre de centimètre? cubes que contient le volume d’un vase , on saura , par cela même , le nombre de grammes d’eau qu’il contiendrait à la température du maximum de condensation ; ou , réciproquement , si l’on détermine , par la balance , le poids de Feau

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contenue dans le vase à cette même température , on aura tout de suite son volume en comptant chaque gramme pour un centimètre cube. Il n’est pas même nécessaire que la pesée soit faite précisément à la température du maximum de condensation , pourvu qu’on l’y ramène d’après les lois de la dilatation de ce liquide que j’ai exposées dans le Traité général.

En éiudîant les dilatations des autres liquides près des points de leur congélation et de leur ébullition, l’on y découvre des singularités analogues à celle que l’eau vient de nous offrir. Il y a des substances qui se dilatent en se gelant comme l’eau ^ tels sont le fer fondu ,- le bismuth, l’antimoine et le soufre. D’autres , au contraire, se contractent subitement lorsqu’elles se gèlent , et le mercure est dans ce cas ; sa contraction est même très-considérable. Il se gèle vers 89° au-dessous de o. Ces phénomènes peuvent nous donner quelques indications sur l’arrangement que les particules des corps prennent en passant de l’état liquide à l’état solide ou à l’état aériforme , et par suite , sur les conditions physiques qui constituent ces états divers. Mais pour pouvoir nous livrer à ces considérations , il faut d’abord réduire les phénomènes de l’expansion des liquides à des lois générales qui permettent de les embrasser dans leur ensemble. C’est ce que j’ai fait dans le traité général. Ici je me bornerai à dire que la dilatation absolue de l’eau déterminée de cette manière depuis o° jusqu’à ioo°, est 0,04660, c’est-à-dire environ 466 dix millièmes de son volume primitif à o°. Celle de l’alcool bien rectifié est, entre les mêmes limites, o , 1 2548 ; elle varie avec son degré de rectification . Enfin celle du mercure es t™^, d’après MM. Lavoisier et Laplace..

La manière dont les corps propagent la chaleur, selon qu’ils sont gazeux ou solides , ou liquides , est encore une conséquence de leur constitution dans, ces trois états. Si le corps est solide, les particules , qui sont les premières échauffées , ne pouvant se déplacer, communiquent leur excès de température à celles qui les environnent j et c’est seulement de cette manière, et de proche en proche, que l’excès de leur température se transmet aux molécules plus éloignées. Ou