DILATATION

SECTION IL

De la dilatation des solides.

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Tous les corps se dilatent, c’est-à-dire augmentent de volume, lorsque la température s’élève, et se contractent, c’est-à-dire diminuent de volume, lorsque la chaleur devient plus faible;et si la dilatabilité etla contractibilité des corps solides est la moins sensible, elle n’en est pas moins réelle, ainsi que le prouvent une multitude d’expériences et de phénomènes naturels. On 11e peut nier que le calorique ne soit la cause de cet effet général. La chaleur et le froid que nous connaissons ne sont pas absolus , mais relatifs : on ne doit donc pas être étonné que les effets dont nous venons de parler n’aient pas de limites connues. Le corps peut changer d’état d’agrégation, mais dans ce nouvel état la chaleur continue à augmenter son volume , le froid à le diminuer, sans que nous puissions assigner de terme à ces modifications.

On conçoit de quelle importance il est d’apprécier exactement et de mesurer im effet

aussi général , car aucun des corps qui nous entourent n’est à l’abri de son influence ; elle modifie leur forme à tous , et on doit par conséquent en tenir compte, non seulement dans toutes les expériences de physique et de chimie, mais encore dans une infinité de circonstances qui intéressent les arts. Malheureusement, la dilatation des corps ne suit pas une loi générale, le même changement de température ne dilate pas également tous les corps , et chaque corps ne se dilate pas également à tous les degrés de chaleur, ne se contracte pas également à tous les degrés de froid. C’est pour remédier à cet inconvénient que les physiciens modernes se sont livrés à des expériences très -délicates pour dresser des tables de dilatation de divers corps connus, et à toutes les températures, naturelle et artificielle , que nous sommes à même d’observer et de produire. Il paraît cependant que pour les corps solides c’est la force d’attraction qui s’oppose à l’action de la chaleur ; en conséquence, plus elle est considérable , plus la dilatation devra être faible : en effet , on remarque assez généralement que les corps les plus durs sont les moins dilatables , et

DILATATION". i a g

MM. Dulong et Petit ont prouvé que cette dilatation augmente avec la température et surtout en approchant du terme de la fusion.

Les liquides présentent le même effet à mesure qu’ils approchent du terme de l’ébullition, comme si le calorique, une fois vainqueur, prenait plus de force et d’énergie.

Malgré l’irrégularité de ces dilatations et de ces contractions, on a cependant proposé un grand nombre d’instrumens propres à les mesurer; ç’est ce qu’on nomme des pyromètres. Tous ont le grave inconvénient, tout en prouvant les effets de la chaleur, de ne pas en donner la mesure exacte et de ne pas être dans leur dilatation, comparables aux divers degrés de température que marque le thermomètre. Le pyromètre qui montre de la manière la plus frappante ces variations de longueur (lig. 2 3 ), est simplement composé d’une barre de métal dilatable, contre laquelle est appuyé le petit bras d’un levier dont le plus long est terminé en aiguille et tourne sur un cercle gradué : il est évident que par là l’effet est amplifié en raison de la longueur du grand bras de l’aiguille, et devient très-sensible pour la mesure des hautes

températures. Quand on n’a pas besoin d'une grande exactitude , on emploie le pyromètre de Wedgwood (fig. 24)» dont le zéro correspond à la chaleur rouge, estimée équivaloir à G80 degrés du thermomètre : cet instrument est fondé sur la propriété que possède l’argile, au contraire de tous les corps, de diminuer de volume , ou de se retirer à mesure que la chaleur augmente, sans doute parce que les molécules se rapprochent par une deniifusion. L’échelle de mesure est composée de deux barres, dont les extrémités sont placées à d’inégales distances , et entre lesquelles on fait glisser de petits cylindres d’argile bien semblables : l’endroit de ce canal où le cylindre s’arrête, indique la quantité du retrait de l’argile, et par suite la température du corps où on l’avait placé.

Quant à la mesure rigoureuse de la dilatation des corps solides , le désir d’apprécier les moindres variations de leur longueur a fait employer presque toujours les moyens les plus pénibles et les plus dispendieux. Le moyen représenté fig. 2 5 , dù à Hamsden , donne avec une exactitude plus que suffisante la dilatation d’une barre ou d’un fil

DILA.T ITIOW.

solide d’un ou deux mètres de longueur :

ayant marqué deux points vers les extrémités de la barre, on dirige sur eux deux microscopes portés par une barre de fer entretenue à la môme température de o ° par de la glace fondante : l’un des microscopes doit être conduit par une vis micrométrique qui donnera facilement les centièmes de millimètre; la barre étant échauffée, si l’on place le microscope fixe sur le repère de l’une des extrémités de la barre et si l’on ramène l’autre par le mouvement de la vis sur l’autre repère, la quantité dont ce microscope aura marché donnera l’allongement cherché.

Les effets de la dilatation des métaux et de la plupart des corps sont d’une puissance énorme ; on ne connaît pas de force capable de leur résister : aussi dans toutes les constructions est-il bien important de les prévoir de les estimer et d’agir en conséquence. On en a tiré parti dans les arts pour renverser des obstacles, redresser des murailles, rapprocher des voûtes fendues. Nous avons vu ci-dessus l'application qu’on en a faite pour conserver, au moyen de compensateurs , une

i3a des corps solides, etc.

longueur invariable aux pendules , malgré leur dilatation et leur contraction.

M. Bréguet a profité de la propriété qu’ont les métaux de se dilater inégalement pour construire un thermomètre très-sensible et très-exact ( fig 26 ). C’est un assemblage de petites lames d’argent, d’or et de platine contournées en spirale et portant à leur extrémité une aiguille horizontale : le moindre changement de température fait tordre ou détordre la spirale et tourner l’aiguille qui indique ce changement sur un cercle gradué.

Qsrouttmt

La liquidité doit être considérée comme l’état des corps dans lequel Y attraction moléculaire et le principe répulsif, la chaleur , se font à peu près exactement équilibre, et dans lequel en même temps les forces qui unissent les molécules des corps dans des positions fixes , sont sensiblement nulles. A la température ordinaire qui nous environne, certains assemblages de matière, certaines combinaisons des élémens , sont à l’état solide ; d’autres assemblages, d’autres combinaisons, sans que nous en sachions la cause, se présentent sous la forme liquide. Les corps que nous venons d’étudier n’ont pas tous le même degré de solidité : les uns résistent à tous les chocs, font feu sous le briquet ; les autres, comme les graisses, le miel, cèdent au moindre effort, ou paraissent prêts à se transformer en liquides, et c’est ce qui arrive en effet. Nous avons reconnu que la

présence de la chaleur en plus ou moins grande abondance, est la cause de ces différens degrés de mollesse et de dureté , comme des changemens d’état des corps, et c’est ce que va nous prouver le passage des solides en liquides; car, élevons la température de quelques degrés, et nous verrons ces graisses se fondre , se transformer en liquides. Continuons à l’élever, nous verrons d’abord le plomb, l’étain, puis l’argent, l’or, le fer, passer également à l’état liquide, après s’étre successivement dilatés et ramollis de plus en plus : employons des moyens plus énergiques, comme les rayons solaires concentrés au foyer d’un miroir ou la lampe à courant d’hydrogène et d’oxigène, et nous pourrons liquéfier des métaux , des pierres et une multitude de corps qui paraissaient toutà-fait infusibles. L’abaissement de la température présente des phénomènes inverses non moins remarquables.

Déjà les variations qui ont lieu naturellement autour de nous , sont assez fortes pour transformer l’eau en glace ; mais abaissons la température artificiellement, ou même transportons-nous dans les régions septentrio-

•nales du globe, et nous verrons aussi le mercure devenir solide; en sorte qu’on peut considérer comme démontré, non-seulement que la chaleur est la cause des cliangemens d’état des corps, mais encore que tous passeraient successivement d’un de ces états à l’autre, si nous les exposions à des variations de température assez fortes. Ces phénomènes sont du plus haut intérêt, parce qu’ils prouvent la généralité et la simplicité , en même temps que la fécondité admirable des lois qui président à l’association des molécules des corps.

Les liquides que la nature nous offre à l’état pur, sont en bien petit nombre; à peine pouvons-nous ranger dans cette classe l’eau , le mercure et quelques huiles grasses et essentielles. Mais si nous regardions comme des liquides diffcrens, tous ceux qui renferment des corps dissous ou mélangés intimement, si nous comptions parmi eux les humeurs animales, telles que le sang, la lynv plie, ou végétales, telles que la sève, les sucs propres, nous trouverions une quantité infinie de corps dans l’état de liquidité. Nous ne nous occuperons ici d’une manière spé*

Dig

ciale que de l’eau et de quelques-uns des liquides dont l’usage est le plus fréquent en physique, parce que l’étude de tous les liquides composés appartient à la chimie et à la physiologie : ce que nous en dirons, relativement aux propriétés physiques, s’applique d’ailleurs à tous ces corps en général.

• Au reste, le petit nombre des liquides naturels vraiment différens, ne doit pas nous surprendre; car un tel état où l’attraction moléculaire et la chaleur se font précisément équilibre, doit se rencontrer bien rarement, puisque la température varie sans cesse. A la rigueur, il ne se rencontre presque jamais ; cependant les liquides conservent cet état pendant des variations plus ou moins considérables de température : c’est la pression de l’atmosphère et aussi l’action du liquide sur lui - même , qui paraissent causer cette prolongation d’équilibre : car nous voyons l’évaporation, c’est-à-dire la transformation des liquides en vapeurs, augmenter à mesure que cette pression diminue. Nous voyons aussi que dès l’instant qu’un corps est à l’état de liquidité, il a une tendance à se transformer en vapeurs d’autant plus grande,

LIQUIDES. ï37

qu’il s’approche davantage du point d’ébullition : on reconnaît bien là l’effet du calorique , qui devient de plus en plus prépondérant sur l’attraction moléculaire et qui bientôt l’emporte tout-à-fait sur elle. Nous voyons aussi les corps les plus liquides , si l’on peut s’exprimer ainsi , où le calorique est plus puissant, avoir beaucoup plus de tendance à se réduire en vapeurs que les liquides gras et visqueux où la force de cohésion paraît un peu plus sensible. Ainsi, tandis que le terme de l’ébullition pour l’éther est à 36°, pour l’eau à ioo°, celui des huiles grasses est d’environ 3oo°, et celui du mercure de 35o°.Tous les solides, qu’on parvient à élever jusqu’à l’ébullition après les avoir fondus, prouvent que cette loi est générale.

Nous avons déjà dit que l’étude des lois de l’équilibre et des mouvemens des liquides, appartient à la mécanique, dont elle forme deux des branches les plus importantes, l’hydrostatique et l’hydrodynamique ; mais nous devons jeter un coup-d’œil sur les modifications qui résultent de leur influence dans la figure de ces corps et la position qu’ils prennent dans l’espace.

L’extrême mobilité des particules des corps à l’état de liquidité, détermine principalement les conditions de leur équilibre et les lois de leurs mouvemens : sans cesse sollicité par l’action constante de la pesanteur, un tel assemblage de molécules ne peut être en équilibre, en repos, que lorsqu’il est de niveau, c’est-à-dire présente une surface plane et horizontale , comme celle d’une eau tranquille. Tout corps liquide cherche donc constamment à se placer de niveau , et il se met en mouvement lorsqu’il n’est plus soutenu ou limité par la résistance des corps environnans; c’est donc la forme de ces corps qui détermine la figure d’une masse liquide.

Maintenant, si nous pénétrons dans l’intérieur même de cette masse, nous reconnaîtrons que les particules placées à la surface, ont tout le poids de l’atmosphère à supporter, et celles du fond, tout ce poids, plus celui des couches supérieures. Il en résulte que, dès que l’on fournit à un liquide une issue, c’est-à-dire qu’on lui permet de remplacer un corps moins pesant, il se précipite à sa place, tandis qu’il remonte s’il se trouve comprimé

LIQUIDES. i3g

entre des corps plus lourds. Deux liquides de densité différente doivent donc se superposer nécessairement. Les mêmes considérations font aussi trouver la position de tous les corps plongés dans un liquide, et font connaître quand il doit tomber au fond ou flotter à la surface et quel sera son tirage , c’est-à-dire la quantité dont il s’enfoncera : c’est ainsi qu’on détermine d’avance le tonnage d’un navire. On conçoit sur-le-champ qu’un corps flotte lorsque sa pesanteur est moindre que celle du volume d’eau qu’il déplace; ainsi nous ne serons plus étonnés d’apprendre que l’on fait des vaisseaux en fer, parce que le volume d’air qu’ils renferment compense et au-delà, le grand poids du vase et l’empêche de peser autant que l’eau dont il occupe la place.

Lorsqu’on veut déterminer le flottement d’un corps , cette considération ne suffit pas : il faut encore chercher la position du centre de gravité de l’eau déplacée et du corps flottant; car ce corps chavirerait immanquablement si son centre de gravité n’était placé un peu au-dessous de celui de l’eau et dans la mépie direction verticale. C’est pour arri-

ver à ce but ou contrebalancer la différence que l’homme, dont le corps a à peu près le poids du volume d’eau qu’il déplace, est obligé dans la natation de faire différens mouvemens pour tenir sa tête hors de l’eau.

Lorsqu’on cherche à apprécier les mouvemens d’une masse liquide, on doit tenir compte de plusieurs résistances , de plusieurs forces agissant en sens contraire, qui détruisent une partie de l’effet total et peuvent même l’anéantir entièrement; ainsi, d’abord dans un vase de forme très-irrégulière, dans des tuyaux ou des canaux très-contournés, les frottemens, les résistances perpétuelles que rencontrera le liquide, embarrasseront sa marche, la ralentiront, lui feront par réaction résister à la portion du liquide qui le suit; en second lieu , à la sortie de l’orifice et tout le long de sa route, si le tuyau est ouvert, à la résistance des parois viendra s’ajouter celle de l’air, différente en raison de sa densité, et surtout de ses mouvemens particuliers ; c’est ainsi que la résistance de l’air cause souvent des débordemens, double ou annulle l’effet du flux et du reflux , le retarde quelquefois de plusieurs heures. Enfin, la mobilité

même des molécules liquides concourt à produire une résistance assez puissante; en effet, dès que l’écoulement est permis dans une telle masse, chacune des molécules conspire pour y arriver; il s’établit une multitude infinie de courans en sens opposés et très-différens d’après la position de l’orifice, d’où résulte une diminution de vitesse qui atténue l’écoulement total. Par suite de ce concours de toutes les molécules vers le même point, il arrive aussi qu’elles continuent à converger vers le prolongement de l’orifice, lors même qu’elles l’ont dépassé, ce qui produit le même effet que si une partie de cet orifice était bouchée : cette convergence est ce qu’on appelle la contraction de la veine fluide ; on ne doit jamais la négliger dans l’appréciation des écoulemens qui ont lieu par des orifices percés en minces parois principalement.

Au surplus , en tenant compte des résistances que nous venons d’indiquer, la pression de l’air et la nécessité de se mettre de niveau à cause de la pesanteur, expliquent tous les mouvemens naturels et artificiels des liquides. C’est ainsi que dans les jets d'eau le liquide s’élance, en apparence contre les lois

l4a DES CORPS

de la pesanteur, presque jusqu’à la hauteur du niveau qui le fournit : c’est ainsi que cherchant toujours un écoulement, ne pouvant demeurer en repos que lorsqu'elle est en équilibre partout , l’eau remonte des cavités souterraines pour produire les fontaines et les sources, coule avec fureur dans les torrens, tombe des cascades avec fracas , coule paisiblement dans les ruisseaux et les rivières , dans les lacs et les étangs n’a souvent de mouvemens que ceux que les vents lui impriment, enfin s’introduit dans tous les corps pour remplir leurs interstices. L’étude de tous ces mouvemens naturels appartient à la géographie physique, comme la connaissance non moins difficile , non moins étendue des mouvemens artificiels appartient à la mécanique et à la science des machines. Parmi ces mouvemens , on doit surtout distinguer ceux de l’eau dans les tuyaux, dans les canaux de toutes sortes , enfin dans les nombreuses machines dont l’hydraulique a enrichi l’industrie humaine.

Nous avons dit ci-dessus que les vibrations transmises par les liquides et plusieurs combinaisons intimes où il y a rapproche-

ment des molécules , prouvent d’une manière irrécusable la porosité, Y élasticité et la compressibilité , qui, au premier abord, paraissent nulles dans les liquides; cependant beaucoup de savans les regardaient comme tout-à-fait incompressibles, et soupçonnaient quelqu’erreur dans les expériences au moyen desquelles deux physiciens anglais, MM. Canton et Parkins , et plus anciennement Bacon , en comprimant l’eau directement dans des tubes très-forts, avaient estimé sa compressibilité, l’un de 0,000044» l’autre de 0,000048 par chaque pression atmosphérique; mais M. Oerstecl , par un appareil de son invention , assez compliqué, mais très-ingénieux, est parvenu à lever tous les doutes : il a trouve la compression égale à o,oooo 45 .

On se rappelle sans doute que l’eau et les liquides ne semblent si pénétrables qu’à cause de l’extrême mobilité et du facile déplacement de leurs molécules , et que tous les phénomènes capillaires qu’ils nous ont présentés viennent, de même que ceux des solides, se montrer comme les effets d’une attraction à très-petite distance. Nous n’avons donc plus, pour compléter leur étude, qu’à chercher

l44" DES CORPS LIQUIDES.

leur pesanteur spécifique, ce qui nous conduira à la description des aréomètres , instrumens d’un grand usage ; et à examiner les phénomènes de dilatation et de contraction qui ont donné lieu à l’invention du thermomètre , l’un des instrumens de physique les plus utiles , enfin ceux de l’ébullition, lorsque, surchargés de ealorique, ces corps changent de nouveau d’état et deviennent fluides aériformes.

SECTION PREMIÈRE

De la densité des liquides et de V aréornétrie.

Les physiciens rapportent généralement la pesanteur spécifique des liquides, aussi bien que celle des solides, à la densité de l’eau dans le vide et à son maximum de condensation : elle se mesure aussi de la même manière. En effet , si nous pesons un flacon d’abord rempli d’eau distillée, et ensuite d’un autre liquide,’ nous aurons très-facilement les rapports de densité entre ces deux liquides; de même, si nous déterminons les rapports de densité d’un corps solide avec l’eau , •

ARÉOMÉTRIlï. l45

ou si nous les connaissons à l’avance , en plongeant le même corps dans un autre liquide, nous trouverons les rapports de pesanteur spécifique de ce second liquide avec le solide, et par suite avec l’eau.

On doit faire, comme dans la mesure de la densité des solides , les corrections relatives à la pesanteur de l’air et aux changemens de densité par suite de la dilatation ou de la contraction occasionées par les variations de température.

Les aréomètres font aussi connaître la densité des liquides et même des solides par rapport à l’eau : voici sur quels principes repose leur construction. Nous savons qu’un corps flottant déplace un volume de liquide dont le poids est toujours précisément égal au sien, par conséquent qu’il s’enfonce d’autant moins que le corps est plus léger, moins dense ; nous savons aussi qu’un corps ne peut flotter d’une manière stable que quand son centre de gravité est placé au-dessous de celui du liquide qu’il déplace. Les aréomètres sont construits d’après ces principes : tous sont terminés à leur extrémité inférieure par une boule, dans laquelle est du mercure ou de

JO

ï4ti DES CORPS LIQUIDES.

petits grains de plomb , dont la destination est de lester l’instrument et de placer très-bas son centre de gravité, de sorte qu’il flotte dans une position verticale. Il en est de plusieurs sortes, et dont l’usage n’est pas le même.

L’aréomètre qu’on emploie le plus généralement en physique , parce qu’il s’applique à la mesure de la densité de tous les liquides , est celui de Fahreinheit. C’est un tube de verre cylindrique, qui doit toujours être beaucoup plus léger que les liquides qu’on veut essayer : ce tube est surmonté d’une petite cuvette et marqué d’un trait environ aux deux tiers de sa longueur. Si par des poids additionnels on force l’instrument de plonger jusqu’à ce trait, ce qui s’appelle affleurer , il fera connaître très-facilement la pesanteur spécifique des liquides. En effet , le poids de l’instrument, plus celui qu’on met dans la cuvette pour le faire affleurer dans l’eau distillée au maximum de condensation, sont égaux au poids du volume d’eau déplacé : il en sera de même dans un autre liquide, et les volumes déplacés étant semblables , la différence des poids additionnels fera connaître les rapports de densité des deux liquides,

ARÉOMÉTRIE. ifyj

en divisant, comme pour les solides, le résultat de cette seconde opération par celui de la première.

On nomme pèse-liqueurs les aréomètres destinés à indiquer la densité des liquides parles divers degrés que marque leur tige en s’enfonçant plus ou moins; tels sont ceux de Baumé. Le même instrument peut être gradué par divisions inégales, de manière à indiquer sur-le-champ des centièmes , des millièmes d’alcool, ou de tel ou tel sel ou acide dissous dans l’eau. On emploie dans les colonies un moyen qui mérite d’être mentionné.

Pour juger du degré de concentration d’une liqueur, on y jette des houles creuses, de pesanteurs spécifiques tellement combinées , qu’elles s’enfoncent ou surnagent en plus ou moins grand nombre suivant la densité du

Enfin, l’aréomètre peut être modifié de façon à servir à la mesure des pesanteurs spécifiques des solides : il prend alors le nom (Y aréomètre-balance ou de Nicholson. C’est l’instrument de Fahreinheit, auquel on ajoute à volonté «à l’extrémité inférieure un petit seau. Après avoir mis le corps dans la cu-

148 DES COBPS LIQUIDES.

vette supérieure, on fait affleurer; puis, retirant le corps et y substituant des grammes, on obtient son poids : alors on place le corps dans le seau, il perd de son poids celui du volume d’eau qu’il déplace , et les poids ajoutés pour ramener au point d’affleurement, donnent la perte dans l’eau , et par suite la densité du corps comme avec la balance hydrostatique. Ce procédé , fort simple et fort commode, est aussi fort exact, pourvu qu’on fasse les corrections que nous avons indiquées plus haut.

SECTION II

Du thermomètre.

L’agent le plus actif, le plus puissant, le plus universel dans la nature et les arts, c’est le calorique : il échauffe, fond, vaporise, enflamme toutes les substances, lorsqu’il a un degré d’énergie convenable; fait passer tous . les corps de l’état solide à l’état liquide et de l’état liquide à l’état gazeux ; enfin, lors même qu’il paraît dans l’inaction, sa présence dans les corps écarte les molécules les une6 des

DES THERMOMÈTRES. l/$g

autres, augmente leur volume sans augmenter leur poids et leur fait occuper plus d’espace.

Cet effet se remarque aussi bien dans les liquides que dans les solides ; il y est même beaucoup plus sensible, en sorte que la moindre variation de température le produit. Il •

était donc bien important et bien utile de trouver un moyen de mesurer exactement cette température dans les diverses substances.

Puisque la chaleur augmente le volume des corps, mais non leur poids, on conçoit qu’on peut d’abord estimer cette augmentation pour les liquides, en y pesant, à diverses températures, un corps solide dont on connaît la dilatation; eh effet, les corps solides se dilatant beaucoup moins que les liquides, le volume d’eau déplacé sera à peu près égal, que la température soit élevée ou basse; et comme dans le premier cas l’eau est plus légère, le poids indiqué par le corps qui y est immergé sera plus considérable.

Mais le principe de l’augmentation de volume en raison de la température a fait inventer un instrument très-simple, très-commode, très-exact, de la plus grande utilité,

l5o DES CORPS LIQUIDES.

dont les applications sont sans fin, et que par ces raisons nous décrirons avec détail.

Tandis que les pjjomètres 9 au moyen desquels on apprécie les hautes températures , sont rarement employés, les thermomètres , qui nous donnent la mesure exacte des moindres variations des températures ordinaires , sont d’un emploi journalier et ont mille usages importans , même dans la vie commune. Qui ne devrait consulter son thermomètre avant de choisir le vêtement qui doit le couvrir ? C’est un Hollandais , nommé Drebbel , qui conçut la première idée du thermomètre ; mais ce n’était alors qu’une ébauche imparfaite , comme la plupart des découvertes au moment où le génie de l’homme les tire du néant : bientôt Newton et l’Académie de Florence lui firent subir quelques perfectionnemens, et maintenant on ne se sert plus que des thermomètres construits d’après les principes de Deluc , qui ont rendu plus précis les instrumens de Réaumur et de Fahreinheit.

Tous ces thermomètres sont composés d’un tube de verre terminé par une boule : on doit choisir un tube étroit et une boule assez forte , afin d’obtenir des effets plus sensibles; mais

DES THERMOMÈTRES. l5l

il est bien important que ce tube soit calibré exactement, c’est-à-dire ait des dimensions intérieures bien égales, afin qu’une même quantité de liquide occupe partout une longueur égale; car ce n’est que pour les instrumens auxquels on attache une grande importance qu’on trace les divisions partiellement , au moyen d’une vis micrométrique.

Maintenant, plaçons dans le tube et la boule destinés à former un thermomètre un liquide quelconque : on conçoit qu’en vertu de la propriété de dilatation par la chaleur, de contraction par le froid que ce liquide possède, il montera ou descendra dans le tube en raison de la température, et parcourra des espaces d’autant plus grands que le volume de la boule sera plus considérable comparé au diamètre du tube. Si nous choisissons des bases invariables pour nous servir de repères et de mesures, rien ne sera plus facile que de connaître et de comparer les degrés de chaleur ou de froid observés avec cet instrument.

L’intervalle qui sépare le degré de température où l’eau bout, c’est-à-dire se change en vapeur avec beaucoup de force , et celui

où elle passe de l’état de glace ou de solidité à l’état liquide, fournit une mesure constante, appuyée sur deux bases fondamentales certaines , faciles à retrouver, et par conséquent très-propres à servir de points de comparaison : aussi les physiciens de tous les pays furent-ils bientôt d’accord pour l’adoption de ces deux bases. En effet , ils avaient remarqué que, dans des. circonstances semblables, la liquéfaction et l’ébullition de l’eau se faisaient toujours au même degré de température; ils avaient de plus remarqué que ce terme était invariable tant que durait le changement d’état des corps : qu’ainsi , quelle que fut la température à laquelle on exposait la glace fondante ou l’eau bouillante, jamais on ne pouvait leur faire prendre un degré de chaleur de plus , comme si chaque corps avait pour la chaleur une mesure de capacité déterminée; comme si, une fois arrivé à ce terme, la chaleur ajoutée servait seulement à liquéfier ou vaporiser le corps , ce que nous vérifierons en effet et étudierons par la suite. Rien n’était donc plus précieux pour la construction d’un thermomètre , qu’un tel point de comparaison constant et invariable; mais,

DES THERMOMÈTRES. î 53

pour obtenir cette perfection clans les deux „ opérations, plusieurs précautions sont à prendre , plusieurs causes d’erreur sont à éviter.

En premier lieu, plusieurs circonstances peuvent influer sur le degré de chaleur auquel l’eau change d’état; ainsi, la glace ne fond pas, l’eau ne bout pas à la même température lorsqu’elles ne sont pas bien pures, lorsqu’elles contiennent des sels en dissolution ou quelque corps en combinaison ou en suspension; ainsi, la forme et la nature du vase influent sur le degré de chaleur auquel l’eau entre en ébullition : elle bout plus tôt dans un vase de métal que dans un vase de verre ou de terre. On remédie à cet inconvénient en mettant au fond du vase une substance en poudre comme du sable , de la limaille de fer, dont les éminences servent de points de départ pour la vapeur.

En second lieu, il est bien important de 11e pas prendre de l’eau qui gèle, mais de la glace ou de la neige qui fondent ; car la glace formée ne conserve pas invariablement la môme température , et d’ailleurs l’eau présente souvent cette singularité remarquable de demeurer liquide jusqu’à une tempéra-

ï54 UES CORPS LIQUIDES,

ture quelquefois bien inférieure au terme de la congélation. Pour que cela arrive, il est nécessaire qu’elle soit parfaitement en repos, comme si les molécules pouvaient oublier de se placer de manière à devenir solides ; mais si on les retire de cet état de sommeil , pour ainsi dire, en donnant du mouvement à cette eau , si on leur fournit un point de ralliement en y plongeant un corps solide et surtout un morceau de glace , on verra sur-le-champ une portion de la masse se geler.

L’eau présente encore une autre singularité, que nous avons mentionnée en parlant du maximum de condensation auquel on rapporte les pesanteurs spécifiques des corps , mais que nous devons expliquer ici ; c’est que l’eau, en approchant du point de la congélation , ne diminue plus de volume, selon la loi générale , mais au contraire se dilate ; quelques autres corps présentent des anomalies analogues. Ainsi , le fer fondu , le soufre, le bismuth , se dilatent en se gelant ; le mercure se contracte au contraire d’une manière prodigieuse. Ce sont des faits particuliers qui né peuvent renverser une théorie générale, lorsqu’elle explique , calcule et mesure les

DES THERMOMÈTRES. l55

phénomènes , et qui dépendent sans doute de l’arrangement que prennent les molécules des corps en passant de l’état liquide à l’état solide. Le point du maximum de condensation de l’eau est estimé 4° environ ; à 8° elle a la même densité qu’à o°.

Enfin , pour l’établissement des thermomètres , il est encore ime remarque à faire , c’est de tenir compte de la pression de l’atmosphère ; car la vapeur d’eau ayant toujours cette puissance à vaincre, devra employer des efforts proportionnés à sa force : on a choisi pour terme fixe de pression celui d’une colonne de mercure de 76 centimètres de hauteur ( 28 pouces environ ); c’est à cette hauteur moyenne du Baromètre qu’on ramène toutes les opérations.

En théorie tous les liquides peuvent servir de thermomètres , mais en fait il y en a de plus propres à cet usage que d’autres. Il paraissait naturel de choisir l’eau , ce liquide si répandu dans la nature, déjà employé dans l’opération ; mais outre que l’intervalle qui sépare ses cliangemens d’état ne comprend pas toutes les variations ordinaires de température , 011 reconnut bientôt , non-seu-

lement que la dilatation augmentait en s’approchant du terme de l’ébullition, ce qui est commun à presque tous les liquides, mais encore qu’elle offrait cette singularité dont nous venons de parler, d’être à son plus grand état de contraction à environ 4® au-dessus du point de la congélation et ensuite par l’abaissement de la température de se dilater au lieu de se contracter. L’huile employée par Newton, joint à l’inconvénient de sa viscosité , de sa demi-solidité, celui de ne pouvoir servir dans les basses températures; l’alcool, ou esprit de vin, a le désavantage de bouillir à une température trèspeu élevée , et en approchant de cette température , de se dilater inégalement : mais on peut remédier au premier de ces défauts , et ce liquide est de plus très-propre à mesurer les températures fort basses : il est encore assez en usage. Mais c’est surtout le mercure ou vif-argent qu’on emploie : en effet, il n’est entaché d’aucun des vices précédens : il est le liquide qui se dilate le plus également; son échelle de liquidité embrasse une grande étendue de variations de température , c’està-dire depuis environ 4°° au-dessous de

DES THERMOMÈTRES. l! >7

zéro jusqu’au 35o° au-dessus du même terme; enfin, il est sensible à la moindre variation. Entre o° et ioo° l’eau se dilate de ~ de son volume , l’alcool de plus de le mercure seulement d’environ -i.

Entrons maintenant dans quelques détails sur la construction des thermomètres, et voyons quelle échelle de division on y applique. On doit d’abord commencer par épurer complètement le mercure dont on doit faire usage, et après avoir fait chauffer le tube et la boule , afin de chasser l’humidité et une partie de l’air, on les plonge dans le mercure pour l’y introduire. Lorsqu’on juge qu’ils en contiennent une quantité suffisante ( cette quantité varie en raison de la grosseur de la boule, de la longueur du tube, de l’étendue qu’on veut donner à l’échelle supplémentaire ou inférieure au zéro ) , on les descend dans un vase qui contient de l’eau en pleine ébullition , en les faisant plonger dans leur vapeur, mais sans toucher ce liquide ; on les y tient suspendus pendant assez de temps pour qu’ils se mettent en équilibre de température : on fera alors une marque à l’endroit où le mercure s’arrêtera,

et l’on fermera le tube à la lampe si l’on veut un instrument qui porte toute l’échelle , sinon on lui donnera la hauteur voulue après la seconde opération. Celle-ci consiste à plonger le thermomètre dans la glace fondante, et à marquer l’endroit où le mercure s’abaisse. L’eau bouillante ne pouvant, à cause de la pression du liquide, avoir la même température au fond et à la surface du vase , il est essentiel d’employer un vase élevé où les thermomètres ne plongent que dans la vapeur d’eau, ainsi que nous venons de l’expliquer.

C’est cet intervalle trouvé sur chaque instrument par les opérations que nous venons de faire, que les physiciens n’ont pas partagé de la même manière. Réaumur l’a divisé en 80 parties, plaçant le zéro à l’endroit de la glace fondante : les physiciens français , pour rendre les calculs plus faciles , ont divisé le même espace en ioo parties, en sorte que les degrés du thermomètre de Réaumur sont dans le rapport de quatre à cinq avec ceux du thermomètre centigrade ou centésimal. En Angleterre et en Allemagne, on se sert plus particulièrement du thermomètre de Fahrein -

UES THERMOMÈTRES. l5g

hait dans lequel le même espace est divisé en 1 80 parties , mais où le terme de la glace fondante est marqué 3 a° et par conséquent celui de l’eau bouillante 212 ; ainsi neuf de ses degrés valent cinq de ceux du thermomètre centigrade. Dans tous , on continue à tracer des divisions égales au-dessus et audessous des deux limites fondamentales pour étendre le champ des observations. On emploie les signes -{- plus , et — moins, pour indiquer les observations au-dessus et audessous de o°, ou du terme de la glace fondante, dans nos instrumens.

On emploie encore quelquefois le thermomètre de Delisle, qui marque o° à l’eau bouillante et i 5 o° à la glace fondante, son échelle étant descendante à partir du premier terme.

SECTION ni.

Du passage des liquides en vapeurs ou de V ébullition.

Lorsque la force de cohésion se trouve balancée par la force de répulsion du calorique, les corps passent à l’état de liquidité ;

iGo DES CORPS LIQUIDES.

ainsi le mercure fond à 4o° au-dessous de o°; l’eau à o°; l’huile d’olive à io° au-dessus ; le suif à 33 °; le soufre à 170°; le plomb à 200 0 ; l’argent à 28° du pyromètre de M'edtpvood, environ 2600° du thermomètre; l’or à 32 ° ou 2900°; le fer à i 3 o° ou 10000° environ. Mais un tel équilibre entre ces deux forces ne peut être de longue durée , aussi avons-nous déjà annoncé qu’à peine devenus liquides, ces corps manifestent une tendance plus ou moins forte à se réduire en vapeurs , à passer à l’état aériforme.

Tels sont les phénomènes que tous les corps fusibles nous présentent dans leurs changemens d’état : à une limite de température fixe et particulière pour chacun , nous les voyons de l’état solide passer à la liquidité ; ensuite, à mesure que la température s’élève ou que le calorique devient plus puissant, car c’est la même chose, nous voyons leur tendance à se réduire en vapeurs devenir plus forte, jusqu’à ce qu’enfin il arrive un terme où elle fait équilibre à la pression ordinaire de notre atmosphère estimée équivaloir à une colonne de mercure de 76 cm., ou à une colonne d’eau de 32 pieds. A ce

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VAPomsvîioîf. 161

point, la portion du liquide dont le calorique s’empare augmente de volume et par conséquent diminue de densité dans une proportion énorme; elle forme une multitude de globules de vapeur qui soulèvent la masse liquide avec violence et viennent crever à sa surface : on dit alors que le liquide bout ou est en ébullition. Ce terme arrive pour l’alcool à 79 0 , pour l’eau à ioo°, pour le soufre à 200°, pour l’huile à 3 i 5 °, pour le mercure à 35 o°.

A ces points extrêmes de fusion et de vaporisation des corps, dernières limites de la solidité et de la liquidité , tout le calorique qui s’ajoute à celui qu’ils possèdent déjà, est employé, dans le premier cas, à les li- - quéfîer, dans le second à les vaporiser. Il est constant qu’alors la force d’expansion faisant équilibre à la pression de l’atmosphère , ces corps ne peuvent prendre un degré de température plus élevé sans changer d’état, et nous avons vu que c’est sur ce principe que repose la construction des thermomètres. Ainsi , que l’eau , par exemple , soit exposée au foyer le plus intense, elle pourra bouillir avec plus de violence , c’est-

à-dire, se vaporiser plus rapidement, mais

jamais elle ne dépassera ioo°.

Nous avons dit que la présence de substances étrangères dans les corps , influe puissamment sur leur degré de fusion et d’ébullition ; elles le retardent constamment pour des corps plus fusibles, plus volatils qu’elles : ainsi , l’eau chargée de sel , bout moins promptement que l’eau pure , tandis que l’eau chargée d’alcool , bout plus tôt. Nos mets formés de liquides et de solides , bouillent à une température plus haute que le liquide seul. Nous avons dit aussi que la forme et la nature des vases influaient sur l’ébullition : sous ce rapport , M. Oersted a fait une remarque curieuse : c’est qu’on augmente considérablement l’évaporation , au moyen de petits faisceaux de fils métalliques, placés dans le vase. On savait déjà qu’elle était plus rapide dans les vases à parois inégales et raboteuses.

Mais c’est surtout la pression qui bâte ou retarde le point d’ébullition des liquides :

ainsi, l’eau bout aune température d’autant moins élevée , que l’air est moins pesant ; tandis que si nous la faisons chauffer dans

VAPORISATION. lf>3

la marmite de Papin , soumise à une près sion énorme, elle ne pourra ni se vaporiser, ni bouillir, et prendra une température dont l’élévation n’aura de limite que le point où la vapeur pourra briser le vase ; car , ainsi comprimée, sa force d’expansion est énorme, et si on lui livre une issue , elle se vaporise aussitôt et s’élance avec une violence souvent effrayante. Ce qu’il y a de bien remarquable , c’est que si toute l’eau n’est pas expulsée de la sorte , elle retombe sur-lechamp au point de l’ébullition ordinaire, c’est-à-dire à ioo°.

. Nous venons de voir que tous les corps ne changent pas d’état au même degré de chaleur , et que tous ne conservent pas leur liquidité pendant les mêmes intervalles de température , puisque l’échelle de liquidité de l’eau ne comprend que ioo°, tandis que celle du mercure en comprend près de 400.

Mais pendant la durée de ces intervalles , les liquides ont toujours d’autant plus de tendance à passer à l’état de vapeur, et se vaporisent en effet d’autant plus que la chaleur est plus élevée. Dans ces phénomènes, il semble que la moindre quantité de calorique

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qui vient pénétrer un corps liquide, rompt l’équilibre entre lui et la force de cohésion , et dès lors , exerçant son action sur les molécules qu’elle rencontre , les fait passer à un état où elles sont presqu’entièrement sous sa dépendance. Nous verrons, dans la quatrième division , en traitant des vapeurs, suivant quelles lois elles se forment; et nous reconnaîtrons que la quantité de vapeurs est indépendante de la pression des gaz ambians :

ainsi , le poids de l’atmosphère influe bien sur le terme de l’ébullition , et il ne peut en être autrement; ainsi, dans le vide, la production de la vapeur est rapide, presqu’instantanée, tandis que dans l’atmosphère, elle est d’autant plus lente que la densité de l’air est plus considérable : mais , dans tous les cas, la quantité produite dans un espace saturé sera la même. Par-là nous reconnaissons que l’air ne fait que gêner, embarrasser le dégagement des vapeurs , sans exercer sur elles aucune action dissolvante.

Nous ne. terminerons pas cette esquisse rapide des propriétés des liquides sans faire mention des curieuses expériences de M. de Latour qui , en échauffant convenablement

VAPORISATION. l65

plusieurs liquides , est parvenu à les vaporiser dans un fort petit espace , la force du calorique étant alors suffisante pour tenir leurs molécules disséminées dans toute l’enceinte qu’on leur permettait d’occuper. L’éther, par exemple, s’était répandu dans un espace double de son volume pris à la température ordinaire ; l’état de cette substance pouvait alors être considéré comme intermédiaire entre la liquidité et la fluidité élastique. En effet, dans l’intérieur des liquides il y a encore cohésion , quoiqu’ à la surface rémission des vapeurs indique un état de réaction très -compliqué ; dans les gaz , il y a répulsion et ressort entre les molécules : dans l’étlier qui passe en masse de l’un à l’autre état , il y a un terme où la cohésion est nulle , ce que l’on n’observe pas ordinairement , ni dans les solides , ni dans les liquides, ni dans les gaz.

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DES CORPS GAZEUX ou