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M. Smeaton publia, en 1764, une suite d'expériences sur la dilataîion de différentes substances , mesurée au moyen d'un instrument tiès-ingénieux de son invention, dont il donna la description dans les Transactions philosophiques pour ladite année *. La table qui suit présente les dilatations
' Traite' de Phys. I, i58, et Pre'cis élérncntaire. I, 2cg. * Phil. Trans. i-54; p. 598.
84 Corps impondérables.
qu<; les tliffércnics substances essayées éprouvèrent de o à 100 degrés centigrades, en supposant le volume primitif =i.
Verre tlanc , luLes de baromètre. . . o,ooo83
Anliinoine 0,00 io83
Acier trempé 0,0011 25
Acier non trempé 0,00 12 25
Fer 0,00 1258
Bismuth 0,001592
Cuivre battu 0,001700
Cuivre, 8 parties cuivre, 1 p. étain. . 0,0018166
Cuivre, 16 parties cuivre, 1 p. étain. . 0,001908
Métal de miroir 0,001933
iSoudure de zinc o,oo2o58
Etain fin o,oo2283
Etain en grain o,oo2485
Soudure tendre, plomb 2, étain 1. . o,oo25o8
Zinc, avec 1 partie d'étain sur 8 zinc. 0,002692
Plomb 0,002867
Zinc 0,002942
Le général Roy, dont on sait que les expériences méritent confiance , à raison de leur grande exactitude , a dressé le tableau qui suit des dilatations de diverses substances.
Verre (en tubes) 0,00077615
Verre (en baguettes) 0,00080787
Fonte de fer prismatique 0,0011094
Acier (en baguettes) 0,0011 447
Bronze (en écailles, supposé de Hambourg). 0,001 85 54
Bronze anglais (en baguettes). 0,001875
Bronze anglais (en auge) 0,0018928
Dans la table suivante, je présenterai le résultat des essais de quelques autres artistes et physiciens , sur la dilatation de plusieurs autres corps , dont ou considérait le volume à o© centigrade = i.
La dilatation indiquée est celle de o à ioo« centigrades.
Acier 0,0011899 Troughton.
Argent 0,0020826 Trougliton.
Cuivre 0,0019188 Troughton.
Fil de fer. ...*... o,ooi44oi Troughton.
Platine 0,0009918 Troughton.
Platine o,ooo85655 Borda.
Palladium 0,0010.... Wollaston.
Fer. o,ooi446 Haellstroem.
DU CALORIQUr. 85
La {.IHatation du verre étant souvent d'une grande importance dans les expériences, on a du l'examiner avec beaucoup de solo. Mais les différentes sortes de verre présentent à cet égard tant de variations, qu'on ne peut établir de règle générale de la dilatation de ces corps. Lavoisier et Laplace trouvèrent que le verre est d'autant moins dilatable par la chaleur qu'il contient plus de plomb*. J'ajouterai ici quelques déterminations de la dilatation du verre à celles déjà indiquées dans les tables qui précèdent. Ramsden trouva que la dilatation de o à loo.» centigrades d'une baguette de verre solide est de 0,0096944? ^^ ^^^^^ ^'^^^ tube de verre de 0,0093 138. M. Deluc, par ses expériences sur la dilatation des tubes de thermomètre et de baromètre, l'a établie ainsi qu'il suit :
tempérât.
Volume.
Tempérât.
Volume.
Tempérât.
Volume.
Ech. cent.
Ech. cent.
Ech. cent.
oo. ..
looo56.
2ooo53.
iooo83.
8. La propriété qu'ont les corps de se dilater , par l'ap- Nature plication du calorique , nous a fourni les moyens d'en me- Thermo''mïtri, surer les températures relatives. L'instrument dont on se sert, à cet effet, et auquel on a donné le nom de t/iermomètre, consiste simplement dans un tube de verre creux hermétiquement scellé à l'une de ses extrémités , et dont l'autre se termine par une hou/e qui y est soufflée. On remplit de mercure cette boule ainsi qu'une partie du tube. Lorsque la boule est plongée dans un corps chaud, le mercure se dilate et s élève par conséquent dans le tube; mais si cette boule est plongée dans un corps froid , le mercure se contracte et alors il descend dans le tube. L'ascension du mercure dans ce tube indique l'augmentation de température , et son abaissement , sa diminution ; et c'est par La quantité dont il monte, ou descend, qu'on détermine la proportion de l'un ou de l'autre effet. Pour faciliter l'observation , le tube est divisé en un certain nombre de parties égales appelées degrés.
On attribue l'invention, vers le commencement du dix-
* Biot, Traité de Physique. 1 , 157,
septième siècle, du premier thermomètre dont on ait fait usage, à Sanctorius, le fondateur célèbre de la médecine statique. Cet instrument, grossièrement fait d'abord, fut perfectionné par les académiciens de Florence, et par Bojde ; mais ce fut Isaac Newton qui en rendit l'usage véritablement utile, en donnant le moyen de construire les thermomètres de manière qu'ils fussent comparables entre eux.
Si Ton ploui^e un thermomètre , autant de fois qu'on voudra ,
Comment , ni-pi -i-t • ia ■,
on les gradue, daus de ia neige tondante , il mdiquera toujours le même degré, et restera stationnaire à ce point. On obtiendra le même effet, ainsi que l'observa le docteur Hooke, par son immersion , répétée à volonté , dans de l'eau bouillante , pourvu que la pression de l'atmosphère reste la même. Il s'ensuit que la neige commence toujours à fondre à la m.ême température, et que, toutes choses égales d'ailleurs, le terme de l'ébullition de l'eau est constant. Si donc, en construisant un thermomètre, on marque les deux points auxquels le mercure se sera arrêté dans le tube, lorsqu'il aura été successivement plongé dans la neige fondante et dans feau bouillante , et qu'on divise l'intervalle entre ces deux points en un nombre quelconque de parties égales, comme celui de loo, en désignant par zéro le point de station du mercure dans la neige fondante, et par loo celui dans l'eau bouillante, tout autre thermomètre construit d'une manière semblable indiquera le même degré que celui-ci, lorsqu'on leur appliquera, à l'un et à l'autre , un corps à la même tem.pérature. Tous les thermomètres ainsi établis peuvent donc être comparés ensemble, et on en étendra à volonté l'échelle au-delà du point de l'ébullition de l'eau , ou au-dessous de celui de la neige fondante.
C'est bien Newton qui a le premier donné cette méthode de construction de thermomètres comparables * , mais l'exécution en a été depuis considérablement simplifiée par M. Fahrenheit d'Amsterdam, et par le docteur Martine de Saint-Andrew ^. D'après les différentes méthodes adoptées par les fabricaîeurs d'instrumens de physique, pour déterminer le terme de l'ébullition, il se trouva que les thermomètres s'accordaient rarement entre eux, et que souvent ils
• Pliil. Trans. Abr. IV, i .
' On the coDslruction and graduation of thencoincters.
employés
déviaient de plusieurs degrés du véritable point cherché. Cette observation porta M. Cavendisb à faire sentir à la Société royale, l'importance de publier des tables pour construire d'aussi utiles instrumens. Un comité de la société fut, eu conséquence, chargé de s'occuper de cet objet; son travail, qu'on peut consulter à3ij\s\çs Transactions philosophiques^ ^ offre la meilleure direction à suivre pour la construction des thermomètres. La plus importante , lorsqu'on veut déterminer le terme de fébidljtion de l'eau, est dexposer tout le tube du thermomètre, ainsi que sa boule, à la vapeur de l'eau, en ayaiit soin que, pendant cette exposition, le baromètre se maintienne à yôG millimètres.
Le mercure est le liquide qui convient le mieux pour les thermomètres, parce qu'à raison de ce que ses deux points de congélation et d'ébullition sont très - éloignés lun de l'autre, sa dilatation est la plus uniforme. On fait actuelle- ^^-^^^^^^^ ment usage en Europe, de quatre espèces de thermomètres, thermomètre.
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qui ne ditterent entre eux que par le nombre de degrés dans lesquels l'espace entre les deux points de la congelation et de lébullition a été divisé; ces thermomètres sont ceux de Fahrenheit, de Celsius, de Réauraur et de Dehsle.
On se sert, en Angleterre, du thermomètre de Fahrenheit. L'intervalle entre les deux points est divisé en i8o°, mais l'échelle commence à k température produite par un mélange de neige et de muriate de soude, qui est de 32" audessous du terme de congélation; ce terme, dans ce thermomètre est donc Sa , et celui de feau bouillante de 212 *.
Le thermomètre de Celsius est celui qu'on emploie en Suède, et qu'on a adopté en France, depuis la révolution, sous la dénomination de thermomètre centigrade. L'échelle y est divisée en 100 degrés; elle commence au point de la congélation qui est indiqué par zéro et finit à celui de l'eau bouillante qui en est le 100^ degré ^.
' Phil. Trans. 1777, p. 816.
• C'est le thefmom»tre qu'on a toujours suivi dans cet ouvrage, à moins qu'on y ait fait particulièrement mention d'un autre.
^ CoDsequemment les degrés de Fahrenheit sont à ceux de Celsius * * 180 : 100^:: 18 '. 10;::^ 9* 5 5 c'est-à-dire que 9 degrés de Fahrenheit n'en font que 5 de Celsius ; ain ila réduction des degrés de CeLiius
o ''.' à ceux de Fahrenheit sera F- — ; — ■+• Sa.
Le thermomètre connu sous le nom de thermomètre de Réaumur, mais qui est réellement de la construction de Deluc, était en usage en France avant la révolution. L'espace entre les deux termes y est divisé en 80°. Celui de la congélation y est indiqué par o, et l'eau bouillante par 80^ *.
On se sert, en Russie, du thermomètre de Delisle. La division entre les deux termes est de i So", mais elle commence à celui de l'eau bouillante qui est le o de l'échelle, et les degrés y vont en augmentant vers le point de refroidissement qui en est le i5o.«*.
9. Après avoir considéré les phénomènes, et les lois de Exceptions ^^ dilatatiou^ autant qu'ils nous sont connus, il convient de aux lois de parler des exceptions que présente cet effet général de la
U dilatation. ^, , , ,1,. , > > ^ i ti • i •
chaleur , c est-a-du'e des cas ou la dilatation produite ne résulte pas d'une augmentation , mais bien d'une diminution de température. Ces exceptions peuvent être divisées en deux classes. Dans la première on comprend certains corps Pt deuxsortes. liquides qui ont un maximum de densité correspondant à une certaine température, et qui, étant chauffés ou refroidis, à partir de ce point, éprouvent, dans l'un et l'autre cas, une dilatation ou une augmentation de volume. On rangera dans la seconde classe ceux des liquides qui devenant soudainement solides, par l'abaissement de leur température à un certain degré, acquièrent par cette solidification un accroissement de volume.
10. L'eau fournit un exemple remarquable d'exception de j. Maximum de ^a première classe de corps. Ce liquide est à son maximum alf.'io^ceut'^ de densité à la température de 4°-44î au-dessus de zéro de
l'échelle centigrade; s'il est refroidi au-dessous de ce terme , il se dilate à mesure que sa température diminue; s'il est chauffé au-delà, son volume s'accroît de la même manière, comme sa température augmente. Ainsi la chaleur produit
' Par conséquent 180° F nr 80 iî , ou 9 F :z:z ^ R; donc
* Ainsi 180 F^rz ^5o°D , ou 6 F — ;.i D. Pour réduire les deeçrés du
thermomètre de Ijeiisle au-dessous du terme de Teau bouillante à
fi D ceux de Fahrenheit, on aura F^^ii'i-^ — r- et pour réduire ceux
«u»aessusr ;;=;2i3 H p— ,
DU CÀLORIQUÏ. 89
deux effet? opposés sur Veau , selon la température de ce liquide : celui de la contraction, ou de la diminution de son volume, à la température de -4- 4°44 centig. jusqu'à zéro et au-dessous, et celui de sa dilatation à partir de H- 4^.44 jusqu'à 100° centig. et au-dessus. Telle est l'opinion actuellement presque généralement admise, et considérée comme étant le résultat des expériences les plus exactes.
Les faits qui amenèrent à cette conclusion furent observés pour la première fois par les académiciens de Florence, Histo!r« dont les expériences ont été publiées dans les transactions découveiie. philosophiques pour 1670 ^ Après avoir rempli d'eau un globe de verre terminé par un col étroit et gradué, ils le placèrent dans un mélange de neige et de muriate de soude. Au moment où le globe toucha le mélange, l'eau s'éleva un peu dans le col à raison de la construction du vaisseau , puis elle redescendit lentement à mesure qu'elle fut affectée par le froid; mais au bout d'un certain temps , elle commença à s'élever de nouveau, et continua ainsi d'une manière lente et uniforme, jusqu'à ce qu'une portion eût été convertie en glace. Alors elle monta tout-à-coup avec un mouvement des plus rapides. Le docteur Croune attira bientôt après l'attention de la Société royale sur celte circonstance particulière de dilatation, en lui faisant part, en i683, des résultats d'une expérience analogue à celle des académiciens de Florence, qu'il avait faite, et de laquelle il tirait la conclusion , que l'eau commence à se dilater par le froid à un certain degré de température au-dessus de celui de sa congélation. Le docteur Hooke objecta à cette conclusion que la dilatation n'était qu'apparente, et qu'elle n'était due qu'à l'excès de la contraction du vaisseau sur celle de l'eau q;i'il contenait. D'après cette observation, on répéta l'expérience en refroidissant le vase dans un mélange frigorifique, avant de le remplir d'eau. Cette précaution ne changea rien à l'effet, qui fut absolument le même que celui précédemment obtenu '. Par ses recherches sur cette propriété de l'eau, M. Deluc est le premier qui essaya de déterminer le degré exact de température auquel la dilatation de ce liquide par
• Phil. Trans. n.o G6 j ou vol. V, p. 2020. Abrégé. I, S.^o-
• Birche's Hist. of the royal Society, IV, 253.
COTvPS IMPONDERABLES.
le froid commence à avoir lieu. Il plaça ce terme à 5** centigr. au-dessus de zéro, etilestima, qu'à partir de ce point, la dilatation est à-peu-près égale pour le même nombre de degrés d'élévation ou de diminution de température, et qu'ainsi la densité de ce liquide est la même à la température de zéro, et à celle de lo*' centigr. au-dessus. M. Deluc, qui employait , pour thermomètres , des tubes de verre , avait négligé, dans ses expériences, de tenir compte de la contraction dont ce corps est susceptible; mais, dans une suite d'expériences faites en 1790, par Charles Blagden et par M. Gilpin, cette correction ne fut point oubliée. Pour déterminer avec précision la pesanteur spécifique de l'eau, ils la pesèrent exactement dans une bouteille de verre, à chaque degré de température de zéro à 100" centigr.; ils en établirent ainsi le maximum de densité à environ 4" centigr. au-dessus de zéro, et ils reconnurent que cette densité duninuait à peu-près également par un même changement de température au-dessus ou au-dessous de ce terme. La table qui suit indique le volume de l'eau, correspondant, d'après leurs expériences, aux degrés de température au-dessus et au-dessous de 4° centigr '^.
M-Tche
de
!a dilatation.
