MESURE DES TEMPÉRATURES

Nous ne possédons jusqu'à présent aucun moyen direct pour mesurer les quanlités de chaleur qu'un corps absorbe dans des circonstances données ou, en d'autres termes, le degré d'énergie avec lequel les phénomènes calorifiques se développent dans un corps en ces circonstances, et nous ne reconnaissons ce degré d'énergie que par les changements qui surviennent dans l'état de ce corps ou par sa dilatation. On donne le nom de thermomètres aux instruments qui ont pour but de constater les variations de chaleur dans un milieu. Ces instruments sont fondés, en général, sur la dilatation que les corps éprouvent par Faction de la chaleur ou sur les changements de force élastique qu'un même volume de gaz éprouve dans les circonstances auxquelles le milieu qui les contient se trouve soumis ; en un mot, on les place dans les mêmes conditions thermiques que le milieu sur lequel on veut connaître rintensité d'action de la chaleur et les effets qu'elle produit, et d'après les variations de la dilatation ou de la force élastique sur la substance thermométrique, on préjuge l'intensité de l'action calorifique sur le milieu.

Un thermomètre parfait serait celui dont les indications seraient toujours proportionnelles aux quantités de chaleur qu'il a absorbées, ou^ en d'autres termes, celui dans lequel l'addition de quantités égales de chaleur produirait toujours des dilatations égales. Pour que cette CQOilitioD soit rempliCj l\ faut, ou bicti i[m la caïKiciic caloriJj(|ue et la

elles les quantités de chaleur absorbées par ces différents corps, lorsqu'ils sont portés successivement aux différentes températures mesurées par les dilatations de Tun quelconque d'entre eux, on reconnaît que ces quantités sont variables et inégalement variables dans chacun deux y sans qu'on ait réussi jusqu'ici à assigner les relations qui existent entre ces variations de capacité et les variations de volume. La construction d'un appareil capable de mesurer directement les quantités de chaleur absorbées par un corps quelconque dans des circonstances déterminées est donc impossible dans l'état actuel de la science, et l'on se contente de mesurer les variations de température à l'aide du thermomètre connu, indépendamment des quantités de chaleur qui les ont produites, sauf à mesurer par d'autres moyens indirects ces quantités de chaleur.

La grande précision que l'on peut apporter dans la construction du thermomètre à mercure, la grande facilité avec laquelle le liquide thermométrique peut être toujours obtenu identique, enfin la grande étendue des températures pendant laquelle ce liquide conserve le même état, ont fait donner au thermomètre à mercure la préférence sur tous les instruments de la même espèce et l'ont fait adopter exclusivement pour toutes les expériences précises.

Mais il existe une condition essentielle à laquelle tout appareil de mesure doit satisfaire; il faut non-seulement qu'il reste toujours comparable à lui-même, c'est-à-dire qu'il marque toujours le même degré dans des conditions identiques, mais il faut encore que l'on puisse le reproduire à volonté et obtenir toujours des instruments rigoureusement comparables entre eux.

Les physiciens se sont contentés jusqu'à présent d'assujélir les échelles des thermomètres à mercure à s'accorder pour certaines températures normales faciles à reproduire et parfaitement identiques ; ils ont adopté pour cela la température constante que présente la glace qui se fond et la température, non moins constante, que présente la vapeur d'eau saturée lorsqu'elle développe une force élastique de O^TG de mercure ou l'eau pure en ébullition sous celle pression de 0^76.

Or, d'après les expériences de M. Regnault à qui nous empruntons ces considérations sur la mesure des quantités de chaleur, deux thermomètres à mercure réglés pour ces mêmes points fixes de la glace

fondante et de rébullition de Teau et gradués au delà de ees limites en continuant par des divisions d'égale longueur, peuvent présenter dans leur marche des différences très-considérables en dehors de ces limites, si les enveloppes de ces thermomètres ne sont pas formées avec des verres de même nature, même quand les tubes gradués ont une section intérieure constante. Dans le cas où les verres des réservoirs présentent la même composition chimique, il peut y avoir encore des différences de marche très-sensibles dans les instruments, suivant la manière dont les réservoirs ont été travaillés à la lampe d'émailleur, Tétat moléculaire du verre subissant , pendant ce travail , des altérations très-notables.

Le thermomètre à mercure, tel qu'il a été construit jusqu'ici, manque donc d'une des conditions les plus essentielles que l'on doive exiger d'un appareil de mesure; il ne peut pas être reproduit toujours dans un état identique, et les divers instruments de même espèce sont rarement comparables entre eux au delà des points flxes de leurs échelles.

C'est pour cela que dans les expériences qui exigent beaucoup de précision les physiciens ont remplacé le mercure par de l'air sec ou par un autre gaz et ont construit des thermomètres à gaz qui, sans être, plus que les autres, susceptibles de donner directement la mesure des quantités de chaleur absorbées par un milieu, présentent néanmoins certains avantages considérables. D'abord ils procurent la faculté de mesurer des températures bien supérieures à celles qui peuvent l'être le lliormomètre à mercure, puis iU pri^scntcut uu degré supérieur

la loi de dilatation des diverses espèces de verre n'influent plus sensiblement sur les indications de Tappareil et n'empêchent pas les instruments d'être comparables entre eux.

Thermomètre à gaz. — Lorsqu'un gaz renfermé dans une enveloppe mathématiquement élastique est soumis à une élévation de température, son volume augmente et le gaz conserve la même force élastique. Mais on peut empêcher cette dilatation en exerçant sur toute la surface de l'enveloppe une pression convenable , plus grande que celle qu'elle supportait primitivement; le gaz conserve dans ce cas le même volume, mais sa force élastique est devenue plus considérable.

On conçoit, d'après cela, qu'il y a deux manières d'employer un gaz comme substance thermométrique. On peut mettre le gaz dans des conditions telles, que la pression qui le maintient reste constante, et observer son augmentation de volume; ou forcer le gaz à conserver le même volume et observer l'augmentation de sa force élastique. Ces deux circonstances constituent pour ainsi dire deux instruments distincts.

Pour qu'un thermomètre à gaz réalisât les conditions prescrites parla première méthode, et qui sont à peu près celles qui se trouvent dans le thermomètre à mercure, il faudrait que le gaz, restant toujours soumis à la même pression, pût se dilater librement dans un réservoir calibré, maintenu partout à la même température. Or, ces conditions sont impossibles à remplir dans la pratique, au moins lorsque l'appareil doit être exposé à de hautes températures; il faut, dans ce cas, composer l'appareil de deux parties, dont l'une est exposée à la température du milieu sur lequel on veut constater les effets de la chaleur, et dont l'autre, placée dehors, est destinée à recueillir le gaz qui sort de la première ou réservoir, et à mesurer les accroissements de volume. On peut évidemment maintenir la pression constante à l'aide d'une colonne de mercure disposée convenablement. Cette disposition présente un grave inconvénient dans les températures élevées, parce qu'alors la plus grande partie du gaz a passé de la première partie dans la seconde, et qu'il n'en reste plus qu'une portion très-petite dans le réservoir proprement dit, de sorte que la quantité de gaz, qui passe alors de ce réservoir dans le tube calibré qui sert à apprécier l'accroissement de volume, est très-petite pour un faible accroissement de température, et se mesure difficilement avec une précision suffisante.

A cause de cet inconvénient qui rend Tappareil de moins en moins sensible à mesure que la température s'élève, M. Regnault pense qu'il est convenable de rejeter les thermomètres basés sur ce principe.

Dans la deuxième méthode on maintient le gaz ox)nstamment sous le même volume, dont la très-majeure partie peut être exposée à la température du milieu soumis à rexpérienee, en augmentant la hauteur de la colonne de mercure qui agit sur ce gaz ; et d'après les variations survenues dans les forces élastiques on peut calculer, en se fondant sur la loi de Mariotle, les dilatations qui se seraient produites si la pression avait été maintenue constante et par suite Taccroissement de température correspondant à ces dilatations, quand on connaît le coefficient relatif au gaz employé comme substance thermométrique. C'est ce principe que M. Regnault recommande d'appliquer à la construction des thermomètres à gaz, et l'on peut trouver dans ses mémoires originaux les précautions à prendre et les formules à employer pour tenir compte de la dilatation du verre, de la portion de gaz qui échappe à l'action du milieu que contient le réservoir et de quelques autres circonstances qui ont une influence sur le résultat final.

Dans tous les cas, ces instruments ne sont point d'une application facile ni d'un usage commode, et leur emploi doit être régardé comme réservé aux expériences de physique qui exigent une grande précision.

D'après les expériences de M. Regnault, l'air atmosphérique, qui est le gaz le plus communément employé dans ces thermomètres, suit la même loi de dilatation depuis O"" jusqu'à SSO"", lors même que sa force claslîïîîie înîUalc h 0^ vnric de 0"'4O Je mcrctirc à l^W* Ai

servant de thermomètres à mercure différeDts pour apprécier la mémo température, nous plaçons ci-dessous un tableau des expériences de M. Regnault sur un thermomètre à air servant d'étalon et quatre thermomètres à mercure construits avec des verres différents.

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