Nous y reviendrons plus loin, dans la chaleur rayonnante

CHALEUH.

Le refroidissement £', pendant la seconde phase, était de même donné par l'équation

d'où

En retranchant les deux équations [5] et [2], on avait A0 = 8' — £.

751. Calorimètre de M. Berthelot. — M. Berthelot, dans ses recherches de thermochimie, a appliqué la méthode des mélanges, à l'aide d'un calorimètre qui atténue plus encore que celui de Regnault les pertes de chaleur par rayonnement.

Le calorimètre proprement dit (fig. 762) se compose d'un vase ordinairement en platine, pesant 63g,43, à parois très minces, en forme de gobelet ; il est pourvu d'un couvercle (fig. 765), également en platine, qui s'agrafe à baïonnette sur les

Fig. 762.

Fig. 764.

bords du vase, et qui est percé de diverses ouvertures pour le passage du thermomètre, de l'agitateur et des tubes adducteurs pour les gaz ou pour les liquides.

Ce vase est placé sur un support mauvais conducteur, au centre d'une première enceinte, constituée par un cylindre de cuivre rouge très mince, plaqué intérieurement d'argent poli (fig. 764). Le support isolant est formé d'un triangle de bois, armé de trois pointes de liège, sur lesquelles le calorimètre est posé directement. Le cylindre en cuivre est recouvert par un couvercle du même métal, également plaqué d'argent et muni d'ouvertures qui correspondent à celles du calorimètre.

Cette première enceinte est posée sur trois minces rondelles de liège, au

centre d'une seconde enceinte d'eau. Cette dernière est constituée par un cylindre à doubles parois en fer-blanc, entre lesquelles on loge de 10 à 40 litres d'eau. Le fond du cylindre est également double et rempli d'eau. Un agitateur circulaire permet de remuer constamment le liquide. Un couvercle de carton, recouvert d'étain et percé de trous convenables, ferme l'orifice du cylindre. Toute cette enveloppe extérieure est recouverte d'une chemise en feutre épais.

Remarques. — 1° L'adjonction de cette enceinte d'eau a pour effet de supprimer complètement l'erreur due au refroidissement et au réchauffement, toutes les fois que la durée de l'expérience ne dépasse pas quelques minutes et que les excès de température du calorimètre ne s'élèvent pas au-dessus de 2°. En tout cas, elle a toujours l'avantage de diminuer l'erreur et de régulariser la correction.

2° L'agitateur, qui fonctionne dans le calorimètre proprement dit, a une forme particulière. Il est formé par quatre lames hélicoïdales (fig. 764), très minces, inclinées à 45° sur la verticale et normales à la surface interne du cylindre calorimètre. Elles sont assemblées sur un cadre formé de deux anneaux horizontaux, reliés par quatre fortes tiges, dont deux, réunies par une demi-bague en bois, se prolongent de 15 centimètres au-dessus du vase. L'anneau inférieur est muni de quatre petits pieds sur lesquels l'agitateur repose au fond du calorimètre.

752. Méthode de la fusion de la glace. — Black avait inventé une autre méthode, plus simple que celle des mélanges, pour mesurer les chaleurs spécifiques des corps solides et liquides. Elle est fondée sur l'absorption de chaleur qui accompagne la fusion de la glace, et sur la connaissance de la chaleur latente de fusion de ce corps (ce coefficient est sensiblement égal à 79e ,25).

1° Procédé du puits de glace. — Black appliquait cette méthode à l'aide d'un procédé très simple :

c'est le procédé du puits de glace.

Black appelait ainsi un morceau de glace compacte où l'on a pratiqué un trou au fer chaud (fig. 765).

C'est la qu'on met le corps dont on cherche la chaleur spécifique, après l'avoir chauffé à une température connue. On a d'avance dressé, au fer chaud, les bords du trou et on

le recouvre d'un morceau de glace, également dressé avec soin, de manière à le fermer exactement. Lorsqu'on juge que le corps est refroidi jusqu'à zéro, on le retire, puis on enlève soigneusement l'eau de fusion et l'on en détermine le poids (ou la niasse) M avec précision. Or soit m le poids (ou la masse) du corps dont on cherche la chaleur spécifique C, et T sa température initiale, la chaleur qu'il a perdue en se refroidissant jusqu'à 0° est évidemment égale à raCT. D'autre part, la chaleur gagnée par le poids M de glace qui s'est transformée en eau à 0°, est égale à 79,25 x M. On a donc l'équation

Fig. 765.

mCT=M.79,25,

d'où

2° Procédé du calorimètre de glace (de Laplace et Lavoisier). — Laplace et Lavoisier crurent perfectionner le procédé de Black en l'appliquant dans un

calorimètre spécial, dit calorimètre de glace. La ligure 766 le représente en perspective, et la figure 767 en donne une coupe verticale.

Il est formé de trois enveloppes concentriques de fer-blanc. On met au centre le corps M, dont on cherche la chaleur spécifique; les deux autres compartiments sont remplis de glace pilée. La glace du compartiment A est destinée à être fondue par le corps chaud, et celle du compartiment B arrête la chaleur qui rayonne de l'enceinte sur l'appareil. Deux robinets D et E servent à l'écoulement de l'eau provenant de la fusion de la glace

On détermine d'abord le poids (ou la masse) m du corps, puis on le chauffe à

Fig. 766.

une température connue T, en le maintenant quelque temps dans un bain d'eau ou d'huile, ou dans un courant de vapeur, à température constante; on le porte ensuite rapidement dans l'enveloppe centrale; on remet aussitôt les couvercles et on les recouvre de glace. On recueille alors l'eau qui s'écoule par le robinet D, et lorsque l'écoulement est arrêté, on en détermine le poids P, lequel représente évidemment celui de la glace fondue. On n'a plus qu'à appliquer la formule [1] du procédé ci-dessus.

Remarque. — La méthode du calorimètre de glace offre plusieurs causes d'erreur, dont la principale est qu'une partie de l'eau provenant de la fusion reste adhérente à la glace qui n'a pas été fondue et que le poids M ne peut être évalué exactement. De plus, l'air extérieur qui pénètre dans le calorimètre par le robinet augmente la quantité de glace fondue. Pour toutes ces raisons, cette méthode est défectueuse et n'est plus employée aujourd'hui.

755. Calorimètre à mercure (de Favre et Silbermann). — Favre et Silbermann, dans le but de mesurer spécialement la chaleur dégagée dans les réactions entre liquides et solutions, ont construit un calorimètre spécial, plus sensible et plus précis que les calorimètres à eau. Pour en donner une idée synthétique, on pourrait comparer cet instrument à un thermomètre à mercure, à vaste réservoir sphérique, à tige horizontale et capillaire, dont les indications donneraient des calories au lieu de donner des degrés de température.

1° Description de Vappareil. — Il se compose d'un réservoir de fonte A, de llil,76 de capacité, qu'on remplit de mercure (fig. 768). A gauche sont deux

tubulures B, auxquelles sont lixés deux moufles de fonte qui se prolongent dans l'intérieur. Dans chaque moufle est une éprouvette de verre où se place la substance sur laquelle on expérimente. Un seul moufle et une seule éprouvette suffisent dans la plupart des expériences; les deux moufles sont utilisés quand

Fig. 76

on veut comparer les quantités de chaleur dégagées ou absorbées dans deux réactions différentes. A la troisième tubulure C correspond un moufle et une éprouvette (cette tubulure, qui est verticale, est destinée à la détermination des capacités calorifiques avec l'appareil de Regnault (750), et elle se place alors au-dessous du registre r de la fig. 760).

La tubulure d renferme un piston plongeur d'acier dont on va voir ci-après l'usage. Une tige, qu'on fait tourner avec une manivelle m, et qui est garnie d'un pas de vis, transmet son mouvement au piston dans le sens de la verticale; mais, grâce à un mécanisme particulier, elle ne lui communique pas son mouvement de rotation. La tubulure de droite porte une boule de verre «, à laquelle est soudé un long tube capillaire de verre bo, gradué en parties d'égale capacité.

2° Graduation. — On commence par faire marcher le piston plongeur d dans un sens ou dans l'autre, afin de refouler ou d'aspirer le mercure jusqu'à

ce qu'il s'arrête, dans le tube bo, au point d'où doit partir la graduation; puis. ayant versé dans le moufle qu'on a choisi une quantité de mercure qui ne devra plus varier, on y met une petite éprouvette de verre mince e (tig. 769;, laquelle est maintenue fixe, malgré la poussée du mercure, par un petit taquet extérieur (qui n'est pas représente dans le dessin). L'éprouvette étant ainsi disposée, on y introduit la pointe d'une pipette à boule, contenant de l'eau distillée' qu'on chauffe jusqu'à la température d'ébullition; retournant alors la pipette de la position n à la position n', on laisse écouler une partie du liquide dans l'éprouvette.

La chaleur cédée par l'eau bouillante au mercure du réservoir A fait dilater la colonne mercurielle, qui s'allonge dans le tube bo d'un nombre de divisions n (t\g. 768). Or, si l'on pèse l'eau versée dans l'éprouvette, et si l'on

Fig. 769.

prend sa température finale au moment où la colonne de mercure devient stationnaire dans le tube bo, le produit du poids de l'eau en kilogrammes par le nombre de degrés dont l'eau s'est refroidie, fait connaître le nombre de calories cédées par l'eau à tout l'appareil. Divisant par n ce nombre de calories, le quotient donne le nombre a de grandes calories correspondant à une seule division du tube bo.

3° Opération. — La constante a une fois connue, on peut déterminer la chaleur spécifique d'un liquide quelconque. On porte à une température T un poids 31 du liquide; puis on le verse dans l'éprouvette. Soient c la chaleur spécifique cherchée, 8 la température finale du liquide et n le nombre de divisions dont la colonne mercurielle bo a avancé, on a

Mc(T — 0) = na,

d'où

Quel que soit le phénomène, chimique ou physique, que l'on produise dans l'un des moufles, la quantité de chaleur qui sera dégagée pendant sa durée se mesurera de la même manière. 11 suffira d'observer la marche de la colonne mercurielle dans le tube bo.

4° Détails de construction. — Les planchettes représentées autour du réservoir A sont à charnière : quand elles sont relevées, elles forment une caisse

qu'on remplit de duvet de cygne ou de ouate, pour éviter toute déperdition de chaleur. On achève de clore la caisse avec les planchettes représentées sur la droite et avec deux petits étuis de bois qui se placent sur les tubulures d et a. Enfin, une lunette L, dont le pied peut glisser le long de la table, sert à lire les déplacements du mercure sur le tube bo.

5° Résultats. — Ces expériences ont conduit à des résultats très importants, mais qui sont plutôt du domaine de la chimie que de celui de la physique. Disons seulement que les lois trouvées par Fabre et Silbermann et leurs prédécesseurs ont servi de point de départ aux remarquables travaux de M. Berthelot, le créateur de la thermochimie.

751. Calorimètre à glace (de Bunsen). — Le calorimètre à glace, imaginé par Bunsen en 1870, n'a rien de commun que l'analogie des noms avec le calorimètre de glace. Il est fondé en effet, non pas sur l'absorption de chaleur qui accompagne la fusion de la glace, mais sur la contraction de volume qui accompagne la solidification de l'eau. C'est un instrument très précis.

1° Description de l appareil. — Le calorimètre se compose d'un gros tube en verre, recourbé en siphon (fig. 770), dont la petite brandie se termine en forme de large cuvette cylindrique py. Celle-ci est fermée par un tube ou moufle en verre A, qui y pénètre et y est soudé sur son pourtour : c'est dans ce moufle qu'on place les corps soumis aux mesures calorimétriques. Le réservoir est rempli d'eau jusqu'en (s; le reste du réservoir, ainsi que la grande branche C du siphon et le tube horizontal gradué S, qui y fait suite, sont remplis de mercure. La jonction du tube gradué et du siphon se fait par l'intermédiaire d'une petite cuvette £D, remplie de mercure.

En faisant circuler de l'alcool très froid dans l'intérieur du tube A, on détermine la formation d'une couche de glace plus ou moins épaisse autour de ce tube, dans le réservoir py, dont l'eau en se congelant augmente de volume et repousse le mercure en p. Cette pression se transmet, comme une dilatation, au mercure de la branche horizontale, qui s'avance alors d'une certaine longueur. Lorsque l'extrémité de cette colonne mercurielle se maintient lixe, l'appareil est prêt pour l'expérience

2° Graduation. — La première opération consiste dans la graduation en calories du tube divisé. On verse dans le vase A une masse d'eau P' à la température T'. Cette eau se refroidit jusqu'à 0° au contact de la couche de glace, et lui cède P'T' calories. Cette chaleur est employée à fondre une partie de la glace, laquelle est remplacée par une quantité d'eau de même masse, mais de volume moindre. Il résulte donc de ce fait une contraction, qui fait remonter légèrement le niveau du mercure en p, et qui fait rentrer le niveau mercuriel en S, d'un certain nombre de degrés, n'. On en conclut que

Fig. 770.

n' degrés du tube divisé correspondent à P'T' calories

et que, par suite