CHAPITRE VIL

De la Chaleur.

Des déverses opinions sur la cause de la chaleur,

Aristote considérait la chaleur comme une qualité ou un acddeot qui réunit les choses homogènes, et désunit ou sépare les choses hétérogènes. Les épicuriens et les partisans des corpuscules rejetaioit cette opinion , et regardaient la chaleur comme un pouvoir essentiel ou une propriété du feu , ou plutôt comme une substance volatile du feu lui-même y réduite en atomes et émanée des corps ignés. On voit par là combien étalent obscures les idées des anciens sur la cause de la chaleur.

Homberg, Lémery, Sgravesande,et particulièrement Boerhaave ^ définissaient ainsi le feu : un corps sui generisy qui a été créé tel, qui ne peut être altéré en rien , et ne saurait être produit de nouveau par aucun autre corps , ni être changé en aucun autre , et dont les efiBsIs sont la chaleur et la lumière. Baoon, Boyie et Newton ne partagnaienl pas cette opinion ; suivant eiu; , la ehaleur n'était pas une propriété

IHTBOBirCTIOll ntKmiQVl. — CHÀLEI7B. 1 63

flfItfaMtiraiwiit Inhérente aux corps , mais nne prqMriété qui pouyalt y ftre développée mécaniquement. Descartes et ses partisans émirent mie opinion semblable : selon eux, ia chaieur consistait dans un certain looavement des diverses parties d'un corps. Nous passerons sous aDence les autres vues systématiques qui n'ont aucune importance, pour noofl en tenir aux deux opinions qui régnent dans ia science : nous voulons parler du système de rémission et de celui des ondes.

Sam le premier , on suppose que la chaleur est un fluide impondérable répandu dans tous les corps , et pouvant passer d*un corps à l'antre quand elle devient libre. Ce système prévalut Jusqu'à la découverte des lois de la chaleur rayonnante, qui conduisirent à des résnltatB tellement semblables (du moins dans un grand nombre de eas) à œax obtenus avec la lumière, que généralement l'on admit qae la chaleur était due à un mouvement vibratoire des molécules, transmis aux molécules des corps environnants, par l'intermédiaire de l'éther. Les expériences et déductions de Th. Young , Fresnel , de MM. Arago , MelloDi et Forbes, ont puissamment contril>ué à corroborer cette opinion.

Pour étudier méthodiquement les phénomènes de chaleur, on considère cinq parties principales : l'' les sources d'où elle émane ; 2° la transmission qui a lieu de ces sources aux corps en contact avec elles, ou placés à distance , et les lois de cette transmission ; 8'' les effets produits par la chaleur sur les corps , suivant les divers degrés de son Intensité; 4*" la mesure de ces effets; 5° l'action de la chaleur sur les gai et les vapeurs.

Banni les sources nombreuses de chaleur que nous offrent la aatue, la physique et la chimie, on distingue particulièrement le solall , la chaleur terrestre, la chaleur stellaire, les actions mécaniftsa, les aetions chimiques, les décharges électriques et les actions •ifinaircs»

Rons n'avons pu jusqu'ici rien apprendre sur la cause qui produit la^Mbar solaire ; on a émis, il y a quelques années, l'opinion qu'elle povraH bien être le résultat de courants électriques circulant autour da Boyau du soleil , attendu que ce noyau , suivant les observations fEdtes depuis les temps les plus reculés, ne parait pas avoir changé. Rien as pnmve le contraire, mais rien ne démontre aussi qu'il en soit ainsi ; de iMfe qae l'on doit se borner à enregistrer en quelque sorte cette hypottèsa, pour y revenir, dans le cas où la découverte de faits nouveaux «ngagerait à la soumettre à un nouvel examen. En attendant , on a dMrefaé à mesurer la quantité de chaleur que le soleil répand sur la terre

164 THÀITÉ DE PHYSIQUE.

dans le cours d'une année. Cette quantité, suivant M. Pouillet, peut être considérée comme égale à celle qui serait nécessaire pour fondre une couche de glace de quatorze mètres d'épaisseur qui la couvrirait partout, et cependant elle n'est que a.asi.ooo.ooo ^® ^^ chaleur qui rayonne dans toutes les directions. .

Des expériences multipliées ont prouvé que la chaleur terrestre augmente , à mesure que l'on pénètre dans la terre, de 1® centig. pour trente à quarante mètres , et que les variations annuelles de température dues aux influences calorifiques de l'atmosphère, vont au contraire en décroissant , jusqu'à une certaine profondeur où elles ne sont plus sensibles. On attribue généralement l'accroissement de température terrestre à une chaleur centrale ou chaleur primitive. M. Poisson n'a pas adopté cette opinion; suivant lui , cette chaleur n'existe qu'à une certaine profondeur , et résulte du réchauffement que la terre a éprouvé en traversant , à une époque très-reculée , des parties de l'espace qui se trouvaient à une température très-élevée. A cette déduction de l'analyse, on peut opposer cet argument,- qui repose sur mille faits géologiques , que la terre ayant été , dans l'origine, à l'état igné ^ a dû conserver jusqu'à notre époque une chaleur centrale , comme , du reste , Fourier Ta démontré.

La chaleur stellaire est celle qu'émettraient tous les astres , si le soleil, la terre et les planètes , c'est-à-dire , notre système solaire, n'existaient pas. La température résultant de cet état calorifique serait, suivant Fourier, inférieure à celle des limites extrêmes de Tatmosphère , et inférieure , par conséquent , à la plus basse température observée à la surface du globe, laquelle est de — 60". Poisson n'a porté la température de l'espace qu'au-dessous de 1 3° , et celle de l'atmosphère à sa limite, à un degré beaucoup plus bas. Si cela était, on ne voit pas comment un milieu, qui se trouverait entre deux autres possédant une tempérarure supérieure à la sienne^ pourrait conserver constamment son état calorifique.

Les actions mécaniques, et en général tout ce qui ébranle les nK>lé« cules , telles que le frottement, la pression , la percussion , etc., sont autant de causes de dégagement de chaleur. Ce fait est tellement notoire, que nous nous bornerons à le mentionner.

Les actions chimiques produisent également des effets calorifiques. Dans les combinaisons , il y a dégagement de chaleur ; dans les dissolutions, abaissement de température; mais les effets produits dépendent encore de différentes causes , parmi lesquelles nous citerons la différence de capacité calorifique du composé qui se forme et de ses

INTBODUGTION HISTOBIQUE. — GHALEUB. 165

éléments. Le dégagement de la chaleur dans la combustion , et en général dans les actions chimiques, a particulièrement attiré Tattention des chimistes et des physiciens , qui en ont fait une des bases de la chiniie moderne; la chaleur a été envisagée sous le même point de vue par ceux qui se sont occupés de la théorie électro-chimique.

Les décharges électriques produisent de la chaleur, toutes les fois que Péiectrlcité éprouve des difficultés à circuler dans les corps.

Enfin les actions capillaires dégagent de la chaleur y comme toutes les actions moléculaires. Ce dégagement produit quelquefois une élévation de t, à â""; mais il n'est ordinairement que de quelques fractions de degré.

De la transmission de la chaleur par voie de rayonnement et par

voie de contact.

La propagation de la chaleur par voie de rayonnement et par contact ou transmission directe a été Tobjet de nombreuses recherches qui ont conduit leurs auteurs à la découverte de lois importantes. Ainsi que la lumière , le rayonnement de la chaleur est soumis aux lois de la réflexion , de la réfraction et de la polarisation.

Pour observer les effets du rayonnement , on emploie des appareils appelés themioscopes , dont il sera question ci-après , ou bien des piles^ thermo-électriques en relation avec un multiplicateur.

On observe la réflexion de la chaleur au moyen de deux miroirs sphériques tellement disposés, qu'en plaçant au foyer de l'un d'eux un eorps chaud , et au foyer de l'autre un thermomètre , ce dernier accuse les effets du rayonnement, lesquels sont les mêmes dans le vide comme dans l'air. Quant à la vitesse de là chaleur rayonnante , on ^ sait qu'elle est très-grande ; mais jusqu'ici elle n'a pas été déterminée; quant à son intensité, elle varie, comme cejle de la lumière, en raison inverse du carré de la distance. On démontre cette loi au moyen du thermoscope ou thermomètre différentiel.

La chaleur émanée par radiation des corps terrestres obscurément chauds y diffère totalement de la chaleur solaire relativement à l'action qu'elle exerce sur les substances ti:ansparentes : Mariotte est le premier qui ait signalé cette différence. En l'étudiant, Schèele trouva que la chaleur des corps terrestres est interceptée par les verres et les autres corps transparents dont elle élève la température , tandis que la chaleur solaire traverse ces mêmes corps , sans en modifier la température. Dans le premier cas , elle devient chaleur sensible ; dans le second 9 elle reste chaleur rayonnante.

166 TBÀITB DB PH¥flIiiIIB.

De la Bocbe, qui a traité eiuniite cette question avec Maneonp de sagacité, a démootré que Fabsorptiou de chaleur terrestre n'était eom^ plète que lorsque la source de chaleur était à uoe basse température; que si celle-ci était élevée, la chaleur rayonnante acquérait la faculté de traverser le verre i et cela avec d'autant plus de fiidlité que la température était plus haute. On dut oondure de là que la ohaiinr terrestre ^ la chaleur solaire ne différaient entre elles que tons le rapport de Tintensité. U découvrit ^isuite que la chaleur raycHUUintey en traversant une lame diaphane, y subit une certaine modification qui la rend plus ou moins apte à être transmise par telle ou telle autra substance transparente. Les effets si variés du rayonnement n'ont pa être expliqués que lorsque Prévost, de Genève , eut fait paraître une théorie qui répond aux exigences de la science. Cette théorie repose sur le principe suivant : Tous les corps rayonnent sans cesse de la chaleur dans tous les sens , et absorbent également celle émise par d'autres corps y jusqu'à ce qu'il y ait égalité de température entre eux : par un échange mutuel , celui qui en a le plus en cède à cdui qui en a le moins. En s'appuyant sur ce principe, on a expliqué la rosée et d'autres phénomènes météorologiques qui jusque-là n'avaient pu l'être.

La chaleur qui traverse certains corps solides ou liquides , a été l'objet de recherches intéressantes de la part de M. Melloni,qul| à l'aide de la pile thermo-électrique et du multiplicateur , trouva que la chaleur rayonnante provenant de la Hamme d'une lampe dite de Locatelli, se transmettait instantanément à travers les milieux transparents ; qu'en interposant sur son passage des plaques d'alun , de set gemme ou de cristal de roche d'une épaisseur commune de trois à quatre millimètres, ces plaques ne transmettaieut pas la même quan-* tité de chaleur rayonnante. En substituant à l'alun un morceau de cristal de roche enfumé » d'une épaisseur beaucoup plus grande | M. Melloni reconnut que ce dernier, plus épais et moios transparut que l'autre y transmettait la plus grande quantité de rayons calcnrifiques; et que la transparence des corps, pour la chaleur rayonnants) était différente de la transparence proprement dite.

En substituant à la flamme d'une lampe le platine incandesomit) et soumettant à l'expérience une plaque d'alun, de sel gemme et une autre de cristal de roche , M. Melloni reconnut que l'alun ne laissait passer aucun des rayons caloriflques émis ; que le cristal de roche n'en transmettait qu'une certaine quantité, et le sel gemme une quantité double. Voilà donc une substance parfaitement transparente » l'alun >

IRTBODUGTION HI8T0HIQUB. — GHALEUB. 167

qui ne laiise pelut passer de la chaleur rayonnante d'un fil de platine incandescent. M. Melloni a appelé diathermanes, les corps qui laissent passer la chaleur rayonnante ; et atl^ermanes » les corps privés de cette faculté, comme l'alun en est un exemple. En variant le poli| l'épaisseur et la nature des plaques, il a été conduit aux résult^its généraux suivants : -

V Plus le poli est parfait, plus, toutes choses égales d'ailleurs, la quantité de d^aleur qui traverse les plaques est considérable.

%^ La quantité de chaleur qui traverse les plaques de même épais* seur et de nature différente , est très-variable , puisque le cristal de rodie eoftimé en laisse passer plus que le cristal incolore ; que le sel gemme est le corps qui en laisse passer le plus, et l'alun^ le moins,

a^ La quantité de chaleur qui traverse une plaque, diminue à mesure que son épaisseur augmente , à l'exception toutefois du sel gemme.

4® Lorsque deux lames sont superposées , l'effet est moindre que celui produit dans une seule lame d'une épaisseur égale à celle résultant de la superposition.

6^ Dans lalsuperposition de plusieurs lames de même nature ou de nature différente, l'effet produit est indépendant de l'ordre de super* potiitioti*

6^ Quand on fait tomber sur une même plaque un faisceau d'égald intensité, mais provenant de sources différentes, les quantités de chaloir transmises sont d'autant plus petites que la température pro* pre de chaque source est moindre; la différence est d'autant plus petite que les lames sont plus minces.

7^ La chaleur rayonnante qui a traversé une substance diathermane est plus ou moins susceptible d'ôtre transmise par d'autres substances.

8® Lorsque la chaleur rayonnante traverse une semblable iame| elle subit à ses deux surfaces des réflexions qui lui font perdra les 0,077 de son intensité primitive.

9^ Enfin, la quantité de la chaleur transmise résulte de la somme totale à»é rayons qui émergent après avoir éprouvé deux, quatre, six, etc., réflexions; mais les rayons qui sortent après quatre, six réflexions, ont une intensité si faible qu'on peut les négliger, bien que leur nombre K^t pour ainsi dire infini.

Les expériences de M. Melloni tendent encore à démontrer que la chaleur rayonnante émanée d'une source de chaleur, est formée de diverses espèces de rayons, en proportions variables, de même que la

168 ^ TBAITB DE PHYSIQUE.

lumière est composée de rayons colorés, et qu'il existe des substances qui laissent passer certains rayons , et d'autres qui les arrêtent.

La chaleur se réfléchissant comme la lumière, on a dû recherdier si le pouvoir réfléchissant variait avec l'état de la surûice et la nature du corps; l'expérience a prouvé, 1"* que ce pouvoir est d'autant plus grand que la surface est mieux polie; 2** que la nature du corps exerce une grande influencesur ce pouvoir. Il résulte des expériences de Lei^, de Mellcmi et de Rumfort, qu'eu général le pouvoir réflecteur est beaucoup plus considérable dans les métaux que dans les autres corps, tandis qu'il est nul dans le noir de fumée , et très-faible dans le verre huilé. Ils ont encore reconnu que l'intensité du rayon réfléchi varie avec l'inclinaison ; a^'elle est à son minimum sous l'incidence normale, et augmente à mesure que le rayon incident se rapproche de la surface, et qu'enfln le pouvoir réflecteur varie avec la source de chaleur pour tous les corps, à l'exception des métaux.

Outre le pouvoir réflecteur , on a encore étudié le pouvoir émissif et le pouvoir absorbant. Le pouvoir émissif est cette faculté que possède un corps chauffé d'émettre de la chaleur par voie de rayonnement ; ee pouvoir varie avec l'inclinaison du rayon sur la surface ; et, pour la même inclinaison , fl n'est pas le même pour chaque corps. Le pouv<^ absorbant est la propriété que possède un corps d'absorber de la chaleur qui lui est transmise par voie de rayonnement.

Fourier a démontré que l'intensité de la chaleur émise par une surface est proportionnelle au sinus de l'angle formé par la direction de ce rayon avec le plan. Leslie et M. Melloni ont également déterminé le pouvoir émissif des corps, qui est l'inverse du pouvoir réflecteur; les métaux ont le pouvoir le plus faible , et le noir de fumée le plus fort.

Le pouvoir absorbant varie comme le pouvoir émissif, et tous deux sont égaux dans le cas d'équilibre de température ou pour une même différence entre les températures du corps et celle du milieu ambiant Ce pouvoir a été déterminé par Leslie et M. IVfelloni pour quelques substances. M. Melloni a reconnu, en outre, que les pouvoirs absorbants varient avec les sources de chaleur.

La chaleur , outre la propriété d'être réfléchie , émise et absorbée par un corps, possède encore, comme la lumière, celle d'être polarisée, faits qui concourent à établir son identité avec elle. La polarisation de la chaleur a d'abord été annoncée en 1810 par M. Bérard, puis mise en doute successivement par MM. Powell, Melloni et Nobili; reconnue de nouveau en 1^34 par M. Forbes, à l'aide de plaques de tourmaline ou de piles de mica. La plus grande quantité de chaleur

INTRODUCTION HISTOBIQUS. -^ CHÀLEUB. 169

polarisée qu'il obtint avec un système de pfles de mica , fat les 0,4 de la chaleur toanée d'uue spirale incandesceute de platine. M. Melloni, ayant repris de nouveau cette question , reconnut également la polarisation de la chaleur, et en étudia toutes les propriétés avec le plus grand soin. Il fit usage des mêmes appareils dont il s'était servi pour le rayonnement de la chaleur , et, en outre, d'un système de deux tourmalines. 11 résulte de ses expériences, qu'avec une flamme d'une lampe sans verre, l'absorption varie, avec la nature des tourmalines, de 0^0371 à 0,22. Les tourmalines vert foncé et jaune fauve donnent les limites extrêmes. ,

' Tontes les questions mathématiques relatives à la transmission de la chaleur dans les corps placés sous l'influence dé causes extérieures d'échauffement et de refroidissement, ont été résolues par Fourier, puis développées et complétées par Laplace et Poisson. Au moyen de l'analyse mathématique, on a pu établir les conditions dont dépend le^ maintien de la température actuelle de la surface de la terre, ainsi que l'mfluence que peut avoir la chaleur centrale sur nos climats , et la somme de chaleur que nous recevons du soleil dans cha? que saison.

Passons à la transmission de la chaleur par contact, et, par suite, à sa propagation dans les corps. Quand un corps solide chaud est en contact avec un autre à une température inférieure à la sienne, le premier cède au second une portion de sa chaleur, qui se propage de molécule à molécule par voie de rayonnement, en diminuant d'intensité, et d'autant plus rapidement que le corps qui s'échauffe est meilleur conducteur. On conçoit qu'à un certain instant la température de chaque point devienne constante, quoique différente d'un point à un autre ; cet état d'équilibre a lieu quand chaque tranche idéale cède autant de chaleur à la tranche qui la suit qu'elle en prend à la tranche qui la précède. La loi de la propagation est celle qui indique comment la chaleur varie d'une tranche à l'autre. Si l'on considère une barre métallique suffisamment mince pour que l'on puisse regarder tous les points d'une même tranche comme possédant la même température, et que sa longueur soit suffisante pour que le foyer de chaleur dans lequel se trouve une des extrémités n'influence en rien l'autre extrémité par rayonnement direct, on démontre que pour des points distants, et tels que la distance à la source soit en progression arithmétique , les excès de température des points décroissent en progression géométrique. La raison de cette progression se déduit facilement de la conductibilité de la barre dont elle dépend. Cest par cette mé-

170 TBAlri Dl PHTSIQUB.

thode qae M. Dei^pretz a déterminé le pou Yoir conducteur d'un eërtaia nombre de corps. Les métaux sont en première ligne , puis le marbre , la porcelaine , etc., et enfin les substances composées de filaments trèsfins, telles que le coton, la laine, la paille, etc. Quant au bois, MM. de la Rive et Marcet ont reconnu que la conductibilité dans le sens per* pendiculaire aux fibres est moindre que dans le sens de ces fibres, et que l'on peut ainsi ranger les bois relativement à leur pouvoir con* dttcteur, noyer, cbéne , sapin , peuplier, liège*

Les liquides sont, en général , peu conducteurs de la chaleur; où avait pensé qu'elle s'y propageait , non par voie de rayonnement ^ dA molécule à molécule , comme dans les solides, mais bien par le déplacement de couches successives qui , étant inégalement échauffées , et n'ayant pas par conséquent la même densité , se mêlaient continuelle* ment. Ayant reconnu depuis qu'en plaçant un corps chaud à la sur&0| d'un liquide, au fond duquel se trouvait un thermomètre , celui^d était influencé , on dut en conclure qu'il y avait eu transmissioii dé chaleur , puisqu'fi n'avait pas dû y avoir de déplacement de liquide. U aurait pu se fedre cependant que l'effet fût dû à la transmission de la chaleur rayonnante émanant de la source. Quoi qu'il en soit , cette communication de la chaleur du haut en bas est très-faible : d'autres expériences tendent aussi à faire admettre la propagation molécur' laire. La question en était là, lorsque M. Despretz la reprit, en ISSi^ et constata par l'expérience les faits suivants : 1^ un cylindre liquide^ d'un mètre de hauteur et de 0 0^2 1 8 de diamètre, chauffé à sa partie su* périeure par une source constante de chaleur pendant un temps sufiisamment long, présente un état thermométrique constant ; â° lep températures des points équidistants de l'axe , diminués de la tem* pérature de l'air environnant, donnent une progression géométrique décroissante, comme cela aurait lieu dans une barre solide suffisam^ ment longue ; 8° deux cylindres différents par leur diamètre condui* sent au résultat suivant : les logarithmes des quotients des deux prth gressions géométriques sont en raison inverse des racines^ carrées des diamètres. Aussitôt que ces résultats furent publiés , on objecta à M. Despretz que les effets étaient dus à l'action des parois; U fit alors de nouvelles expériences^ et montra que les parois étaient plue froides que le liquide, et de plus, que la température allant en dé' croissant du centre à la circonférence , la chaleur s'échappait du lfr> quide à travers les parois, et ne passait pas des parois au liquide.

La chaleur rayonnante traverse les gaz , de même que les liquideii par le déplaoement des parties qui, en s'échauffant , s'élèvent daai

nrtBODUcnon ht8to»qdi. *-^ chàlbub. 171

ta [^artfi mpérieiire , et se mêlent avec œlles qu'elles rencontrent. Gel déplaestndMi sont d'autant plus rapides, que les gaz ont moins de denstté ; quant au rayonnement moléculaire, il est extrêmement ftdble.

Des lois du réchauffement et du refroidissement des corps.

Lorsqu'un corps chaud est placé dans un milieu quelconque , ayant une température inférieure à la sienne y il se refroidit en plus ou moins die temps, suivant diverses circonstances que nous allons indiquer. SappQ8ona4e d'abord dans le vide, le refroidissement provient unique* ment du rayonnement ; s*il se trouve dans l'air, ou dans un gaz , il se relMdit, non-seulement comme dans le vide, mais encore en raison de loa contact avec les gaz environnants qui lui enlèvent successivement la chaleur.

Les lois du refroidissement des corps ont été l'objet des recherches d'un grand nombre de physiciens : Nev^n est le premier qui s'en soit oeeopé. Il avait posé en principe qu*à chaque instant la quantité de chaleur perdue par un corps était proportionnelle à l'excès de la tempéra» tare de ce corps sur celle du milieu ambiant ; mais cette loi ne se vérifie que pbur des différences de température qui ne s'élèvent pas au delà ésao À SO**. Richmann , en ayant montré l'inexactitude, lui en subs* titna une autre , d'après laquelle la température décroissait plus rapidMMnt que dans la loi de New'ton.

DaHxm fit des expériejjces qui tendaient à vérifier la loi de Richmaim; de la Roche posa en principe que la perte de chaleur suivait une progression plus rapide que l'excès de température du corps sur ealledumilieu ambiant; enfin, en 1817, Petit et Dulong publièrent vitrayail complet sur les lois du refroidissement des liquides dans le vide et dans les gaz ; ces lois ont conduit aux conséquences suivantes : lA nature de la surface est sans influence sur les pertes de chaleur tes an contact seul des gaz. Pour un même gaz , sous la même pres- ÉDB, mais à des températures différentes, les pertes de chaleur sont ksDAèmes pour les mêmes différences de température.

Quand l'élasticité du gaz varie en progression géométrique, la Titasss du refroidissement varie aussi en progression géométrique ; lorsque le rapport de laprogressionest2, le deuxième est 1,366 pour l'sir, 1,801 pour l'hydrogène, 1,431 pour l'acide carbonique, 1,416 pour le gaz oléfiant.

Ces lois ne s'appliquent qu'aux corps solides de petite dimension ; fln^en est pas de même dans les liquides, attendu que la température pettttreoensidérée comme étant la même dans tous les points à chaque

instant, en raison des mouvements inférieurs résultant dû mélange des parties qui n'ont pas la même température, ce qui ne saurai avoir Ueu avec les corps solides ayant de grandes dimensions. Dans ce cas, la variation de température dépend de diverses causes , entre autres de la conductibilité de la matière.

De la dilatation des corps : des thermomètres.

Toutes les fois qu'un corps reçoit ou perd de la chaleur^ son volume augmente ou diminue; quelques corps cependant font exception quand ils changent d'état; tels sont l'eau , la fonte, le fer et le bismijrtibu

La dilatation dé^ corps solides, dont les effets intéressent si vivement les arts, a été étudiée avec soin par Laplace, Lavoisier, Ramsd^iy Roy, Dulong et Petit. Les deux premiers avaient avancé que les corps se dilataient d'une manière uniforme de 0*" à 1 00". Petit et Dulong , qui ont mis plus de précision dans leurs expériences, ont trouvé que peur im même degré la dilatation croissait avec la température ; mais que de 0^ à lOO*', cet accroissement était insensible, et qu'il devenait considérable de o"" à 300"*. On considère trois espèces de dilatati<m : la dilatation linéaire , la dilatation des surfaces et celle du volume. La dilatation des surfaces est double de la première , et la dilatation des solides sensiblement triple.

Les liquides se dilatent et se contractent, comme les solides, par l'effet de la chaleur ; c'est sur cette propriété que s^nt fondés les thermomètres , appareils destinés à comparer les diverses quantités de chaleur sensible que possèdent les corps.

Galilée parait être le premier qui ait eu l'idée de cet instrument; on trouve à ce sujet le passage suivant dans V Histoire des Sciences mathématiques en Italie , par M. de Libri :

« Le thermomètre de Galilée se composait d'un tube de verre de « petit diamètre , ouvert à une de ses extrémités , et terminé à l'autre « par une boule. Après y avoir introduit un peu d'eau , on plaçait « l'extrémité du tube dans une position verticale; la pression de l'air « retenait le liquide dans le tube , et le thermomètre était construit. »

Quand on approchait un corps chaud de la boule de l'instrument, l'air se dilatait et échauffait le liquide placé dans la partie supérieure, qui descendait alors dans le tube , et remontait par le refroidissement. Cet appareil, qui n'était réellement qu'un thermoscope,fut construit par Galilée, en 1 597 (Galilei Op.^ tom. I, p. lxvii ; Nelli^ vita, 1. 1, p. 72). Ce grand physicien fit connaître ces effets au P. Gastelli, en 1603 {Nelli, vita, t. L p. 69). Sagredo, ami ^e Galilée, fit, en 1613^ à Ye-

INTRODUCTION HISTOBIQUS. — CHALEUR. 17S

nise^ des observations météorologiques avec cet instrument. Quoi qu'il en sdtt , on a attribué la découverte du thermomètre à Bacon, àFludd, à Drebbel, à Sanctorius, à Sarpi. Mais si Ton discute les dates auxquelles se rapporte la découverte faîte par chacun des prétendants, on trouve qu'elles sont toutes postérieures à 1597. Passons aux perfectionnements que cet Instrument a reçus successivement.

Drebbel se servit, dit-on, de la dilatation de l'air pour mesurer les vulations de température ; les académiciens de Florence substituèrent l'alcool à l'air, afin que les indications de l'instrument ne fussent plus influencées par la pression atmosphérique, et lui donnèrent la forme que nous lui connaissons. Bayle plaça le réservoir dans la partie inférieure , afin de pouvoir plonger l'instrument dans un liquide. Il prit pour terme fixe de température la liquéfaction de l'huile d'aois ; Halley et Amontons la température de l'eau bouillante ; NeTvton substitua l'huile de lin à l'alcool , et prit pour points fixes la glace fondante et l'ébullition de l'eau. Roemer substitua le mercure à l'alcool, et adopta l'échelle conque sous le nom de Fahrenheit. Il choisit pour le zéro le froid le plus intense de l'Islande , et prit les mêmes points fixes que New^ton. Ce thermomètre était divisé en deux cent douze parties; le terme de la glace fondante correspondait au 32^* de cette division. Réaumur divisa l'intervalle entre les deux points fixes en quatre-vingts parties ; et, depuis l'adoption du système décimal, on a fixé la division en cent parties. Fahrenheit découvrit que le terme de l'ébullition de l'eau variait suivant la pression de raîT.

En comparant la marche du thermomètre à mercure à celle du thermomètre à air. Petit et Dulong ont obtenu les résultats suivants :

Thermomètre à mercare Thermomètre à air corîgé

ordinaire. de la dilatation da verre. Différence.

360° Ébullition dumercure. 350 10,00

Des expériences toutes récentes entreprises par M. Regnaylt lui ont donné des résultats bien différents. En effet, suivant ce physicien , le thermomètre à mercure et le thermomètre à air s'accordent à peu près.exactement entre zéro et 100°, comme M. Gay-Lussac l'avait trouvé. Les deux thermomètres marchent encore sensiblement d'accord

174 TBÀITB Dl FHYSIQn.

depuis 100< jMqti'à 950''; ce n*eit qu'à partir de ee point que le tberiuamètre A mereure pr^dd TavaDce sur l'autre. A 300^» lajffiffé* renée est de l^ euTlron; à 835® de i^,75;à 350° de S*. Commeot 0uppo8er que Petit et Duloug^ qui étaient si exacts» si préds dans leura expériences n'aient point tenu eompte des causes d'erreur qui ont amené des différences aussi notables' que celles qui existent entra leurs résultats et ceux que nous venons de ram^rter ?

M. Regnault a eomtaté des faits importants que nous ne pouvons nous dii^nser d'indiquer. Deux thermomètres à mercure qui hIêo^ cordent pour le zéro i^ la température de l'ébullition ne s'accordent pas pour tous les autres points de Téchelle , comme on le croyait. Les diffîrences vont quelquefois à plusieurs degrés , quand les deux themM>mètres n'ont pas été construits avec la même espèce de vorre. Il résidtD de là que les thermomètres à mercure» destinés à des expéricnees précises et comparables» doivent être comparés, non-seulement pour les points fixes de Téchelle» mais encore à des températures élevées.

Passons à d'autres thermomètres.

Tous les corps ne suivant pas la même loi de dilatation, il s'ensuit que des thermomètres construits avec des substance» différentes m doivent pas accuser la même température quand ils sont phieés dani les mêmes circonstances calorifiques, comme du reste le prouve k tableau suivant :

Températures indiquées dans les mêmes circonstances par différents thermomètres, un degré étant un centième de la dilatatiù% totale de la glace fondante à rébullition. *

Thermomètre à air aoo^

— de verre 352»9

— de fer S7a,«

— de cuivre 329

— de platine 311,6

— à mercure corrigé de la dilatation du

verre 314,15

— à mereure ordinaire. 307,8

Quatit au thermomètre à alcool , sa marche est différente de celui à mercure, attendu que la dilatation de ce dernier métal ne suit pas la même Id que celle de l'alcool. On emploie ordinairement cet app»« reil à évaluer des températares très-'basses , que le thermomètre à mercure ne peut accuser quand on arrive au point de la congélation du mercure.

IHTBODUGTIOlf UISTOBIQUI. — « CHÀLEUB. 175

Les thermomètres a air ne servent que dans les expériences de préeiskm, lorsqu*il s^agit de mesurer des températures très-hautes et très-hasies, surtout vers — 40«*et au-dessous, attendu que le thermomètre à mercure ne peut être employé pour des températures voisines du terme de la congélation du mercure, et qu'en outre, on ne connaît pas la loi de dilatation de Talcool après ce terme.

Noos nous abstenons de mentionner ici tout ce qui concerne la constmeâcm des thermomètres, comme ne pouvant trouver place dans eette introduction, qui ne doit renfermer que les lois générales et les fidts principaux qui ont servi à établir ces instruments.

La léro de l'échelle du thermomètre, qui indique le degré de la glace fondante, n'est pas fixe. M. Flaugergue a trouvé, en 1833, qu'il se déplaçait avec le temps, et s*élevait d*one fraction de degré. M* Beilani, qui a étudié la marche de ce phénomène, reconnut que le déplacement allait toujours en augmentant pendant deux ans cnvinm, et qu'il cessait ensuite. On ne peut attribuer cet effet qu'à la lenteur des molécules du tube de verre qui a été chauffé, à reprendre leur position d'équilibre. M. Legrand, en étudiant de nouveau ce phénomène , a été conduit à plusieurs faits intéressants que nous ne pouvons mentionner ici , mais desquels il résulte que le déplacement du zéro n'a pas lieu aux températures ordinaires avec* le cristal, qu'il se produit également quand le thermomètre est ouvert , et qiill doit être attribué au retrait du verre quand le refroidissement dn tube a été subit. D'après cela, il faudrait faire les réservoirs en cristal; et toutes les fois que l'on observe à des températures élevées, aveir l'attention, à chaque opération, de vérifier le zéro de l'échelle. M. Daspretz ayant étudié également cette question avec soin a trowé que le zéro du thermomètre éprouve des oscillations dans le eom même des expériences. Si cet inhument est tenu à une tempénAure basse, comme — 20 degrés, pendant un certain temps, le zéro monte; si, au contraire, l'instrument est tenu à une température élevés, le zéro baisse. Dans l'un et dans l'autre cas, le zéro ne revient pas immédiatement au point primitif , quoique le thermomètre soit plongé dans de la glace à zéro. M. Despretz a tiré de ce dernier fait et d'autres semblables , cette conséquence que toutes les fois que les molécDlea d'un corps solide ont été déplacées par une force quelconque, . elles ne reprennent pas immédiatement leur position , quand cette brce a cessé sou action.

Onfare les thermomètres dont on vient de parler, on fait encore éb thermoscopes^ de thermomètres différentiels, qui servent à

17$ TfiÀITB DB PHYSIQUE.

indiquer des faibles variations de température. Le thermoscope de Ramfort se compose d*un tube capillaire, dont les deux extrémités recourbées verticalement sont terminées par deux boules fermées de même dimension, et remplies d'air; une petite colonne de mercure est introduite dans le tube horizontal; l'appareil est disposé pour que cette colonne de mercure, qui sert d'index, soit au milieu ; quand les deux boules ont la même température y dès l'instant qu'une des boules reçoit plus de chaleur que l'autre , l'air qu'elle renferme se dilate^ et l'index est chassé vers l'autre boule. On gradue les thermoscopes^ en prenant pour point de départ le point où se trouve l'index quand les deux boules ont la même température, et on plonge une des boules" dans.de l'eau dont la température et celle de l'air sont connues; on note les points où l'index s'arrête , et Ton divise l'intervalle entre les deux points en parties 'égales; chaque division exprime une fonction de la différence entre la température de l'eau et celle de l'air.

Lesliequi, en même temps que Rumfort, imagina aussi untharmoscope auquel il donna le nom de thermomètre différentiel, recouvrit une des boules d'une couche d'or ou d'argent, afin que les rayons de chaleur qui pourraient arriver dessus fassent réfléchis. Cet appardl peut servh* à obtenir des mesures exactes.

Les thermomètres métalliques sont peu employés; leur forme est très-variée; le principe général repose sur rallongement d'une lame de métal fixée par une de ses extrémités conti*e un corps dont la dilatation est beaucoup plus petite que la sienne , et dont l'autre extrémité repose sur un système de lames qui font mouvoir, à mesure que la lame se charge, l'aiguille d'un cadran dont les divisions sont exprimées en fonctions des degrés d'un thermomètre ordinaire. On doit à M. Bréguet un thermomètre métallique d'une grande sensibilité ; il se compose de trois lames métalliques, d'inégale dilatabilité (or, argent , platine), réunies entre elles d'une manière invariable, et formant une hélice cylindrique; les lames sont disposées de telle manière que celle qui se dilate le moins se trouve dans la concavité de la courbure. L'une des extrémités de cette hélice est fixe, et l'autre est munie d'une aiguille qui indique, par ses mouvements, de combien le système s'est tordu ou détordu par suite des changements de température et de l'inégalité de dilatation du platine et de l'argent. Ces lames sont réunies par une forte pression ; néanmoins M. Bréguet aurait pu supprimer la lame d'or. L'expérience prouve que les arcs décrits par Faiguille sont proportionnels aux variations de température ; rien n'est plus simple que de comparer la marche de ce thermo-

INTHODUGTION HtSTOBIQVE. — - CHÂLSUB. 177

mètre avec celle du thermomètre ordinaire. Borda employa, dans la mesure d'un arc du méridien de la France, un thermomètre métallique très-simple, et dont on peut voir la description dans le Traité de physique de M. Péclet, 1. 1, page 541.

Pour évaluer dans les aits la température des fourneaux , on se sert de pyromètres, qui sont métalliques ou non métalliques. Le pyromètre métallique le plus simple se compose d'une masse de terre cuite, sillonnée d'une rainure dans laquelle s'engage une barre métallique, fixée par une de ses extrémités , et dont l'autre s'appuie sur un petit levier mobile autour d'un point fixe, et dont le bout parcourt un cadran divisé aussitôt que la lame dont le bout est plongé dans le foyer de chaleur se dilate; et comme la masse d'argile se dilate beaucoup moins que le métal , les effets obtenus sont dus presque entièrement à la dilatation du métal.

Parmi les pyromètres non métalliques, nous citerons celui de Wegwood, qui est le plus généralement employé. Son usage repose sur la propriété que possède l'argile d'éprouver un retrait après avoir été chauffée , retrait d'autant plus grand que la température a été plus élevée ; mais on ignore la loi de ce retrait. Ce pyromètre se compose d'une plaque de cuivre sur laquelle sont fixées trois barres du même métal, inclinées entre elles, de telle manière que l'intervalle de deux de ces lames soit égal à celui que formerait le prolongement de l'une d'elles et de la troisième ; l'une de ces barres porte une échelle divisée en 240®. Ces intervalles sont destinés à recevoir de petits cônes tronqués en argile cuite à la chaleur rouge, et aboutissant au zéro de la division. Quand on veut opérer, on introduit plusieurs de ces petits cônes dans le foyer de chaleur, et on juge du retrait en les introduisant dans les intervalles. Tous les cônes doivent être fabriqués avec une argile homogène. Par ce moyen , on ne peut obtenu* que des approximations , car on ignore si le retrait est proportionnel à la température. Le zéro du pyromètre correspond à 580^,55 du thermomètre centigrade.

Il existe encore d'autres thermomètres qui sont employés dans différents cas; nous voulons parler des thermomètres à maxima et à minima; leur usage exigerait que nous entrassions dans des détails de construction que nous ne pouvons donner ici. Nous renvoyons pour cela aux Traités de physique. Nous nous bornerons seulement à dire que ces thermomètres servent à faire connaître le maximum ou le minimum de chaleur dans les variations de température qui ont lieu pendant un certain temps.

Passons à la dllàtàtioti des ga2. MM. Gay-Lussac et Dalton avaient avancé presque en même temps , et sans pourtant se com-

uniquer leurs travaux, que tous les gaz se dilataient également à la même température de 0° à 100°. Suivant le premier, la dilatation correspondante à 1° du tEermomètre centigrade était de ^ de leur Volume à zéro ; le même résultat fut obtenu par Petit et Dolong : ce coefficient de dilatation fut considéré comme inexact par M. Rudberg qui trouva 0,00365> au lieu de 0,00375. MM. Magnus et Regnault reprirent cette question , mais en évitant les causes d'erreurs négligées par plusieurs de leurs prédécesseurs , et obtinrent 0,003665. Au moyen de cette nouvelle détermination, l'ancien coefficient de dilatation de Tair se trouverait trop fort de ^. M. Rch gnault pensant que Ton ne pouvait plus regarder comme démontré que tous les gaz eussent le même coefficient de dilatation , fit en conséquence de nouvelles expériences pour trouver le coefficient de dilatation de i* azote, de l'hiydrogène, de l'oxyde de carbone^ des acides carbonique et sulfureux, du cyanogène, du protoxyde d'azoté, de l'acide chlorhydrique et de l'ammoniaque; il reconnut que l'azote, l'hydrogène, l'oxyde de carbone avaient sensiblement le même coefficient de dilatation que l'air, dans les circonstances où lés expériences avaient été faites , c'est-à-dire , les gaz se trouvant sous la pression atmosphérique quand ilà étaient à la température de l'eau bouillante, et sous une pression de 550°^°^ quand ils étaient à la température de la glace fondante ; que, dans les mêmes circonstances, l'acide carbonique, le protoxyde d'azote, le cyanogène présentaient, au contraire, un coefficient de dilatation pluà fort; le premier étant égal à 0,003689, le deuxième à 0,003676, le troisième à 0,00368; que le coefficient du gaz acide sulfureux était plus fort que ceux obtenus pour les premiers gaz. Les expériences de M. Begnault tendent donc à établir que les gaz, dans les mêmes circonstances, n'ont pas le même coefficient de dilatation; ce coefficient variant de 0,003665 à 0,003685 dans les circonstances susmentionnées.

Les expériences ayant été faites entre lês points fixés du thermomètre et sous des pressions peu différentes de celle de l'atmosphère, M. Regnault les a recommencées sous des pressions très -différentes, d'abord plus faibles que celle ordinaire de. l'atmosphèfe, ensuite sous Une pression beaucoup plus forte ; voici les conséquences auxquelles il a été conduit : La loi admise par les physiciens, savoir, que l'air se dilate de la même fraction de son volume à 0^, quelle que soit d'ailleurs sa densité , n'est pas exacte. L'air s6 dilate entre

IHTBODUCnON HmOUQVI. -^ CHALEUB. 179

Uê mêoM Umiteg de température , de quantité! qui wmt d^aatant plu eoDridérables que la densité est pins grande.

Ces expériences ne eonûrment pas les lois fondamentales admises par toos les physiciens, savoir :

1^ Tous les gaz se dilatent de la même quantité entre les mêmes Unitet de température.

1^ La dilatation d'un même gaz entre les mêmes limites de temps «k Indépendante de la densité primitive du gaz.

M. Begnault ne pense pas néanmoins que ces lois doivent être kannies de la physique; suivant lui, elles sont vraies à la limite, ffeat^à-direi lorsqu'on prend les gaz dans leur plus grand état de dilatatiOD, et quand leur état gazeux est parfait.

Capacités calorifiques , ou chaleurs spécifiques.

Detn corps quelconques n'exigent pas la même quantité de chaleur pour être élevés à la même température; le rapport des quantités de chaleur employées dans cette circonstance ^ a occupé et occupe encore les physiciens. Blake observa le premier que lorsque la chaleur Uqaéfie un solide, ou qu'elle gazéifie un liquide, le liquide ou la vapeur n'étaient pas plus chauds que ie liquide ou le solide qui les avait produits, quoiqu'il y ait eu uue grande quantité de chaleur employée à ^duire un effet semblable. Il en conclut que la chaleur dépensée éevenalt chaleur latente, et sentait à maintenir le nouvel état; il proatà effectivement que cette chuleur redevenait libre, quand la V^pear se condensait ou que le liquide se solidifiait. Peu de temps içrès on s'occupa des chaleurs spécifiques des corps, c'est-à-dire, des quantités de chaleur nécessaires pour élever leur température d'un même nombre de degrés ; c'est cette propriété qui a fait dire à quelques i^ilosophes, conformément aux idées de Newton, que la chahor, ainsi que la lumière , était une substance matérielle. Parmi les phjrftidetis qui se sont occupés de cette question , on doit citer Wilkc, CtalKrfiyrd, Gadolin, Meyer, Dalton, Lavoisier etLaplace, Dulong et Peut, de la Roche et Bérard , Neumann, Avogadro, Marcct, de la Bive, et enfm M. Regnault.

Trois méthodes ont été employées pour trouver la chaleur spéeljRqae des corps : la méthode des mélanges, celle de la fusion de la glace ou du calorimètre, et enfin celle du refroidissement, qm tift due à Meyer. Les premières expériences qui aient été faites avtNS le plus de précision, sont dues à Petit et Dulong, qui se Marvlrent du refroidissement ; Lavoisier et Laplace , par la méthode

180 TBAITB DE PHYSIQUE.

de la fusion de la glace , obtinrent des résultats qui s'éloignaient peu de la vérité. A Taide de la méthode des mélanges entre des limites de température de 0** à 350**, Petit et Dulong reconnurent ce fait important, que la capacité des corps pour la chaleur^ ainsi que la dilatabilité, allaient en augmentant avec la température. Par le procédé de Meyer , ils déterminèrent la chaleur spécifique d'un certain nombre de corps simples , en la comparant aux poids atomiques, et établirent cette loi remarquable, que tous les atomes des corps simples ont exac* tement la même capacité pour la chaleur^ mais à l'époque où cette loi parut , les poids atomiques des corps n'étaient pas bien fixés ; on avait à opter entre plusieurs nombres , et Dulong et Petit crurent devoir prendre précisément les poids atomiques qui convenaient le mieux à la loi qu'ils voulaient produire. Il n'en est plus ainsi aujourd'hui , en raison des progrès de la chimie ; aussi la loi annoncée ne se vérifie-t-elle pas , à beaucoup près, dune manière aussi satisfaisante; car le produit de la chaleur spécifique , par les poids atomiques, au lieu d'être une quantité constante , variant de 36,75 à 38,30 , varie de 25,53 à 75,18. Il devenait dès lors important de faire de nouvelles expériences, pour voir dans quelles limites la loi de Petit et Dulong devait être admise. C'est le travail qu'a exécuté M. Regnault, non-seulement pour les corps simples , mais encore pour les corps composés, en se servant de la méthode des mélanges, ayant rejeté celle du refroidissement fondée sur des hypothèses qui ne pouvaient être vérifiées : les résultats qu'il a obtenus sont généralement un peu plus forts que ceux de Dulong et Pefit. £n jetant les yeux sur le tableau qui les renferme , on voit de suite que la loi de la chaleur spécifique des atomes ne se vérifie pas d'une manière absolue ; mais néanmoins M. Regnault l'adopte comme approchant de la vérité, en considérant que les poids atomiques des substances simples sur lesquelles on a opéré, varient xle 200 à 1400 , tandis que les produits des poids atomiques , par les chaleurs spécifiques , restent compris entre 38 et 42, limite assez restreinte. Les recherches sur la chaleur spécifique des corps composés, solides et liquides, l'ont conduit à des résultats absolument semblables qui peuvent être ainsi formulés :

1® Dans les corps composés renfermant le même élément électro* négatif, et de constitution atomique semblable^ les chaleurs spéci^ figues sont en raison inverse des poids atomiques.

2^ Dans tom les corps composés , de même composition atomique et de composition chimigue semblable , les chaleurs spécifigues sont en raison inverse des poids atomiques. Ces lois ne sont pas complète-

INTBOBUCTION HISTORIQUE. — CHÂLEUB. 181

ment d'accord avec le résultat de l'expérience; mais les divergences ne sont pas plos grandes que celles qui se présentent dans la. loi des corps simples, puisqu'elles ne vont pas au delà du dixième au neuvième.

Les recherches relatives à la détermination de la chaleur spécifique des gaz présentent plus de difficultés que celles qui concernent les solides et les liquides, attendu ^ d'une part, que cette chaleur est toujours très-faible, et que , de l'autre, on peut l'envisager sous deux points de vue : 1® quand la pression reste constante , et que le gaz en s'échauffant peut se dilater ; 2^ lorsque le volume reste constant, et que la force élastique augmente avec la température.

Crawford, Laplace, Lavoisier, Lesiie et M. Gay-Lussac, ont employé diverses méthodes pour trouver la chaleur spécifique des gaz dans le premier cas ; mais les expériences n'ayant pas été faites avec le degré de précision convenable, l'Académie des sciences crut devoir proposer cette question en prix, qui fut remporté, en 1813, par MM. de la Roche et Bérard. Il résulte de leurs expériences, que les capacités calorifiques des gaz simples, à pression constante et à volumes égaux, sont les mêmes. On est parti de là pour conclure que lesatomies des gaz simples, dans les mêmes circonstances, devaient avoir la même capacité , par la raison que les gaz , à la même température et sous la même pression , devaietit contenir probablement , pour le même volume , le même nombre d'atomes.

On doit à MM. de la Rive et Marcet la détermination de la chaleur spécifique des gaz, à volume constant^ en mesurant le temps du refroidissement ou de réchauffement d'un même volume de gaz ren* fermé dans la même enveloppe et dans les mêmes circonstances; mais ce procédé n'a pas été reconnu suffisamment exact , pour que l'on' puisse compter complètement sur les résultats obtenus.

A l'aide d'une méthode fondée sur la théorie du son, Dulong détermina le rapport des capacités calorifiques ; ce rapport entre effectivement dans la formule qui donne la vitesse du son dans un gaz. Dès lors, en trouvant le rapport des vitesses , il a pu calculer les rapports des chaleurs spécifiques ; la vitesse du son dans l'air étant égale à la vitesse théorique multipliée par la racine carrée du rapport de la capacité de l'air à pression constante à la capacité à volume constant, il devenait facile d'en déduire le rapport. C'est ainsi que Dulong a trouvé que le rapport des capacités était, pour l'air, 1,421; pour l'oxygène, 1,415 ; pour l'hydrogène, 1,407; pour le gaz acide carbonique , 1 ,338 ; pour l'oxyde de carbone , 1,427 ; pour l'oxyde d'azote,

189 TBÀiri W P9Y8IQII9.

tyUi\ét font le gaz oléflaut, 1,940. On a reeooBQ ftepiit qm» puisque les capadtés à pression constante étaient connues , <m poa*^ vait passer à celles à volume constant, en déterminant le rapport dee deux capacités. C'est ce qui a été fait au moyen de deux méthodes différentes : |a première est due h MM, Clément ^t ))eaormei ) la seconde 9 à Dulong, Les premiers ont déterminé le rapport ei| fiiei^ tion , au moyen de la chaleur dégagée par une faible conipression ( Ue ont trouvé pour le rapport des capacités calorifiques de Vtàf, k prW" sion et à volume constants , 1,85; MM. Gay-Lussae et Welter» e« moyen de la même méthode, ont obtenu 1,37344. Ces valeurs s'éloignent de la véritable, qui €St 1,43; aussi cette méthode n'est«el|e pas susceptible d'une exactitude suffisante.

Plusieurs questions se rattachent à la chaleur spécifique des gas ; savoir, la chaleur dégagée par leur compression, et les variati0Bi de leurs capacités calorifiques. Dans le premier cas, on a trouvé que tous les volumes égaux de fluide élastique, pris à la B)toe température et à la même pression , étant comprimés ou dilatés de la même fraction de leur volume, dégagent ou absorbent la même quan» tité absolue de chaleur; dans le second, que les variations de température qui en résultent, sont en raison inverse de leurs capacités eaiov rifiques , k volume constant : cette dernière loi est due à Dulong.

M. Gay-Lussac, qui s'est occupé des variations des capacités oaln* rifiques des gaz , a reconnu que le rapport de la capacité calorifique, h pression constante, à la capacité du même gaz, à volume constant, ne change pas avec la pression et la température; 11 s'est appuyé, pour démontrer cette loi, sur ce fait, que la vitesse du son à Quito , sous une pression de 0°',5ô4 , est la même que celle qui résulte de^ expériences faites à Paris, sous une pression de 0'",76. MM. de to Roche et Bérard sont les seuls physiciens qui aient fait des expé^ riences touchant l'influence de la pression sur la capacité calorifique. Ces expériences ont montré que cette capacité augmente avee la prefr sion dans un plus faible rapport que les densités.

Quant à l'influence de la chaleur, M. Gay-Lussac a observé qu'elle augmentait avec la température ; jamais la loi de cette augqd^ta^ tion n'a été déterminée.

Des vapeurs.

Il est une classe de corps dont nous n'avons pas encore parlé, et dont il est in^ortant d'étudier les propriétés calorifiques , en raison de leurs appUcationsf aux arts : ce sont les vapeurs.

INTBODUGTIÛH HISfOBIQUB. — CHÀLEUB. 183

Qnaod un liquide est abandonné à lui-même, soit dans le vide, soit dans l'air ou dans un gaz quelconque , il se dissipe en plus ou moins de temps sous forme de vapeurs. Quelques corps» tels que les huiles grosses ^ sont privés de cette propriété ; d'autres, comme l'acide sulfurique , exigent que Ton élève leur température ; à la température ordiiudre , le mercure laisse échapper des vapeurs.

Si l'on observe la formation des vapeurs , dans le vide , oomme l'a ftdt Dalton , on trouve que le liquide émet instantanément toute la vapeur qu'il peut former, à la température à laquelle on observe; que la fiirce élastique de cette vapeur est indépendante de l'espace qui la renferme ; que la vapeur» sur un excès de liquide , n'augmente ni de densité » ni de force élastique par la pression ; que s'il n'y a pas assez de liquide pour que la vapeur sature tout Tespace, celui-ci se dilate eomme un gaz.

La force élastique de la vapeur croit plus rapidement que celle du g/a permanent. De nombreuses expériences ont été faites pour déterminer la tension de la vapeur dVau à diverses températures. M. Gay- Lnssac a trouvé que la tension de la vapeur de la glace est la môme que celle de l'eau à la même température. Des tables ont été faites pour donner les tensions de la vapeur depuis — 30^ jusqu'à + 1 00® , c'est-à-dire, jusqu'à la température de l'ébullition. Des expériences ont été faites pour connaître la tension de la vapeur d'eau à des températures supérieures à lOO", d'abord par Dalton, puis par Clément, et enfin par DulongetM. Arago, qui ont opéré à des pressions supérieores à huit atmosphères , dans des circonstances , par conséquent, oik il y allait quelquefois de la vie. Ils ont porté dans leurs expériences, pp degré d'exactitude dont on ne peut se faire une idée qu'en étudiant le mémoire qui renferme les résultats de leurs recherches; mémoire qui p^rut en 1830, et dans lequel on trouve une table des forces élastiques de la vapeur d*eau et des températures correspondantes, depuis une Jusqu'à vingt-quatre atmosphères d'après l'observation, et de yiilgt-quafa*e à cinquante par le calcul.

liOg vapeurs des différents liquides ont-elles des forces élastiques à dee températures également éloignées de celle de leur terme d'^buUition ? C'est une question que Dalton avait résolue affirmativement ; mais l'exactitude de cette loi ne fut pas confirmée par des expériences subséquentes.

Si l'on cherche le rapport entre le poids d'un certain volume de vapear et le même volume d'air, à la même pression et à la même température, on trouve que ce rapport est constant pour la même

nature de vapeur. Cette loi suppose que les vapeurs se comportent exactement comme les gaz permanents, quand on fait varier la pression et la température. Cette hypothèse n'est pas, peut-être, rigoureusement exacte; mais on Tadmet jusqu'à ce que l'expérience ait prononcé.

La densité des vapeurs a besoin d'être envisagée souvent sous diverses pressions. On a appelé densité absolue de la vapeur formée par un liquide , le nombre constant qui exprime le rapport de deux volumes égaux de vapeur et d'air, à la même pression et à la même température. Divers procédés ont été imaginés pour déterminer les densités absolues des différentes vapeurs, d'abord par M. Gay- Lussac , puis par M. Dumas; et il résulte des expériences du premier, qu'un gramme d'eau pure produit 1^^6964 de vapeur à 100"*, sous la pression de 0,"'76. Or, comme un volume d'eau d'un centimètre cube donnerait 1696 centimètres cubes de vapeur , il s'ensuit que la densité de la vapeur à lOO'^est à celle de l'eau ^ comme 1:1696. M. Gay^Lussac, d'une part, et M. Dumas, de l'autre , ont déterminé la densité de diverses vapeurs.

Les capacités calorifiques des vapeurs ont été déterminées comme celles des gaz permanents. On doit à MM. de la Boche et Bérard la détermination de la capacité calorifique de Ja vapeur d'eau sous une pression de l'",9660.

Le* mélange des gaz et des vapeurs produit des phénomènes qui ont été l'objet des investigations des physiciens. Dalton, qui s'est occupé de cette question, a reconnu , 1^ que les vapeurs qui se développent dans les gaz , ne saturent pas instantanément l'espace occupé par le gaz; 2^ que la force élastique d'un mélange de gaz et de vapeur est égale à la force élastique du gaz , plus celle de la vapeur , qui se développeraient dans le vide, à la même température; 3^ que la quantité de vapeur qui se forme dans un gaz est égale à celle qui se formerait dans un même espace vide , à la même température. Il est facile d'ex-» pliquer la formation des vapeurs dans les gaz, comme dans le vide, à part le temps de la saturation de l'espace, à cause du défaut de continuité des gaz et de la condition d'homogénéité.

Hygrométrie.

L'hygrométrie se rattache à la question des vapeni's, puisqu'elle a pour but de déterminer les différents degrés d'humidité de Pair à l'aide d'instruments nommés hygromètres ou hydroscopes. On a appelé état hygrométrique de Vair^ le rapport entre la quantité de

IirrBODUCTION HISTORIQUE. — CHALBUH. 185

Tapeur d'eau contenue dans Tair et celle qui s'y trouverait si l'air était entièrement saturé. On emploie différentes métiiodes pour mesurer le degré d'humidité de l'air ^ en s'appuyant sur les principes suivants: 1^ l'augmentation de poids de substances ayant une grande affinité pour i'eau ; 2® la quantité d'eau évaporée dans le même temps par la même surface ; 3^ le froid produit par l'évaporation ; 4^ le volume auquel l'air doit être réduit par la compression pour devenir saturé ; 5^ rabaissement de température que l'air doit éprouver pour atteindre le terme de sa saturation ; enfin , la contraction et la dilatation que certaines substances organiques éprouvent par l'humidité de l'air. Les appareils construits d'après ces principes sont, ainsi que leur usage, décrits dans tous les traités de physique auxquels nous renvoyons ; nous mentionnerons seulement un tableau dressé par M. Gay-Lussac, et renfermant les résultats des expériences faites avec l'hygromètre de Saussure y sur la force élastique de la vapeur correspondante aux degrés de l'hygromètre , à la température de 1 00° centigr., exprimée en cmtièmes de la tension à saturation. Les résultats consignés dans ce tableau montrent que l'allongement du cheveu n'est pas proportionnel à la quantité d'humidité de i'air. A l'aide de ce tableau , il est facile de déterminer le poids de la vapeur renfermée dans un volume d'air donné, quand on connaît la température et le degré de Thygromètre. Les résultats obtenus à la température de lo"* présentent quelque différence avec ceux qu'on aurait à une température plus élevée ; néanmoins on peut s'en servir quand on opère à des températures peu différentes de. 10*. On peut encore résoudre diverses questions relatives à la présence des vapeurs dans l'air.

Des phénomènes produits dans les changements d'état des corps.

Quand les corps changent d'état , il se produit une foule de phénomènes dont la connaissance intéresse au plus haut degré la physique générale et les arts ; nous allons tâcher de décrire les plus importants.

Un grand nombre de corps solides dont on élève suffisamment la température, se liquéfient; dans ce cas, toute la chaleur communiquée devient latente, et n'agit point sur le thermomètre. Les corps qui se liquéfient par une action chimique , perdent une portion de leur chaleur sensible , qui devient chaleur latente ; de sorte que le mélange se refroidit. On trouve dans le Traité de physique de M. Pouiliet^ une table qui renferme la température de la fusion de dif-

H9 TRAITS m P9YSIQIIB.

fér^tt corps ^. On àéWmw (a chaleur qui devient latente , par h mérne métbocle qui sert à trouver la chaleur spécifique. Si }e corps PQsse de rétat liquide à l'état solide , il se produit des effets oalorifi- €|ues inv^ses.

li'eau, quand elle se congèle, présente des effets particuliers qui ont été étudiés à diverses époques. Quand un corps se refroidit , il sa contracte ; Teau Jouit de cette propriété jusqu'à 4* environ , pui§ au^ dessous de cette tenipérature ^ le volume de l'eau augmente jusqu'au terme de la congélation , où il prend alors un grand accroissement qui est le 0,07 4e volume à 0^. Les physiciens qui se sont occupés de cette question n'ont pas obtenu le maximum de densité au même degré ^ en effet, Hobbe trouva , par deux méthodes , 3®,8| et 3«y8S; Traies, 4S85; Gilpin etBlagden, 3%88; Lefèvre-èineau, 4|^,44; Hallestrum» 4%1 ; et M. Despretz, récemment, 4^- Ceder'r nier résultat parait être exact à j^ de degré près.

On a cherché aussi le maximum de densité de diverses dissplution^. Voici les principaux résultats obtenus parJVi. Despretz :

Toutes les dissolutions salines ^ acides ^ alcalines ou alcooliques, ont un maximum de densité dont. la température s'approche d'autant plus du terme de la congélation que la quantité de matière dissoute est plus grande; ce maximum se produit ensuite à des températureu décroissantes au-dessous de celle de ce changement d'état, et ne peut, par conséquent, être observé qu'autant que l'on prend les précautions nécessaires pour refroidir la dissolution au-dessous de la température de la congélation, sans pourtant qu'elle change d'état. La marche du maximum est la même pour toutes les dissolutions ; de plus , il baisse proportionnellement à la quautité de matière dissoute. L'eau n'est pas le seul corps qui atteigne un maximum de condensation avant d^ se solidifier ; nous citerons encore le bismuth et la fonte de fer.

Toutes les fois que J'eau est privée d'air , on peut faire descendre sa température jusqu'à — 6^, sans qu'elle se congèle; si ou la met dans un tube qui ne renferme que de l'air raréfié , et qu'of^ recouvre sa surface d'huile , on fait descendre le terme de la ^ngél^v tîon jusqu'à -^if.

Un liquide passe à l'état de vapeur, soit par l'action de la chaleur » soit par l'effet de la tension qu'acquièrent les liquides à toutes lei températures. Dans le premier cas , le liquide peut se trouver dans un vaisseau ouvert ou dans un vase clos. Si le vaisseau est ouvert»

il m pnkhltt une fonle d^effets qui ont été analytés avee aoin et quo jUDm alkuifl rapporter.

t^ 14 température de rébullition varie avec la prettbm de l'at? BHwphère , puisque Fébuliition n'a lieu que lorsque la force élastique dfi là vapeur est égale à cette pression.

2^ Si rébullition avait lieu dans des chaudières de dix mètres qua^ rante cent, de hauteur , la tension de la vapeur au fond de la diaudlère supportant deux atmosphères , les couches supérieures marque* nd0Dt 100^ , les couches inférieures, 122^

S" L'eau entre en ébullition à des températures plus élevées dans dei vaaes de terre et de verre que dans des vaisseaux métalliques ; la différence va quelquefois jusqu'à l"" et 1^5.

4<> Lorsque Ton fait tomber des gouttes de liquide , d'eau paf axeiople , dans des capsules de platine , d'argent , de fer, chauffées au rouge blanc, il se produit un effet curieux, observé en 1756 par Leiden Frost : les gouttes se réunissent en une seule , et prennent un mouvement rapide de rotation ; Tévaporation est d'autant plus lente, que la capsule a été plus chauffée. Ce phénomène a également lieu avec l'alcool , l'éther, les huiles essentielles, etc.

6^ Le terme de rébullition de l'eau dépend de la nature des lobstances qu'elle tient en dissolution ; on en a la preuve dans le tableau de rébullition de différents liquides sous la pression ordinaire (*).

Passons à rébullition en vases clos; voici les principaux effets ob: serves, et qui ont une grande importance pour les arts :

1° La température à laquelle commence rébullition est d'autant plus élevée que la pression est plus grande; dès lors, la force élastique de la vapeur croît dans un certain rapport.

2® La vapeur qui se forme retarde rébullition jusqu'à une certaine température y à laquelle tout le liquide se vaporise. Cette température est celle pour laquelle la densité de la vapeur est égale à la densité du liquide^ multipliée par le rapport du volume du liquide à celui du vase. IL CSagniard de la Tour a effectivement trouvé que l'éther se vapoliaait eii vase clos à 150^, dans im espace moindre que le double de loii volume, et qu'il en résultait une pression de soixante-dix atmosphères. D'autres liquides ont présenté le même phénomène.

La formation de la vapeur est modifiée suivant les circonstances où ^ est produite. Nous citerons particulièrement la pression inférieure

(*) Pkclxt, Traité de physique, t. I, p. 497» ,

188 TRAITIB DB PHYSIQUE.

à celle de l'atmosphère ; l'exposition des liquides dans des milieux plus ou molDS saturés de vapeurs de ces mêmes liquides , et d'où résulte un abaissement de température qui peut aller jusqu'à la congélation. L'évaporation spontanée qui se produit alors dépend de la température de l'air, de l'état hygrométrique de celui-ci, et de son déplacement par des causes quelconques.

La chaleur employée pour maintenir les liquides à l'état de vapeur a été nommée chaleur latente, parce qu'elle maintient l'écartement des molécules. M. Despretz, qui a déterminé la chaleur latente des vapeurs de l'eau, de l'alcool, de l'éther sulfurique et de l'essence de térébenthine, a reconnu qu'im liquide, parvenu au point d'ébullition, exige d'autant moins de chaleur pour se vaporiser, que la densité de sa vapeur est plus grande, et que les chaleurs latentes des diverses vapeurs sont sensiblement, en raison inverse de leur densité, au point d'ébullition.

La chaleur de vaporisation a été déterminée par divers physiciens , Rumfort, Dulong, Clément et Desormes, Southern et Wat; les résultats qu'ils ont obtenus varient de 527 à 557.

Diverses circonstances influent sur le retour à l'état liquide des vapeurs qui saturent un espace; nous citerons particulièrement l'abaissement de température ou une augmentation de pression : si l'espace n'est pas saturé , un abaissement de température ou une augmentation de pression plus ou moins grande n'entraîneraient pas* le retour de la vapeur à l'état liquide.