CHAPITRE VIL

De la Clialeur.

Des diverses opinions sur la cause de la chaleur.

Aristote considérait la chaleur comme une qualité ou un accident qui réunit les choses homogènes, et désunit ou sépare les choses hétérogènes. Les épicuriens et les partisans des corpuscules rejetaient 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 , réduite en atomes et émanée des corps ignés. On voit par là combien étaient obscures les idées des anciens sur la cause de la chaleur.

Homberg , Lémery , Sgravesande , et particulièrement Boerhaave , définissaient ainsi le feu : un corps siii yeneris^ qui a été créé tel, qui ne peut être altéré eu rien , et ne saurait être produit de nouveau par aucun autre corps , ni être changé en aucun autre , et dont les effets sont la chaleur et la lumière. Bacon, Boyle et Newton ne partageaient pas celte opinion ; suivant eux , la chaleur n'était pas une propriété

INTRODUCTION HISTORIQUE. — CHALEUB. 163

originairement inhérente aux corps , mais une propriété qui pouvait y être développée mécaniquement. Descartes et ses partisans émirent une opinion seml)lal)!e : selon eux, la chaleur consistait dans un certain mouvement des diverses parties d'un corps. Nous passerons sous silence les autres vues systématiques qui n'ont aucune importance, pour nous en tenir aux deux opinions qui régnent dans la science : nous voulons parler du système de l'émission et de celui des ondes.

Dans le premier , on suppose que la chaleur est un fluide impondérable répandu dans tous les corps, et pouvant passer d'un corps à l'autre quand elle devient libre. Ce système prévalut jusqu'à la découverte des lois de la chaleur rayonnante, qui conduisirent à des résultats tellement semblables (du moins dans un grand nombre de cas) à ceux obtenus avec la lumière, que généralement l'on admit que 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, Melloni et Forbes, ont puissamment contribué à corroborer cette opinion.

Pour étudier méthodiquement les phénomènes de chaleur, on considère cinq parties principales : 1° 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 ; 3" 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 gaz et les vapeurs.

Parmi les sources nombreuses de chaleur que nous offrent la nature, la physique et la chimie, on distingue particulièrement le soleil ,1a chaleur terrestre, la chaleur stellaire, les actions mécaniques, les actions chimiques, les décharges électriques et les actions capillaires.

Nous n'avons pu jusqu'ici rien apprendre sur la cause qui produit la chaleur solaire ; on a émis, il y a quelques années, l'opinion qu'elle pourrait bien être le résultat de courants électriques circulant autour du noyau du soleil , attendu que ce noyau , suivant les observations faitea depuis les temps les plus reculés, ne paraît pas avoir changé. Rien ne prouve le contraire, mais rien ne démontre aussi qu'il en soit ainsi ; de sorte que l'on doit se borner à enregistrer en quehiuc sorte cette hypothèse , pour y revenir, dans le cas où la découverte de faits nouveaux engagerait à la soumettre à un nouvel examen. En attendant , on a cherché à mesurer la quantité de chaleur que le soleil répand sur la terre

dans le cours d'uue 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 ^.asi.ooo.ouo '^^ ''^ 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'aune certaine prol\)ndeur , 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 l'a 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 l'atmosphère , 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 13° , 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 molécules , 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

INTRODUCTION HISTOBIQUE. — CHALEUR. 165

éléments. Le dégagement de la chaleur dans la combustion, et en général dans les actions chimiques, a particulièrement attiré l'attention des chimistes et des piiysiciens , qui en ont fait une des bases de la chimie 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 l'électricité éprouve des difficultés à circuler dans les corps.

Enfin les actions capillaires dégagent de la chaleur , comme toutes les actions moléculaires. Ce dégagement produit quelquefois une élévation de 1 à 2" ; mais il n'est oïdinairemeot que de quelques fractions de degré.

I)e 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 l'objet 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 , ou emploie des appareils appelés thermoscopes , 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 corps 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 la 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 celle 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, diffère totalement de la chaleur solaire relativement à l'action qu'elle exerce sur les substances transparentes : 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, elle reste chaleur rayonnante.

16G TEAITÉ DE PHYSIQUE.

De la Roche, qui a traité ensuite cette question avec beaucoup de sagacité, a démontré que l'aljsorption de clialeur terrestre n'était complète que lorsque la source de chaleur était à une basse température; que si celle-ci était élevée, la chaleur rayonnante acquérait la l'acuité de traverser le verre , et cela avec d'autant plus de facilité que la température était plus haute. Ou dut conclure de là que la chaleur terrestre et la chaleur solaire ne différaient entre elles que sous le rapport de l'intensité. Il découvrit ensuite que la chaleur rayonnante, en traversant une lame diaphane, y subit une certaine modification qui la rend plus ou moins apte à être transmise par telle ou telle autre substance transparente. Les effets si variés du rayonnement n'ont pu 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, 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 celui 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, qui, à l'aide de la pile thermo-électrique et du multiplicateur, trouva que la chaleur rayonnante provenant de la flamme d'une lampe dite de Locatelli, se transmettait instantanément à travers les milieux transparents ; qu'en interposant sur sou passage des plaques d'alun , de sel gemme ou de cristal de roche d'une épaisseur commune de trois à quatre millimètres, ces plaques ne transmettaient pas la même quantité de chaleur rayonnante. Eu 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 moins transparent que l'autre, transmettait la plus grande quantité de rayons calorifiques, et que la transparence des corps, pour la chaleur rayonnante, était différente de la transparence proprement dite.

En substituant à la flamme d'une lampe le platine incandescent , 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 calorifiques 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,

qui ne laisse point passer de îa chaleur rayonnante d'un fil de platine incandescent. M. Melloni a appelé diathermancs, les corps qui laissent passer la chaleur rayonnante; et athermanes , 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 résultats généraux suivants :

1° Plus le poli est parfait, plus, toutes choses égales d'ailleurs, la quantité de chaleur qui traverse les plaques est considérable.

2° La quantité de chaleur qui traverse les plaques de même épaisseur et de nature différente , est très-variable , puisque le cristal de roche enfumé 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.

3° La quantité de chaleur qui traverse une plaque, diminue à mesure que son épaisseur augmente , à l'exception toutefois du sel gemme.

A° 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.

5" Dans la superposition de plusieurs lames de même nature ou de nature différente , l'effet produit est indépendant de l'ordre de supe**position.

6" Quand on fait tomber sur une même plaque un faisceau d'égale intensité, mais provenant de sources différentes, les quantités de chaleur transmises sont d'autant plus petites que la température propre 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'être transmise par d'autres substances.

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

9" Enfin, la quantité de la chaleur transmise résulte de la somme totale des 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 soit 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 TRAITK DE PHYSIQUE,

luniit're est composée de rayons colorés, et qu'il existe des substances ([ui laissent passer certains rayons , et d'autres qui les arrêtent,

La chaleur se réfléchissant comme la lumière, on a dû rechercher si le pouvoir réfléchissant variait avec l'état de la surface 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 influence sur ce pouvoir. Il résulte des expériences de Leslie, de Melloni et dcRumfort, qu'en 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 liuilé. Ils ont encore reconnu que l'intensité du rayon réfléchi varie avec l'inclinaison ; (cj'elle est à son minimum sous l'incidence normale, et augmente à mesure que le rayon incident se rapproche de la surface, et qu'enlîn 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 ; ce pouvoir varie avec l'inclinaison du rayon sur la surface ; et, pour la même inclinaison , il n'est pas le même pour chaque corps. Le pouvoir 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. Melloni 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 1834 par M. Forbes,à l'aide de plaques de tourmaline ou de piles de mica. La plus grande quantité de chaleur

polarisée qu'il obtint avec un système de piles de mica , fut les 0,4 de la chaleur émanée d'une spirale incandescente 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. J! 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 tourmahnes vert foncé et jaune fauve donnent les limites extrêmes.

Toutes les questions mathématiques relatives à la transmission de la chaleur dans les corps placés sous l'influence de 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'influence que peut avoir la chaleur centrale sur nos climats , et la somme de chaleur que nous recevons du soleil dans chaque saison.

Passons a 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 unetempérature 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 propagatioii 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 températm-e , et que sa longueur soit suffisante pour que le foyer de chaleur dans lequel se trouve une des extrémités n'influence en rien l'autie extrémité par rayonnement direct, on démontre que pour des points distants, et tels que la distance à la source soit en pro^'ression arithmétique , les excès de température des points décroissent en progression géométri((ue. La raison de cette progression se déduit facilement de la conduclibilile de la barre dont elle dépend. C'est par celle mé-

thodc que M. Despretz a déterminé le pouvoir conducteur d'un certain nombre de corps. Les métaux sont en première ligne, puis le marbre, la porcelaine , etc., et enfin les substances composées de filaments trèsfms, telles que le coton, la laine, la paille, etc. Quant au bois, MM. de la Rive et Marcel ont reconnu que la conductibilité dans le sens perpendiculaire aux fibres est moindre que dans le sens de ces fibres, et que l'on peut ainsi ranger les bois relativement à leur pouvoir conducteur, noyer, chêne , sapin , peuplier, liège.

Les liquides sont , eu général , peu conducteurs de la chaleur ; on avait pensé qu'elle s'y propageait , non par voie de rayonnement , de 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 continuellement. Ayant reconnu depuis qu'en plaçant un corps chaud à la surface d'un liquide , au fond duquel se trouvait un thermomètre , celui-ci était influencé , on dut en conclure qu'il y avait eu transmission de chaleur , puisqu'il n'avait pas dû y avoir de déplacement de liquide. Il aurait pu se fah'e cependant que l'effet fût dû à la transmission de la chaleur rayonnante émanant de la source. Quoi qu'il eu soit , cette communication de la chaleur du haut en bas est très-faible : d'autres expériences tendent aussi à faire admettre la propagation moléculaire. La question en était là, lorsque M. Despretz la reprit, en 1839, et constata par l'expérience les faits suivants : l'' un cylindre liquide, d'un mètre de hauteur et de Qi^a 18 de diamètre, chauffé à sa partie supérieure par une source constante de chaleur pendant un temps suffisamment long, présente un état thermométrique constant; 2° les températures des points équidistants de l'axe, diminués de la température de l'air environnant, donnent une progression géométrique décroissante, comme cela aurait lieu dans une barre solide suffisamment longue ; 3° deux cylindres différents par leur diamètre conduisent au résultat suivant : les logarithmes des quotients des deux progressions 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; il fit alors de nouvelles expériences, et montra que les parois étaient plus froides que le liquide, et de plus, que la température allant en décroissant du centre à la circonférence , la chaleur s'échappait du liquide à travers les parois, et ne passait pas des parois au liquide.

La chaleur rayonnante traverse les gaz, de même que les liquides, par le déplacement des parties qui , en s'échauffaut , s'élèvent dans

INTRODUCTION HISTOBIQUE. — CHALEUR. 171

la partie supérieure , et se mêlent avec celles qu'elles rencontrent. Ces déplacements sont d'autant plus rapides, que les yaz ont moins de densité ; quant au rayonnement moléculaire, il est extrêmement faible.

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, il se refroidit en plus ou moins de temps, suivant diverses circonstances que nous allons indiquer. Supposons-le d'abord dans le vide, le refroidissement provient uniquement du rayonnement ; s'il se trouve dans l'air, ou dans un gaz , il se refroidit, non-seulement comme dans le vide, mais encore en raison de son 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 : Newton est le premier qui s'en soit occupé. Il avait posé en principe qu'à chaque instant la quantité de cha^ leur perdue par un corps était proportionnelle à l'excès de la température de ce corps sur celle du milieu ambiant ; mais cette loi ne se vérifie que pour des différences de température qui ne s'élèvent pas au delà de 20 à 30°. Riclimann , en ayant montré l'inexactitude, lui en substitua une autre , d'après laquelle la température décroissait plus rapidement que dans la loi de Newton.

Dalton fit des expériences qui tendaient à vérifier la loi de Richmann; de la Roche posa en principe que la perte de chalem* suivait une progression plus rapide que l'excès de température du corps sur celle du milieu ambiant; enfin, en 1817, Petit et Dulong publièrent un travail 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 dues au contact seul des gaz. Pour un même gaz , sous la même pression , mais à des températures différentes , les pertes de chaleur sont les mêmes pour les mêmes différences de température.

Quand l'élasticité du gaz varie en progression géométrique, la vitesse du refroidissement varie aussi en progression géométrique ; lorsque le rapport de la progression est 2, le deuxième est 1,366 pour l'air, 1,301 pour l'hydrogène, 1,431 pour l'acide carbonique, 1,415 pour le gaz oléfianl.

Ces lois ne s'appliquent qu'aux corps solides de petite dimension ; il n'en est pas de même dans les liquides, attendu (jue la température peutêtre considérée comme étant la même dans tous les points à chaque

instant, en raison des mouvements inférieurs résultant du mélange des parties qui n'ont pas la même température, ce qui ne saurait avoir lieu 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 dilalation des corps : des Ihcruiomèires.

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 bismuth.

La dilatation des corps solides, dont les effets intéressent si vivement les arts, a été étudiée avec soin par Laplace, Lavoisier, Ramsden, 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 pour un même degré la di'.atatiou croissait avec la température 5 mais que de 0" à 1 00", cet accroissement était insensible , et qu'il devenait considérable de 0° à 300°. On considère trois espèces de dilatation : 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 sont fondés les thermomètres , appareils destinés à comparer les diverses quantités de chaleur sensible que possèdent les corps.

Galilée paraît 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 thermomèti'e de Galilée se composait d'un tube de verre de « petit diamètre , ouvert à une de ses extrémités , et terminé à l'auti-e « 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 [GalUei Op.^ tom. I, p. lxvii ; ISelli^ vita, 1. 1, p. 72). Ce grand physicien fit connaître ces effets au P. Castelli, en 1603 {l^elli, vita, t. \. p. 69). Sagredo, ami de Galilée, fit, en 1G13; à Ye-

INTRODUCTION HISTOBIQUE. — CHALEUR. 173

iiise, des observations météorologiques avec cet iusti'umeut. Quoi qu'il en soit, 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 faite 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 variations 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. 11 prit pour terme fixe de température la liquéfaction de l'huile d'anis ; Halley et Amontons la température de l'eau bouillante ; Newton 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 connue 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 Newton. 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 l'air.

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

Thermomètre à mercure Thermomètre à air corigé

ordinaire. de la dilatation du verre. Différence.

360" Kbullitiondumercure. 350 10,00

Des expériences toutes récentes entreprises par M. Rcgnault lui ont donné des résultais bleu 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 dcu.\ thermomètres marchent encore sensiblement d'accord

depuis 100" jusqu'à 250"; ce n'est qu'à partir de ce point que le thermomètre à mercure prend l'avance sur l'autre. A 300°, la différence est de 1° environ; à 325" de l*',75;à 350° de 3". Comment supposer que Petit et Dulong, qui étaient si exacts, si précis dans leurs expériences n'aient point tenu compte des causes d'erreur qui ont amené des différences aussi notables que celles qui existent entre leurs résultats et ceux que nous venons de rapporter ?

M. Regnault a constaté des faits importants que nous ne pouvons nous dispenser d'indiquer. Deux thermomètres à mercure qui s'ac-^ cordent pour le zéro et la température de l'ébuUition ne s'accordent pas pour tous les autres points de l'échelle , comme on le croyait. Les différences vont quelquefois à plusieurs degrés, quand les deux thermo^ mètres n'ont pas été construits avec la même espèce de verre. Il résulte de là que les thermomètres à mercure, destinés à des expériences précises et comparables, doivent être comparés, non-seulement pour les points fixes de l'échelle, 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 substances différentes ne doivent pas accuser la même température quand ils sont placés dans les mêmes circonstances calorifiques, comme du reste le prouve le tableau suivant :

Températures indiquées dans les 7nêmes cii'constances par différents thermomètres, un degré étant un centième de la dilatation . totale de la glace fondante à l'ébuUition.

Thermomètre à air 300°

— de verre 352,9

— de fer 372,6

— de cuivre 329

— de platine 311,6

— à mercure corrigé de la dilatation du

verre 314,15

— à mercure ordinaire 307,8

Quant 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 loi que celle de l'alcool. On emploie ordinairement cet appareil à évaluer des températures très-basses , que le thermomètre à mercure ne peut accuser quand on arrive au point de la congélation du mercure.

INTBODUCTION HISTOBIQUE. — CHALEUB. 175

Les thermomètres à air ne servent que dans les expériences de précision, lorsqu'il s'agit de mesurer des températures très-hautes et très-basses, 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 l'alcool après ce terme.

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

Le zéro de l'échelle du thermomètre, qui indique le degré de la glace fondante, n'est pas fixe. M. Flaugergue a trouvé, en 1823, qu'il se déplaçait avec le temps, et s'élevait d'une fraction de degré. M. Bellani, qui a étudié la marche de ce phénomène, reconnut que le déplacement allait toujours en augmentant pendant deux ans environ , 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. LegTand,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 qu'il doit être attribué au retrait du verre quand le refroidissement du 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^ avoir l'attention, à chaque opération, de vérifier le zéro de l'échelle. M. Despretz ayant étudié également cette question avec soin a trouvé que le zéro du thermomètre éprouve des oscillations dans le cours même des expériences. Si cet instrument est tenu à une température basse, comme — 20 degrés, pendant un certain temps, le zéro monte; si, au contraire, l'instrument est tenu à une température élevée, 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 molécules d'un corps solide ont été déplacées par une force quelconque, elles ne reprennent pas immédiatement leur position , quand cette force a cessé son action.

Outre les thermomètres dont on vient de parler, on fait encore usage de thermoscopes, de thermomètres différentiels, qui servent à