Traité de physique considérée dans ses rapports avec la chimie et les sciences naturelles

De la clialeur spécifique des corps simples et composés, et fies lois qui la régissent.

Il n'a encore été question de la chaleur que sous le rapport de sa production dans les actions physiques et chimiques, et nullement dans les phénomènes de la vie; cette dernière partie de la question sera l'objet d'une étude spéciale dans cet ouvrage, où nous essayerons de la traiter aussi complètement que possible, en nous entourant de tous les documents que la physique, la chimie et la physiologie poin-ront fournir. Fidèle au plan que nous nous sommes tracé, nous devons compléter ce qui concerne le dégagement de la chaleur, c'est-à-dire parler de la chaleur spécifique et de la mesure des températures, avant de traiter de Faction de la chaleur sur les corps, soit pour leur faire changer d'état, soit pour modifier leurs propriétés physiques ou leur arrangement moléculaire, soit pour les décomposer; cet examen du reste ne devant être fait que lorsque l'on traitera de l'action des forces sur les corps.

Dans l'étude du dégagement de la chaleur, il a été lait souvent mention des quantités différentes de cet agent que les corps absorbent ou émettent, quand leur température s'élève ou s'abaisse d'un nombre égal de degrés. Ces quantités, prises eu considération dans un grand

nombre de questions relatives à la chaleur, expriment la chaleur spécifique, ou capacité calorifique des corps.

Nous allons rechercher si ces capacités ne seraient pas soumises à des lois dépendantes , soit de la constitution atomique , soit du poids atomique des corps, sans entrer cependant dans des détails d'appareils et d'expériences, qui ne sauraient trouver place ici, notre but étant de nous attacher aux lois générales des phénomènes et à leur application à l'étude de la chimie et des sciences naturelles. Pour mettre de l'ordre dans notre exposé, nous commencerons par étudier les capacités calorifiques dans les corps simples et composés , solides et hquides, puis dans les corps simples et composés gazeux.

Trois méthodes présentant chacune des avantages et des inconvénients, ont été successivement employées par d'habiles physiciens, pour déterminer la capacité calorifique des corps. Chaque expérimentateur a choisi la méthode qui convenait le mieux à ses vues et aux circonstances dans lesquelles il opérait. Ces trois méthodes, sont, sans nous astreindre à suivre l'ordre chronologique,

1° Méthode par la fusion de la glace ou du calorimètre.

2*^ Méthode du refroidissement.

3° Méthode des mélanges.

La première , due à Lavoisier et Laplace, repose sur la propriété que possède la glace de conserver une température égale pendant tout le temps de sa fusion. Si donc on veut évaluer la quantité de chaleur perdue par un corps , en descendant d'une certahie température à zéro,il faut le placer dans l'intérieur d'une sphère creuse de glace, et recueillir l'eau provenant de sa fusion; le poids de cette eau sert à représenter la chaleur que le corps a perdue eu se refroidissant jusqu'à zéro. Le calorimètre imaginé par ces deux hommes célèbres réalise complètement cette sphère de glace.

Pour comparer les capacités calorifiques des corps, il suffit de' connaître leur poids , leur température initiale et la quantité de glace fondue par chacun d'eux. En effet.

Soit c la capacité calorifique de ce corps, t sa température initiale, et q la quantité de glace fondue à finstant de son minimum , ^ , le poids du corps ;

± tp

exprimera la quantité de glace fondue par l'unité de poids pour un refroidissement de 1°, la chaleur dégagée étant sensiblement proportionnelle à son refroidissement et à sou poids. On aura pour un autre

CHALEUB. 3

corps j-, , (i, t\ p' exprimant des quantités analogues à q, t^ p; le

a q' rapport de — à ^, sera celui des chaleurs spécifiques des deux

, c corps , ou de -; ,

S'agit-il d'une substance liquide , il faut de plus connaître le poids et la chaleur spécifique du vase qui la renferme. Si l'on veut avoir la chaleur spécifique d'un corps solide ou liquide , en fonction de celle de l'eau , on la divise par 0,1333 ; car un kilog. d'eau à 75'', fond, en se refroidissant jusqu'à zéro, un kilog. de glace ; dès lors, la quantité de glace fondue pour un refroidissement de l" est égale à J^, ou 0,1333.

L'emploi du calorimètre de Lavoisier et Laplace ne donne des résultats exacts qu'autant que la température extérieure est très-peu différente de zéro, et que les corps n'ont pas de trop petites dimensions. Mais avec cette méthode , on a toujours à craindre qu'il ne reste à la surface de la glace une petite quantité d'eau dont ou ne puisse tenir compte dans le calcul.

La deuxième méthode, celle du refroidissement, telle qu'elle a été perfectionnée par Duloug et Petit, permet, il est vrai, d'opérer sur de très-petites quantités de matière, à l'état pulvérulent ou liquide; mais elle a l'inconvénient de reposer sur des hypothèses que quelques physiciens ne regardent pas comme démontrées. Cette méthode consiste à mettre la substance en poudre fine dans un petit vase en argent, à minces parois , ayant sa surface extérieure bien polie et sa surface intérieure recouverte de noir de fumée, afin que son pouvoir absorbant soit le plus grand possible. Un thermomètre très-sensible , dont la boule est placée dans l'intérieur du cylindre , et dont la tige sort par une ouverture pratiquée dans un couvercle d'argent poli et fermant le vase, indique les changements de température. La substance étant bien tassée, on élève la température de l'appareil de 30 à 40°, et on le place sous un récipient dans lequel on fait le vide, et dont on maintient constamment avec de la glace la température à zéro. On mesure ensuite très-exactement avec un cbronomètre la vitesse du refroidissement , c'est-à-dire , le temps que le thermomètre met à descendre d'une différence constante de 10" à 5°, par exemple. Au moyen de deux observations , on détermine le rapport entre la chaleur spécifique de deux substances de poids connu mises successivement dans le vase. Il est facile de prouver , par le calcul, que le

temps que mettent deux corps, ayant une même température, à se refroidir d'un nombre égal de degrés , est en raison directe de leurs poids et de leurs capacités calorifiques. En effet ,

Soient M et M' les masses de deux corps , c et c' leurs chaleurs spécifiques, t et t' les temps que met le thermomètre à baisser d'un même nombre de degrés, de 10° à 5° par exemple. D'après la loi de Newton , qui peut être admise ici, quand les excès de température sont peu considérables, la vitesse du refroidissement sera proportionnelle à l'excès de température du corps sur celle du milieu ambiant.

Si la température de l'air est T, celle des corps T', et la température , après le refroidissement, T", on fait

En appelant t le temps que le thermomètre met à descendre de l'excès A à celui B , on a , d'après la loi de Ne\Yton ,

B = AA-S d'où en faisant

log. hyp.A^m, on a

r/i = -log. hyp. g.

,- Or, comme la vitesse du refroidissement est

on aura

V = mk.

On a aussi

SH Me'

5 étant la surface du corps qui se refroidit , H la conductibilité extérieure j d'où