CHAPITRE IL

De la construction du Thermomètre , et de la manière

de s’en servir .

33 Ès que l’on commence à porter son attention sur l’ensemble des phénomènes physiques et chimiques , on voit que l’agent le plus puissant, le plus actif et le plus généralement employé dans la nature et dans les arts, c’est le feu. Nous sentons à chaque instant les effets qu'il produit sur nos organes, soit lorsqu’il les brûle par une trop grande ardeur, soit lorsqu’il les réchauffe doucement dans les rigueurs de l’hiver. Il échauffe toutes les substances; et, s’il ne les embrase, il les fond, les rend liquides, les fait rougir, bouillir, et les convertit en. vapeurs. Même lorsqu’il semble agir avec moins d’énergie , il étend les dimensions des corps, il change leur volume et les modifie sans cesse dans leurs propriétés les plus cachées. Pour pouvoir observer ces propriétés d’une manière comparable dans différons corps, ou dans le même corps à des époques différentes , il faut nous prémunir contre cette cause perpétuelle de variation; et, puisque nous ne pouvons l’empêcher d’agir 3 il faut au moins trouver quelque manière de fixer l’état précis où elle met chaque corps à l instant où nous l’observons.

Mais d’abord, réduisons cette cause à son expression la plus abstraite. Quoique le mot de feu entraîne avec lui l’idée de flamme et de lumière, cependant il n’est pas difficile de voir que tous les phénomènes que nous venons de décrire peuvent être produits sans le concours de ces deux circonstances; car si j’ai fait fondre du plomb dans un vase de fer par le jn°yen du feu , ce plomb , qui ne sera point enflammé et qui ne jettera pas de lumière, deviendra capable à son tour d’échauffer d’autres corps; il fera fondre la glace , îe soufre et l’étain; il enflammera la cire , il fera bouillir l’eau et tous les autres liquides ,

î >tJ THE RM O M ET R E .

wv

il les convertira en vapeur. Puisqu’il agit ainsi sur ces corps sans flamme ni lumière, nous pouvons par la pensée séparer ces deux modifications du principe, quel qu’il soit, qui produit tous ces effets; et, pour fixer invariablement cette séparation , pour désigner isolément ce principe, nous lui donnerons un nom particulier, nous l’appellerons le calorique.

Cette distinction simple et naturelle nous conduit à voir que le mot chaleur , dans lequel on enferme ordinairement l’idée vague d’une cause, n’exprime réellement que la sensation que le calorique produit sut nos organes; et, par extension , celle qu’il produit sur des organes plus résistans, ou môme sur des corps non organisés. Désormais nous emploierons toujours le mot chaleur dans cette seule acception , pour exprimer généralement le mode d’action particulier au calorique.

Mais la sensation dé la chaleur, lorsque nous l’éprouvons, n’a pas toujours la meme énergie; il y a des degrés entre la douce chaleur que nous éprouvons dans un bain et celle qui nous brûle lorsque nous tondions un fer rouge. La chaleur qu’excite un seul charbon embrasé suffit pour enflammer le soufre; elle ne suffit plus pour fondre le cuivre ou l’argent. Afin de définir les différentes énergies du calorique dans ces diverses circonstances , nous leur donnerons le nom de tempera titrés , et nous appellerons températures plus ou moins chaudes celles qui produiront ou qui seront capables de produire sur nous ou sur les autres corps des sensations plus ou moins vives de chaleur. Nous ne voulons par- là qu’exprimer l’inégalité de ces sensations et de leurs effets, non la mesurer ni la fixer: micore moins prétendons-nous en tirer quelque induction sur îa manière dont elles dépendent du calorique qui les produit. Toutes' des choses ne peuvent se déterminer sûrement que par des mesures précises que nous chercherons plus tard ; mais auparavant il fallait au moins sentir le besoin de les chercher.

11 arrive souvent dans les sciences que ceux qui introduisent une expression nouvelle pour" exprimer la cause inconnue d’un phénomène , se laissent ensuite entraîner à détourner cette définition de son sens abstrait pour la réaliser et lui donner un

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corps ; cela est arrivé , par exemple , pour le calorique. La plus grande partie des physiciens et des chimistes regardent le calorique comme une matière à laquelle ils attribuent plusieurs propriétés analogues à celles que les autres substances matérielles possèdent, telles que l’élasticité, la compressibilité et la faculté d’entrer en combinaison avec d’autres corps. Ces propriétés matérielles ils les lui supposent par analogie; car, comme on 11e peut voir le calorique ni le toucher, ni le peser , ils sont obligés, tout en le regardant comme une matière, de le dépouiller, au moins pour nos sens, des propriétés les plus apparentes par lesquelles nous puissions nous assurer de l’existence matérielle des corps , je veux dire l’impénétrabilité et la pesanteur. D’autres physiciens, en plus petit nombre, ont regardé le calorique non comme une matière , mais comme un principe de mouvement qui excite dans les particules des corps certaines vibrations trèspetites, d’où résulteraient pour nous la sensation et les phénomènes de la chaleur. Enfin, un très-petit nombre de physiciensgéomètres , ne s’attachant ni à l’une ni à l’autre de ces opinions, se sont bornés à admettre les principes qui leur étaient communs. Nous examinerons plus tard , par l’expérience , les probabilités de ces diverses hypothèses; nous puiserons clans chacune d’elles les analogies sur lesquelles elles se fondent; et , après les avoir établies par l’expérience, nous en tirerons des lois générales et certaines j>ar lesquelles les phénomènes qu’elles embrassent se trouveront liés. Mais jusqu’à cette époque, et à cette époque meme , nous tiendrons scrupuleusement au sens abstrait des dénominations que nous avons adoptées. Le calorique ne sera pour nous que la cause inconnue de la sensation de la chaleur, et le mot de température n’exprimera que les diverses énergies de son action.

Nous nous trouvons ainsi arretés toutes les fois que nous voulons remonter aux causes premières des phénomènes; la lin de notre science est de reculer le doute, et de le faire porter sur les seuls objets que notre raison ne peut ou n’a pas encore pu atteindre. L’art des expériences consiste à découvrir dans les phénomènes ceux qui sont les plus généraux , les plus influens.

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Ces faits bien constatés , exactement reconnus , servent ensuite de principes pour arriver aux autres faits comme conséquences. Alors nos incertitudes ne portent plus sur les phénomènes généraux ni sur leur combinaison, les seules choses qui nous soient réellement utiles ; elles portent uniquement sur la cause première d’un petit nombre de faits ; et , si elles sont inévitables , elles sont du moins réduites à leurs justes bornes. Nous voyons les phénomènes se succéder, comme les générations des hommes, dans un ordre que nous observons, mais sans pouvoir dire ou anême concevoir comment il a commencé. Nous suivons les anneaux d’une chaîne infinie ; nous pouvons bien , en ne la quittant pas, remonter d’un anneau à un autre; mais le point où la chaîne est suspendue n’est pas à la portée de nos faibles mains.

Pour découvrir et fixer les rapports naturels des phénomènes entre eux , il ne suffit, pas de les observer vaguement, et de les envelopper dans des hypothèses toujours vacillantes et incen* taines ; il faut déterminer d’une manière précise la nature et l’étendue de leurs effets , afin de n’avoir à combiner dans nos raisonnemens que des données rigoureuses; en un mot, il faut les mesurer. Mesurer et peser, voilà les deux grands secrets de la chimie et de la physique ; ce sont là les causes de toutes les découvertes qu’elles ont faites dans ces derniers temps.

Or , pour fixer par des mesures précises les divers degrés d’action du calorique, choisirons-nous les effets dévorans et destructifs qu’il exerce sur presque tous les corps de la nature? Non , sans doute , puisque Paltération meme qui en résulte dans la constitution de ces corps exclurait toute idée de comparaison. Trouverons-nous des termes plus fixes dans les sensations variables de chaleur et de froid que nous éprouvons ? Pas davantage. Il ne faut pas avoir beaucoup réfléchi sur la nature de nos sensations , pour s’apercevoir que les indications qu’elles nous donnent sont purement relatives. La lumière , qui suffit pour nous faire discerner les objets dans une salle de spectacle où nous sommes restés quelque temps , nous semble une obscurité complète quand, nos yeux viennent de recevoir la

nU THERMOMETRE.

vive lumière du jour. Le même temps de dégel , qui nous paraît d’une douceur extraordinaire lorsqu’il survient tout à coup au milieu des rigueurs de l’hiver , nous semblerait un froid insupportable si nous l’éprouvions subitement au milieu des grandes chaleurs de l’été. C’est par cette raison que la température des souterrains nous semble froide en été et chaude en hiver , quoique , clans la réalité , elle reste constamment la même , comme nous le prouverons par la suite. On conçoit donc , par ces exemples , que les divers degrés d’intensité de nos sensations ne peuvent nous fournir une mesure constante des causes qui les produisent , puisque l’idée qu’elles nous donnent n’est jamais que relative et comparée.

Nous sommes ainsi conduits à chercher parmi les phénomènes, dont le calorique est la cause , ceux qui , s’exerçant sur des substances inorganiques , les modifient momentanément d’une manière reconnaissable , sans néanmoins altérer leur nature ni leur constitution intime ; de sorte que la cause étant ôtée , les corps reprennent exactement leur premier état , quel que soit le nombre de ces variations passagères auxquelles on les ait exposés. Or, il existe un phénomène dont le calorique est la cause principale , et qui remplit parfaitement toutes ces conditions , c’est celui que l’on appelle la dilatation et la contraction des corps.

C’est un fait général et facile à constater, que tous les corps que l’on réchauffe, sans changer leur constitution, s’étendent dans tous les sens, de manière à occuper un volume plus con-. sidérable que celui qu’ils occupaient d’abord. Cette modification des corps se nomme dilatation ; et lorsqu’un corps l’éprouve , on dit qu’il se dilate. Tous les corps , quelle que soit leur nature , sont susceptibles d’éprouver cet effet.

La dilatation des corps solides, particulièrement des métaux , est fort petite tant qu’ils sont encore éloignés de l’état où ils se fondent ; cependant les effets en deviennent sensibles dans une infinité d’expériences journalières. Dans les grandes conduites d’eau , où l’on emploie des tuyaux de fonte métallique attachés ensemble par des vis de fer , la différence de la chaleur

DU THERMOMÈTRE

de l’hiver à l’été fait tellement varier les dimensions de cette longue barre métallique, que l’on est obligé de placer de distance en distance, des tuyaux construits de manière à pouvoir glisser les uns dans les autres, pour se prêter aux effets de ces dilatations et contractions alternatives , sans quoi la colonne se romprait infailliblement. Les appareils de ce genre se nomment des compensateurs. On est aussi obligé d’en mettre dans les constructions des ponts en fer. C’est encore la dilatation des métaux qui fait que les verges des pendules s’allongent dans l’été et se raccourcissent dans l’hiver , de manière à faire tantôt retarder , tantôt avancer leur mouvement , que l’on est obligé , par cette raison , de corriger dans ces deux extrêmes, à moins qu’on n’ait prévenu l’effet de ces variations par un procédé que nous ferons connaître plus loin.

Les dilatations des liquides sont beaucoup plus considérables que celles des corps solides, dans les mêmes circonstances. Un vase, fùt-il de bronze, rempli d’eau et bien bouché, s’il est exposé ensuite à une forte chaleur, de manière que l’eau ne puisse s’en échapper par aucun interstice , crevera infailliblement avec une grande explosion : ce qui prouve que l’eau renfermée se dilate plus que la matière du vase. Mais pour observer ces effets d’une manière plus facile et moins dangereuse, prenez une fiole de verre mince , dont le corps soit large et le col étroit: remplissez-la entièrement ou presque entièrement d’eau, ou de tout autre liquide ; puis approchez-Ia graduellement du feu : vous verrez bientôt la liqueur se dilater , s'élever dans le col du flacon , le remplir entièrement , et se renverser pardessus les bords long-temps avant de bouillir. Plus le col est étroit par rapport à la capacité de la fiole , plus l’expérience est prompte et l’effet sensible ; aussi rien ne convient mieux , pour ces expériences , qu’une boule de verre , soufflée à l’extrémité d’un tube, dont l’intérieur est très-étroit. Alors, quand on observe avec attention , on remarque avec surprise que dans le premier moment de l’action du calorique , la liqueur descend dans le tube au lieu de monter. Cela vient de ce que la substance du verre , éprouvant la première la chaleur , se dilate

DU THERMOMÈTRE

aussi la première, el avant que le liquide ait encore éprouvé la meme influence ; mais la chaleur continuant de pénétrer tout 1 appareil , le liquide commence bientôt à se dilater , et ne tarde pas à remporter sur le verre , par l’excès de sa dilatation.

On peut rendre également sensibles les effets de la dilatation et de la contraction, dans les substances aériformes , 1» c’est-à-dire, dont la constitution est analogue à celle de l’air et des vapeurs. Par exemple, c’est la force élastique de la vapeur de l’eau qui soulève les pistons des pompes à feu. Mais, pour nous borner à des expériences usuelles, tout le monde a éprouvé combien il est quelquefois difficile d’introduire un liquide dans un flacon dont le col est extrêmement étroit , comme le sont , par exemple , ceux des flacons à essence : cela vient de la résistance de l’air intérieur qui , trouvant l’orifice étroit du tube bouché par la petite colonne de liquide qu’on y a introduite, s’oppose invinciblement à son passage. Mais voulez-vous éluder cet obstacle? chauffez le flacon ; Pair qu’il contient , en s’échauffant aussi, se dilatera plus que le verre; le volume du flacon ne suffira plus pour le contenir : il en sortira donc une partie ; alors renversez le flacon dans le liquide que vous vouiez y introduire , et attendez quelques instans ; Pair resté dans le flacon se refroidira, se contractera, et fera place au liquide qui s’y introduira pour occuper la place vide , obéissant en cela à la pression que Pair extérieur exerce sur tous les corps , comme nous le verrons bientôt.

En mesurant avec soin les dimensions des corps , après les avoir exposés à diverses températures, on trouve généralement que si le feu n'a point altéré leur constitution ou leur nature, ils reviennent exactement aux mêmes dimensions qu’ils avaient d’abord , quel que soit le nombre de fois qu’on les expose à ees cbangemens alternatifs. Cette propriété s’observe , par exemple , dans les métaux ,quancflon ne les échauffe pas jusqu’à les fondre ; dans les liquides, quand on ne les échauffe pas jusqu’à les faire bouillir (T). On trouve, à ia vérité, que l’argile et quelques

(i) Pour reconnaître cette propriété clans les liquides, il faut les observer

DU THERMO M ETRE

autres substances semblent, au contraire, se contracter quand on les expose au feu après les avoir imbibées d’eau : mais alors , elles ne reviennent plus à leurs premières dimensions; ce qui montre que leur contraction est l’effet du desséchemeut qu’elles éprouvent, ou d’une combinaison plus intime de leurs élé— mens , et non pas un effet passager de la chaleur. Ce phénomène se nomme le retrait ; on est obligé d’y avoir égard dans la construction des vases de terre et de porcelaine , sans quoi -ils n’auraient pas , en sortant du fourneau , la forme qu’on veut leur donner ; mais on voit , d’après sa cause , qu’il ne fait point une exception aux lois générales delà dilatation des corps.

Cette propriété , que tous les corps possèdent , de se dilater par l’effet de la chaleur, et de revenir aux mêmes dimensions quand on les ramène aux mêmes circonstances, offre un moyen très— simple et très-exact pour mesurer des degrés égaux et inégaux de chaleur. On l’a employée de la manière la plus heureuse dans la construction des instrumens que l’on appelle des thermomètres, c’est-à-dire, mesureurs de la chaleur. Tout le monde les connaît et en fait usage ; mais on ne connaît pas aussi généralement les principes sur lesquels ils sont fondés , et qui garantissent la certitude de leurs indications.

À la rigueur, tous les corps pourraient être employés à cet usage , puisque tous , comme nous venons de le voir , sont sensibles aux variations de la chaleur ; mais pour rendre l’instrument exact et commode, il y a un choix à faire entre eux. Si nous employons un corps solide, par exemple, une barre métallique, ses dilatations et ses contractions seront trop petites pour pouvoir être facilement observées. Si nous voulons les apercevoir , il faudra les agrandir par des rouages et des leviers qui en rendront l’observation très-minutieuse, et même sou-

dans des tubes fermés de toutes parts , afiu que la chaleur n’enlève pas une portion de leur substance en la réduisant en vapeur. Avec cette précaution , on trouve que s’ils ne changent pas de composition interne, c’est-àdire, s’ils continuent de former la même substance qu ils formaient d’abord, iis reviennent exactement aux mêmes dimensions quand la température* r devient la

PU THERMOMÈTRE

vent inexacte. Si au contraire nous employons , pour construire notre thermomètre , une substance aériforme, par exemple , l’air ou quelque autre gaz, les dilatations et les contractions seront tellement considérables, qu’il deviendra très- incommode de les mesurer , quand les variations de la chaleur auront quelque étendue. Les variations de volume des liquides , plus grandes que celles des corps solides, et moindres que celles des gaz, offrent un moyen terme exempt de ces inconvéniens opposés, et par conséquent nous sommes conduits à chercher notre thermomètre dans cette classe intermédiaire de corps.

Il en est un parmi eux que ses qualités physiques et chimiques rendent éminemment propre à cet usage; c’est celui que !’on nomme mercure ou vif-argent , parce qu’en effet il ressemble à de l’argent qui serait rendu coulant par la chaleur. Le mercure supporte, avant de bouillir et de se réduire en vapeur , plus de chaleur que tous les autres fluides, excepté certaines huiles; et l’on peut aussi, sans qu’il se gèle, l’exposer à des degrés de froid qui solidifieraient tons les autres liquides , excepté certaines liqueurs spiritueuses , comme l’esprit-de-vin. on l’éther. En outre , le mercure a l’avantage d’être plus sensible que tout autre liquide à l’action de la chaleur, et enfin ies variations de son volume , dans l’étendue des phénomènes qu’il est le plus ordinaire d’observer , sont, comme nous le verrons par la suite , parfaitement régulières , et proportionnelles à celles que les solides et les gaz éprouvent dans des circonstances semblables. Tontes ces propriétés doivent nous porter à nous servir du mercure dans la construction de nos thermomètres, préférablement à tout autre corps.

Mais pour que tous les thermomètres à mercure aient une marche semblable , et soient comparables les uns aux autres dans tous les pays du monde , on conçoit qu’il faut que la substance employée soit constamment la même, et qu’elle ait des propriétés constamment semblables. On y parvient en employant le mercure dans son plus grand état de pureté. Le mercure pur est un véritable métal liquide , qui pèse environ treize fois et demi autant que l’eau à volume égal. Ou ne ic trouve presque