E TT TII E R M 0 M ET R E

jamais tcî dans les mines. Il est ordinairement engagé dans des combinaisons chimiques, qui le rendent solide, et dont il faut le dégager par les procédés de la métallurgie. Quelquefois cependant on trouve naturellement le mercure à l’état liquide ; mais alors il est ordinairement mêlé d’argent , de plomb ou d’étain , métaux avec lesquels il se combine facilement. Quand on l’a obtenu dans cet état, pour l’avoir parfaitement pur, il faut d’abord le dégager de la terre , des pierres et des autres saletés qui peuvent s’y trouver grossièrement mêlées. Pour cela , il suffit de le renfermer dans un morceau de peau de chamois , d’en former pour ainsi dire un nouet , et de le serrer fortement entre les doigts. Le mercure pressé s’échappe à travers les pores imperceptibles de la peau, et se tamise en une fine pluie argentée , abandonnant dans cette opération tout ce qui n’était que mélangé , et non pas combiné avec sa substance.

Pour séparer maintenant les métaux qui peuvent être alliés avec lui , on profite de ce que ces métaux sont à peine vaporisables par les plus grands feux que nous puissions produire , tandis que le mercure bout et se réduit en vapeurs , à un degré de chaleur qui n’est pas très considérable. On chauffe l’alliage dans des vases fermés , disposés de manière à pouvoir condenser par le refroidissement les vapeurs qui s’y forment , et à recueillir le liquide qui en résulte. La chaleur volatilise le mercure , sans pouvoir vaporiser les métaux qui étaient combinés avec lui : il se fait donc une séparation, les métaux restent fixés au fond de l’appareil , et le mercure pur se retrouve dans le réfrigérant. Si les vases sont fermés hermétiquement , c’est-à-dire , de manière qu’aucune vapeur ne puisse s’échapper , la somme des poids du mercure et du résidu fixe , doit égaler le poids de J alliage employé.

L'opération que nous venons de décrire s’appelle une distillation; on remploie à chaque instant en chimie pour défaire les combinaisons et séparer les substances les unes des autres , en vertu de leurs degrés de volatilité divers. L'appareil qui sert pour faire cette expérience , s’appelle un appareil distiüatoire ou un alambic. On peut former un véritable alambic, en pla-

T)ü THERMOMÈTRE.

eant îa substance que l’on veut distiller dans une cornue de verre ou de porcelaine, et recevant les vapeurs dans un ballon de verre que l’on fait communiquer à la cornue , au moyen d’un îuvau de verre que I on appelle une allonge. On lute (1) ce tuyau au col de la cornue par un bout, à celui du ballon par l’autre , et l’appareil se trouve complètement fermé. On allume un feu de charbon sous la cornue (2), qui contient la substance que l'on veut distiller , et l’on plonge , au contraire , le ballon dans de l’eau froide ou dans de la glace pilée , afin de condenser , par le refroidissement , les vapeurs qui se forment. On conçoit que l’allonge est nécessaire pour éloigner la cornue, que l’on chauffe , du ballon que l’on refroidit. Il est bon qu’elle soit en verre ou en porcelaine , substances qui transmettent

feJ-T» ■■■«■■ iw 1 ■ ■■ — ri w .. ■ n. «.««.ni'- i i|Wi ■». ■ «K. i ■

(1) On appelle en chimie, lut, une composition pâteuse qui s’applique a,ox ouvertures des appareils pour les bouclier. Il y en a de diverses espèces. Les uns servent pour empêcher la sortie des vapeurs humides -, il faut alors qu’il entre des substances huileuses dans leur composition. D’autres fois il suffit d’arrêter les vapeurs sèches ; alors on peut employer d'autres espèces de lut. Souvent 011 se contente de coller des bandes de papier sur les jointures des vaisseaux de verre que l’on veut luter ensemble. Les préparateurs habiles joignent ces vaisseaux avec des bouchons de liège percés a leur centre, et usés avec tant de justesse , qu’ils suffisent pour établir la continuité la plus exacte entre les diverses parties d’un appareil. Relativement à la manière de composer les difïerëns luts , il faut consulter le Traité de Chimie de M. Thénard.

(2) Quand ou n'est pas familiarisé avec les opérations chimiques, on a peine à comprendre que l’on puisse faire bouillir de l’eau , du mercure , ou d’autres liquides , daus des cornues de verre ou de porcelaine, sans que ces vases se brisent; mais avec un peu d’habitude, ou y réussit aisément. Tout le secret consiste à chauffer graduellement et lentement les vases dont on se sert ; plus ils sont minces , mieux ils vont: au feu, parce qu’ils s'échauffent également. Lorsqu’ils sont chauds, on peut les laisser sur un.’ feu de charbon , même très-ardent, pourvu que ni la flamme, ni le charbon embrasé, ne touchent pas directement leur surface; car s’ils la touchent, le point de contact se trouvant beaucoup plus vivement chauffé que le reste, la chaleur ne peut pas se répandre également dans toute la matière du vase , doù résultent des dilatations inégales qui le brisent infailliblement. Par la même raison, il ne faudrait pas employer un vase qui aurait des parties très-épaissés , et d autres très -minces.

J3U THERMOMETRE.

difficilement la chaleur ; et de plus , il est utile que sa direction s’abaisse en allant de la cornue au ballon , afin que les vapeurs qui s’y condensent puissent s’écouler plus facilement, sans retomber dans la cornue, ou il faudrait les vaporiser de nouveau.

Lorsqu’on a ainsi obtenu le mercure bien pur, il faut l’enfermer dans un appareil qui rende ses dilatations et ses contractions sensibles et qui permette de les observer facilement. Pour cela , on souffle à la lampe d’émailleur une boule de verre creuse à l’extrémité d’un tube de verre très-fin. On remplit de mercure la boule et une partie du tube , par un procédé que ^indiquerai tout à l’heure. Comme, d’après cette disposition, la capacité de la boule est très-considérable relativement au diamètre intérieur du tube , on conçoit qu’une très-petite dilatation , dans le volume du mercure qu’elle renferme , se manifeste dans le tube par un allongement considérable de la colonne fluide. On peut ainsi rendre sensibles de très-petites variations de chaleur; mais l'exécution de cette idée très-simple exige diverses attentions.

D’abord il faut souffler la boule : pour cela on fond l’extrémité du tube à la lampe d’émailleur , on l’arrondit en bouton en la pétrissant , avec l’extrémité d’une petite tige de cuivre ou de fer; après quoi , en soufflant avec la bouche par l’extrémité ouverte du tube , on étend en boule sphérique cette partie fondue. Mais la dernière partie de l’opération a l inconvénient d’introduire dans le tube de l’humidité qu’on a ensuite bien de la peine à en faire sortir. D’ailleursil serait très-difficile de souffler ainsi une boule à l’extrémité d’un tube très -étroit. Au lieu de cela , introduisez l’extrémité ouverte du tube dans le col d’une petite bouteille de caoutchouc ou gomme élastique, et liez bien ce col autour d’elle , de manière qu’il l’enveloppe et la serre exactement. Puis, quand l’autre extrémité du tube sera fondue , et son bouton formé et bien arrondi, redressez le tube verticalement la partie froide restant en haut , et pressez avec la main la bouteille de caoutchouc. L’air sec qu’elle conlieni fera l’effet du souffle; il forcera le bouton de s’étendre, et l’arrondira en boule sans aucun des inconvéniens dont nous avons parlé.

pu Thermomètre,

Maintenant, pour que le thermomètre soit toujours semblable à lui-même et constant dans ses indications, il faut que le tube soit d’un calibre égal dans toute sa longueur, afin que des dilatations égales dans le mercure de la boule soient marquées par des accroissemens égaux dans la hauteur delà colonne. Quand on veut avoir un bon thermomètre, on choisit parmi un grand nombre s de tubes de verre ceux qui approchent le plus de cette égalité.. Pour les éprouver, on y introduit une goutte de mercure qui s’allonge en un cylindre , dont on mesure la longueur. On promène ce cylindre dans les différentes parties du tube , et , son volume restant toujours le même , il doit , si le tube est partout d’égal diamètre , occuper partout une égale longueur. Comme on ne trouve pas aisément des tubes qui satisfassent à cette condition , et qu’il est même presque impossible qu’ils la remplissent avec la dernière exactitude , je donnerai plus loin un moyen d’éluder la difficulté en divisant le tube, quel qu’il soit , en portions d’égal volume.

Il y a aussi quelques précautions à prendre pour faire entrer le mercure dans la boule du thermomètre. Comme le tube par lequel on doit l’y introduire est ordinairement très-étroit, on éprouve ici l’espèce de difficulté dont j’ai parlé précédemment, et qui est causée par la résistance de l’air intérieur ; mais on l’évite par le moyen que j’ai indiqué. On chauffe la boule de verre; l’air qu’elle contient se dilate , s’échappe; on profite de cet instant pour plonger l’orifice ouvert du tube dans le mercure qu’on veut y introduire , et ensuite lorsque la boule se refroidit, la pression de l’air extérieur l’y fait monter. 11 est bon i de chauffer aussi très-fortement le tube avant d’y introduire le mercure , afin de vaporiser l’eau qu’on a pu y introduire en soufflant la boule, si en l’a fait avec la bouche, et aussi pour chasser la petite couche d’air et d’humidité qui s’attache toujours au verre dans 3’état ordinaire de l’air. Même, dans celte opération, il faut commencer par chauffer le tube seul , et non la boule ; puis , quand il est très-chaud on le redresse , on chauffe subitement la boule à son tour , et l’air qu’elle renferme se dilatant avec rapidité , chasse devant lui. toutes les petites.

D U THERMOMÈTRE

impuretés que le tube pourrait contenir , et qui auraient gêné le mouvement du mercure le long de ses parois.

En opérant comme nous venons de le dire , il arrive parfois que l’on ne fait pas entrer du premier coup dans l’appareil autant de mercure qu’il en faut pour remplir la boule et une partie du tube. Alors on recommence l’opération , en chauffant de nouveau la boule et le mercure qu’elle contient. Quand elle est fortement échauffée , on plonge de même dans un bain de mercure l’orifice du tube qui est resté ouvert, et répétant cette manœuvre un petit nombre de fois , on parvient à faire entrer dans la boule et dans le tube autant de mercure que l’on veut.

Mais quelle est la quantité qu’il faudra ainsi y introduire? Cela dépend de l’usage auquel le thermomètre est destiné. Si vous vouiez qu’il puisse servir depuis la température de l’eau bouillante jusqu’aux plus grands froids que l’on puisse éprouver dans nos climats , il faut qu’il y ait entre la capacité de la boule et la longueur du tube , certaines proportions que l’expérience apprend aisément à reconnaître. Si l’on a mis trop de mercure-, ou si le tube n’est point d’une longueur suffisante , il arrivera, qu’à la température de l’eau bouillante le mercure remplira tout le thermomètre , et s’écoulera par son orifice s’il est ouvert* ou s il est fermé, ira frapper le sommet du tube, et le brisera. Si, au contraire, on rfa pas mis assez de mercure, il arrivera dans les plus grands froids , qu’il rentrera tout entier dans la boule , et que Ton ne pourra plus observer ses contractions. Quand on essaie, pour la première fois, de faire un thermomètre , ce n’est que par expérience; par exemple , en mettant tour à tour l’appareil dans l’eau bouillante et dans la glace , que l’on apprend à reconnaître à peu près les quantités de mercure qu’il faut admettre ; mais quand on connaît les lois de la dilatation du mercure , on peut employer des moyens directs et sûrs pour éviter ces ineonvéniens. C’est ce que j’expliquerai plus loin. Pour le moment , je me bornerai à supposer qu’on ait réussi, comme je viens de le dire , par des essais.

Ce n’est pas tout encore : quand le mercure est introduit dans le tube et clans la boule, il faut chasser toutes les petites

DU THERMOMÈTRE

bulles d’air qui ont pu s’entremêler avec lui; car leurs dilatations , différentes de celle du mercure et leur compressibilité , altéreraient la régularité des mouvemens observés. Le seul moyen de les exclure complètement et avec certitude , c’est de chauffer la boule jusqu’à y faire bouillir le mercure avant que le tube soit fermé. Par ce moyen on chasse infailliblement tout l’air. Mais cette opération chasserait aussi du tube une partie

du mercure que l’on y a fait entrer et qui est nécessaire pour

remplir la boule à des degrés de chaleur moindres. Pour éviter cet inconvénient , il faut que l’extrémité ouverte du tube soit gonflée en forme de petit ballon , comme le montre la fig. 8 ; de sorte que le mercure , en se dilatant et sortant du tube par son expansion, ne s’élance point au dehors, mais ne fasse que se répandre dans ce réservoir. Quand l’ébullition aura cessé, et que le mercure se contractera sur lui-même , la pression de l’air extérieur suffira seule pour faire rentrer dans le tube tout ce qui en était sorti.

Cette opération faite, si l’on croit avoir introduit assez de mercure pour les extrêmes de chaleur et de froid auxquels on veut exposer le thermomètre, il faut le fermer hermétiquement, car il ne serait plus comparable à lui-même si une portion de mercure venait à s’en échapper. ï! faut même, en le fermant, tâcher d’exclure tout l’air qui pourrait rester dans le tube au - dessus de la colonne , non que cet air puisse s’opposer à la dilatation du mercure qui se fait avec une force irrésistible, mais de peur qu’en agitant le thermomètre quelques petites bulles d’air ne s’introduisent dans la colonne et n’en interrompent la continuité ; car alors il serait fort difficile de les faire partir, surtout si le tube était très-étroit. Pour chasser entièrement cet air, voici comment on opère. On commence par effiler à la lampe l’extrémité ouverte du tube que l’on avait précédemment gonflée en réservoir; on chauffe ensuite la boule du thermomètre jusqu’à ce que le mercure dilaté parla chaleur arrive presque à celte extrémité; quand il y est parvenu, on fond brusquement le bout du tube à la flamme d’une bougie , que l’on allonge en un trait de feu en la Tome I. 5

$4 BU THERMOMÈTRES

soufflant avec un chalumeau. Ce tube se trouve ainsi fermé , et l’air n’y peut plus rentrer, quand le mercure se contracte de nouveau en se refroidissant. Alors on arrondit à la lampe le bout que l’on vient de sceller, de peur qu’il ne se brise trop facilement.

On peut aisément reconnaître si un thermomètre a été fait avec cette précaution : il suffit de le renverser de manière que la boule vienne en haut. S’il est purgé d’air, et si l’intérieur du tube n’est point d’une finesse extrême , le mercure , que rien ne soutient * tombe librement et remplit tout le tube; mais si tout l’air n’a pas été chassé, la colonne ne tombe point jusqu’au fond du tube, parce que l’air qui s’y trouve résiste en vertu de sa force élastique et l’empêche d’y arriver (1).

Voilà donc notre thermomètre fait; il faut maintenant l’employer aux expériences.

Supposons d’abord que nous le plongions dans un vase plein de neige ou de glace fondante , nous verrons aussitôt le mercure du tube descendre et s’arrêter à un certain terme fixe, après lequel il ne variera plus, du moins tant que la neige ou la glace ne sera pas fondue entièrement. Cependant , si l’air extérieur est plus chaud que l’eau qui résulte de cette fusion, il est clair qu’il communique continuellement à celle-ci de la chaleur. Puisque le mercure du thermomètre n’indique point cette communication , c’est une preuve que celte chaleur ne lui parvient pas. Elle est donc employée

(r) Quand on porte des thermomètres en voyage , il arrive souvent que la colonne do mercure se sépare ainsi en plusieurs parties, et pour peu qu’il reste de l’air dans le tube , ces diverses parties ne se rejoignent pas facilement. Il faut alors attacher le sommet du tube à une corde longue de un ou «Jeux mètres, et le faire tourner ainsi au bout de ceite corde, comme une fronde , aussi rapidement qu'il est possible. La force centrifuge s’exerçant avec plus d’énergie sur le mercure que sur l’air, à cause de l’excès du sa masse, suffit ordinairement pour réunir les colonnes séparées. Il serait mieux de pratiquer un petit renflement au haut du tube; et quand il y aurait quelque séparation dans la colonne , on chaufferait fortement la houle du thermomètre jusqu’à faire monter le mercure dans le tube même , et y chasser l’air ; alors le mercure, en se refroidissant, rentrerait en une seule massa continue.

T>ü THERMOMETRE.

toute entière à fondre îa glace ou la neige que l’eau contient ; et la disparition de la clialeur a lieu ainsi jusqu’à ce que le mélange renfermé dans le vase soit entièrement liquide. Alors , et seulement alors , la chaleur communiquée à l’eau se transmet au thermomètre , et le mercure commence à monter dans le tube.

Nous voyons par-là que la glace ou la neige qui fondent, amènent le volume du mercure à un état constant et déterminé; autant de fois on répétera l’expérience , autant de fois le mercure reviendra à ce volume , et l’extrémité de la colonne comprise dans le tube s’arrêtera au même point. Marquons donc ce point fixe sur le tube de notre thermomètre , il nous indiquera la température de la glace fondante .

Si nous plongeons de même notre thermomètre dans d’autres substances plus ou moins chaudes , le mercure qu’il renferme prendra des volumes différens , et nous verrons la colonne comprise dans le tube s’arrêter à autant de points qui seront pour nous îa marque d’autant de températures diverses. Nous fixerons pour nous l’Idée de chacune de ces températures , en marquant sur notre tube le point qui lui correspond.

Les distances de ces points entre eux seront en général différentes pour chaque thermomètre que l’on construira. Leur position dépendra des rapports de capacité de la boule et du tube, ainsi que de îa quantité plus ou moins grande de mercure qu’on, y aura introduite. Par conséquent , si l’on se borne à ce que nous avons fait jusqu’à présent , chaque observateur ne pourra retrouver les mêmes températures qu’en se servant du même thermomètre qui les lui aura une fois indiquées. S’il le brise , toutes ses expériences sont perdues; il ne pourra jamais fixer, pour les autres observateurs, les termes dont il a voulu parler. Afin d’éviter cet inconvénient , on cherche dans les expériences mêmes un autre point de température constante différent de la glace fondante; on regarde l'intervalle qui sépare ees deux termes comme une unité commune aux observateurs de tous les pays ; on la divise ensuite en un certain nombre convenu de parties égales ou de degrés égaux; et alors les valeurs de ces

.DIJ THERMOMÈTRE.

degrés deviennent, comme nous le prouverons bientôt, tout-à- Yait indépendantes des dimensions du thermomètre. Ce second point fixe , adopté généralement , est la température de l’eau distillée bouillante.

En effet, lorsqu’on plonge le thermomètre dans un vase rempli d’eau bouillante , le mercure monte rapidement jusqu’à un certain terme, et s’y fixe. Quelque chaleur que i’on applique ensuite au vase, et à quelque feu qu’on le pousse, tant que toute l’eau ne sera pas vaporisée , le thermomètre ne variera plus; ici donc, toute la chaleur introduite dans l’eau est employée à la vaporiser , de même que dans notre première expérience sur la glace fondante , toute la chaleur introduite était employée à fondre la glace. Ce phénomène est général dans la théorie de la chaleur; tous les termes de fusion et de vaporisation des corps sont fixes pour chacun d’eux, quoique différens pour les différentes substances. Le thermomètre le prouve par son immobilité quand on le plonge dans ces corps , lorsqu’ils changent ainsi d’état.

Puisque nous convenons de choisir pour second point fixe la chaleur de l’eau bouillante , marquons ce point sur le tube. De là, jusqu’au point de la glace fondante , il y a sur chaque thermomètre un certain intervalle ; divisons cet intervalle en un certain nombre de parties égales, par exemple , en cent parties , que nous nommons degrés ; et marquons -les sur le tube , fm écrivant o à côté du terme de la glace fondante, et i oo° à côté du terme de l’eau bouillante : cette convention une fois faite , je dis que tous les thermomètres , construits sur la meme division , seront exactement comparables , c’est-à-dire qu’étant exposés aux mêmes températures , l’extrémité de la colonne de mercure s’arrêtera au même nombre de degrés.

Afin de prouver la réalité de cet accord , comparons les dilatations correspondantes du mercure dans deux thermomètres construits de cette manière, et pour lesquels les volumes de ce fluide à la température de la glace fondante soient Y et v. Supposons que, dans le premier , le diamètre intérieur du tube soit Kî:et que l’intervalle compris entre la température de la glace

DU THERMOMETRE. F 7

fondante et celle de l’eau bouillante soit L ; que pour îe second thermomètre ces dimensions soient r et L Supposons encore que l’on ait divisé les deux longueurs L et / en un meme nombre a de parties égales. Si nous exposons les deux thermomètres à une même température, îe mercure renfermé dans chacun d’eux se dilatera et portera l’extrémité de la colonne dans le premier à la hauteur Ln au-dessus de la glace fondante , dans le second à la hauteur ln. Or, je dis que ces hauteurs, quoique inégales , répondront sur les deux thermomètres exactement au môme nombre de degrés.

En effet, désignons par è' la dilatation du mercure depuis la température de la glace fondante jusqu’à celle de l’eau bouillante, pour une masse qui, à la première de ces deux températures, aurait un volume égal à l’unité. Désignons encore par è\ la dilatation de cette même masse depuis la glace fendante jusqu’à la température intermédiaire où l’on veut exposer les deux thermomètres. D’après cela , pour le premier thermomètre , les dilatations analogues seront Y è" et Y à'n , et pour le second elles seront v^nf car elles sont proportionnelles aux volumes; et puisque ces dilatations sont exprimées par clas cylindres de mercure dont nous connaissons les hauteurs , si nous désignons par le rapport de la circonférence au diamètre , nous aurons , en évaluant les volumes de ces cylindres , V ï R2 L Y = v R2 Ln

v 3 7ï r% l v è'n rrr tt ra ln.

Puisque l’intervalle L est divisé en un nombre a de degrés, le

nombre de ces degrés contenus dans l’intervalle L„ sera

proportionnellement aux longueurs des intervalles; et de même a ln

exprimera le nombre de degrés du second thermomètre

qui correspond à l’intervalle ln. Or , pour prouver l’égalité de ces deux nombres, il suffit de diviser membre à membre les équations relatives à chaque thermomètre,, car on aura d’abord

^ n L n ln

DU THERMOMETRE.

et par conséquent

Ces quantités étant égales entre elles le seront encore quand on les aaira multipliées par le même nombre a. Ainsi , les deux thermomètres, divisés cle cette manière, marqueront les mêmes nombres de degrés quand on les exposera a la même température ; ils seront donc parfaitement comparables entre eux. Lorsqu’un physicien de Paris, par exemple, écrira qu’il a observé tel phénomène à une température de dix degrés centésimaux au-dessus de o° ou du terme de la glace fondante, le physicien de Londres ou de Pétersbourg saura précisément de quelle température il veut parler, et pourra la reproduire dans son laboratoire , s’il veut répéter les mêmes expériences. On prolonge ordinairement la division au dessous du terme de la glace fondante , car le mercure ne se gèle que fort au-dessous de ce terme; et l’on peut aussi la prolonger au-dessus du terme de l’ébullition de l’eau , car le mercure est encore bien loin de bouillir à cette limite. Il faut seulement , quand on désigne une température en degrés du thermomètre , avoir soin de dire si ces degrés sont comptés au-dessus ou au-dessous du terme de la glace fondante, qui est toujours représenté par o.

D’après le calcul que nous venons de faire , on voit que ce qui rend en général comparables tous les thermomètres construits avec la même division et le même fluide, c’est l’égalité absolue des dilatations qui s’y produisent quand on les expose à la même température. Mais cet accord n’aurait plus lieu en. général entre deux thermomètres qui seraient construits avec des fluides différens , à moins que les dilatations de ces deu^ fluides pour chaque degré ne fussent proportionnelles l’une à l’autre.

Comme la division centésimale est la plus commode pour Ig calcul , nous en avons parlé d’abord ; cependant elle n’est pas la seule qui soit usitée. On a employé pendant long-temps , et beaucoup de physiciens emploient encore , une division en 80 parties , que l’on appelle de Réaumur, parce qu’on suppose* t\ue ce savant célèbre l’a le premier adoptée. D’après ce quq

Di: THERMOMÈTRE.

mous avons démontré en général sur les rapports des thermomètres , on conçoit que le choix de la division ne les empêche pas d’être comparables entre eux et avec les thermomètres centésimaux. Il suffit de se rappeler que 8o° de Réaumur valent ioou de l échelle centésimale, ou , ce qui revient au même , que chacun des premiers vaut des autres. Alors , pour traduire un nombre de degrés de Réaumur dans le nombre correspondant de degrés centésimaux, il suffit de le multiplier par — ; réciproquement un nombre de degrés centésimaux étant donné, si on le multiplie par , on le convertira en degrés de Réaumur.

Les Anglais se servent d’une antre division , imaginée et employée d’abord par Farenheit , physicien de Dantzig, qui a beaucoup contribué au perfectionnement des thermomètres. Dans cette division , le terme de la glace fondante est marqué 3 2, le terme de l’eau bouillante 212, ; l’intervalle de ces deux termes se trouve donc divisé en 180 parties, au lieu de 100 que l’on emploie dans notre échelle centésimale. Ainsi, chaque degré du thermomètre de Farenheit vaut ~~ ou | de degré centésimal , et il vaut ou | de degrés de Réaumur. Cela suffit pour comparer les indications données par l’un ou l’autre de ces instru~* mens. On conçoit, d’ailleurs , que le commencement des divisions, adopté dans ces différens systèmes, est tout-à- fait arbitraire : il suffit qu’il soit convenu , et que la division toute entière soit réglée d’après deux termes fixes. Par exemple , le point zéro de la division de Farenheit ne répond pas à la température de la glace fondante ; mais à une température beaucoup plus froide , produite par un mélange de neige et de sel marin ordinaire dans des proportions déterminées.

La première invention des thermomètres date de la fin du seizième siècle. Les uns l’attribuent à Sanetorius , d’autres à Galilée , d’autres à un paysan hollandais , nommé DrebbeL D’idée de manifester ainsi les changemens de température par la dilatation des corps est sans doute ingénieuse; mais pour qu’elle devint utile à la physique , il fallait en tirer une 'mesure précise et comparable, telle que la donne le choix d’une- écîm.hfe

DU THERMOMETRE.

composée d'un nombre déterminé de degrés , et comprise entre deux températures fixes. Cette modification importante qui, seuie , constitue réellement le thermomètre, me paraît due à Newton. Ce grand homme ne pouvait toucher à un sujet d’expériences sans y porter l’exactitude qui lui était propre, et qui était un de ses principaux moyens de découvertes. Il avait bien senti la nécessité d’un intervalle fixe , et dès 1701, il avait pris pour températures fixes la glace fondante et l’eau bouillante, comme 110ns le faisons encore aujourd’hui. Il employait pour liquide, l’huile de lin. Le zéro de sa division était la glace fondante , et au terme de l’eau bouillante , il marquait 34° : ainsi 54° du thermomètre de Newton , en valent 100 de l’échelle centésimale, de sorte que chacun de ses degrés réduits aux nôtres,, vaut Nommant donc n le nombre de degrés assigné par Newton , par une certaine température, le nombre t , qui y correspond dans le thermomètre centésimal, a par expression ,

Newton observa , avec son thermomètre , les degrés de fusion d’un grand nombre de substances ; et il reconnut que toutes ces températures étaient constantes ; ce qui était un fait capital pour la théorie de la chaleur.

Plusieurs physiciens ont aussi employé des thermomètres construits avec d’autres substances. On se sert encore fréquemment de thermomètres à alcool. Mais comme ce liquide à l’air libre , bout à une température moindre que ioo°, on ne fait pas aller l’échelle jusqu’à ce terme , et on la règle par comparaison avec quelque thermomètre à mercure, déjà construit précédemment. C’est une très-mauvaise méthode ; rien n’est si aisé que de faire aller les thermomètres d’alcool jusqu’à la température de l’eau bouillante et au-delà. Il ne faut que les fermer avec les mêmes précautions que nous avons prescrites pour le thermomètre à mercure, c’est-à-dire, de manière qu’il ne reste point du tout d’air dans l’intérieur du tube , car alors , par une propriété que nous ferons plus tard connaître , la seule vapeur d’alcool qui se développera naturellement par l’effet de l’accroissemeiit de la chaleur, empêchera l’alcool, encore

PU THERMOMETRE.

liquide, d’entrer en ébullition ; et l’accroissement de sa température n’étant plus limité par ce phénomène, il continuera de se dilater indéfiniment. C’est pourquoi , en construisant un pareil thermomètre, il faudra laisser au dessus du liquide un espace assez considérable destiné à cette dilatation. Pour en exclure l’air , il suffira défaire bouillir fortement l’alcool dans la boule et dans le tube, et de fermer celui-ci subitement par un trait de feu du chalumeau pendant l’ébullition ; car les vapeurs de l’alcool développées dans le tube, et qui en sortiront avec violence , auront , en peu d’iristans , entraîné tout l’air qui s’y trouvait. La marche d’un pareil thermomètre , comparée à celle du thermomètre à mercure , n’est pas uniforme dans les températures élevées; mais elle le devient graduellement de plus en plus, à mesure que l’alcool se refroidit, et eniin elle l’est tout-àfait dans les températures très-basses. Nous étudierons plus loin la loi de ce phénomène.

Les températures de la glace fondante et de l’eau bouillante étant les fondemens de nos thermomètres , il est extrêmement important d’examiner avec soin si elles sont parfaitement con- -stantes , ou si quelques causes accidentelles peuvent les faire varier.

D’abord, en commençant par la température de la glace ou de la neige fondante , je ferai remarquer qu’il ne faut pas la confondre avec celle de l’eau qui commence à se geler ; car on verra plus loin que l’eau, dans certaines circonstances, peut devenir I rès'sensiblement plus froide que la glace fondante , et abaisser le thermomètre au-dessous de zéro , sans cesser d’être liquide ; par conséquent la température à laquelle elle se gèle ne peut pas être regardée comme fixe.

îi n’en est pas ainsi de la température à laquelle la glace et la neige se fondent ; celle-ci est constamment la même , pourvu que l’eau qui a donné cette neige ou cette glace soit pure ; car l’eau chargée de sels se gèle à des températures beaucoup plus, basses , et par conséquent elle devient liquide à des degrés ditferens. L’eau de pluie gelée, ou la neige non souillée d’impuretés, donneront, en se fondant, le terme inférieur de notre échelle

PU THERMOMÈTRE

thermométrique , sans qu’on ait à y redouter aucune erreur»

ïl y a beaucoup plus de variations dans le terme de l’ébullition de l’eau. D’abord, il faut exclure l’eau chargée de sels; car elle bout à des températures différentes de l’eau pure , et communément plus hautes; mais meme en se servant de celle-ci, on n’obtient pas l’ébullition au même point du thermomètre à différens jours et dans différens lieux. Nous verrons dans le chapitre suivant, que ces variations qui , dans un même lieu, peuvent aller au plus à i ou 2°, sont dues aux changemens de la pression exercée par l’atmosphère sur la surface de l’eau chaude , comme sur celle de tous les autres corps. Pour que l’eau bouille, il faut que la force élastique de sa vapeur surmonte cette pression, et ainsi le degré de l’ébullition doit varier quand la pression varie ; mais la cause de ces inégalités étant connue par l’expérience , nous donnerons le moyen de les évaluer, et «le ramener toutes les observations à la pression moyenne qui a lieu au niveau des mers , terme adopté généralement pour fixer la température de ioo°. On pourrait y suppléer dès à présent , en réglant le terme le plus élevé du thermomètre sur la fusion de quelque corps ; par exemple, d’un alliage de deux parties de plomb, trois d’étain et cinq de bismuth ; car Newton a reconnu qu’un pareil alliage se fond à la température de ioo°; mais il est plus simple et plus commode d’observer la température de l’eau bouillante, et d’y faire, selon les circonstances où l’on opère, la petite correction nécessaire pour la ramener précisément a ioo°.

Il y a aussi quelques différences dans le degré de l’ébullition, selon la nature des vases que l’on emploie, et selon celle des substances qui se trouvent mêlées à l’eau, même quand elle ne peut les dissoudre. Cette remarque est due à M. Gay-Lussac. Pour la vérifier par l’expérience, il suffit de mettre de l’eau, distillée dans un vase de verre , et de l’amener à l’ébullition. Tous verrez qu’elle bout par bonds, et avec difficulté. Gte?- Ia du feu , ce qui abaisse certainement sa température , et après avoir laissé encore écouler quelques secondes, jetez -y une pincée de limaille de fer; elle entrera en pleine ébullition aussitôt,»

BIT THERMOMÈTRE

Cependant sa température a dû s’abaisser pendant ees divers préparatifs ; par conséquent , Finjection de la limaille de fer a exercé sur elle quelque action inconnue qui a facilité son ébullition.

Voilà le phénomène général. Pour le mesurer , M. Gay-Lussac observa la température de l’eau au moment où elle entrait en ébullition dans un vase de verre; il la trouva . . . ioi°252.

En mettant dans le vase , du verre pilé très-fin , la température de l’ébulütion descendit à . ioo°3.2g.

Enfin, en y mettant de la limaille de fer , cette température descendit encore, et se fixa à ioq°ogq.

M. Gay-Lussac trouva aussi que la grandeur du vase de verre ne changeait rien au phénomène. La quantité plus ou moins grande de limaille n’avait non plus aucune influence ;

à ioo°ooo.

Ce n’est pas ici le lieu de chercher quelle peut être la cause jde ces phénomènes. S’il nous est possible delà découvrir, ce ne sera qu’après avoir étudié plus profondément les phénomènes de la chaleur. Wons nous bornerons donc à profiter de cette observation pour assigner des circonstances parfaitement fixes à la température de l’ébullition , et nous adopterons pour celte température , celle qui s’obtient quand l’eau bout dans un vase de métal.

Ce n’est pas tout d’avoir déterminé des températures parfaitement fixes, il faut encore les bien observer; or, il y a pour cela deux conditions essentielles , et qui ont été négligées trop souvent.

La première est commune à l’observation de la glace fondante et à celle de l’eau bouillante. U faut que le thermomètre y soit entièrement plongé dans toute la partie de sa capacité qui contient du mercure ; car si l’on se borne, par exemple , à y plonger la boule seule , comme on le fait trop ordinairement, on conçoit que le cylindre de mercure qui se trouve élevé dans le tube au-dessus de celte boule ne prend pas la meme température; fd par conséquent il ne prend pas non plus le volume qu’il au-

DÜ THERMOMETRE.

rait s’il y était aussi plongé, A la vérité , on pont remédier à cette erreur par le calcul , quand on connaît les lois de la dilatation du mercure, la longueur de la partie non plongée et sa température. Je donnerai plus loin les formules nécessaires pour cet objet. Mais comme cette température n’est jamais bien connue , et qu’on est réduit à la supposer égale à celle de l’air environnant , ce qui peut ne pas être tout— à-fait exact ; on voit qu'il sera toujours plus avantageux d’éviter une pareille incertitude , en plongeant entièrement le mercure dans la température à laquelle ou veut l’assujettir.

11 y a de plus une autre attention à avoir dans la manière d’observer la température de l’eau bouillante. Si le vase dont on se sert est profond de quelques décimètres, on s’apercevra aisément, par la dilatation du mercure, que, pendant l’ébullition, l’eau est un peu plus chaude au fond qu’à la surface. Cela vient de ce que la vapeur aqueuse , lorsqu'on l’empêche de s’échapper, peut acquérir une température beaucoup plus élevée que celle de l’eau bouillante , et c’est ce dont on a la preuve, en faisant bouillir de l’eau dans un appareil fermé de toutes paris , que l’on nomme digesteur de Papin , du nom du physicien qui l’a imaginé. Bans cet appareil, la vapeur aqueuse et l’eau même acquièrent une température énorme. Réduisons maintenant ce résultat aux circonstances de notre expérience. On voit qùela vapeur aqueuse, qui se forme au fond du vase, sera moins libre que celle de la surface , puisqu’elle sera pressée par le poids de la colonne d’eau qui est au-dessus d’elle : elle devra donc s’échauffer davantage, avant de s’échapper. Elle devra même communiquer à l’eau cet excès de chaleur , et par cette double cause, la partie du thermomètre plongée dans les couches inférieures , sera plus échauffée qu’à la surface.

Mais, d’un autre côté, nous avons vu que le thermomètre doit être plongé entièrement dans la température que l’on veut lui donner; par conséquent, si nous voulons le mettre à la température de l'ébullition de ia surface, il faudra l’y coucher horizontalement , ce qui augmente beaucoup la difficulté de l’dbseryatiop.

DIT THERMOMÈTRE. 45

Heureusement on a trouvé le moyen d’y suppléer d’après une remarque bien facile à faire, c’est que la température de l’eau bouillante à la surface est exactement la même que celle de la vapeur qui s’en échappe. Pour vérifier ce fait , prenez un vase métallique dont le col soit long et étroit, tel que le représente la fig. g ; versez dans ce vase de l’eau jusqu’à une hauteur connue, par exemple , en HR; puis faites chauffer cette eau en mettant le vase sur le feu ; et , lorsqu’elle sera en ébullition complète, plongez-y un thermomètre MB à une très-petite profondeur, et observez le point M où le mercure s’arrête dans le tube. L’ébullition continuant toujours , je suppose que vous ayez employé une quantité d’eau telle que le point M vienne justement tout auprès de l’orifice GG. Alors sortez un peu votre thermomètre de l’eau HH, de manière que sa boule et son tube se trouvent uniquement plongés dans la vapeur; vous n’y apercevrez pas la plus légère différence, et le mercure se tiendra précisément au même point qu'auparavant. Il est donc indifférent que la boule soit plongée dans l’eau à la surface ou dans la vapeur, et par conséquent les températures de cette eau. et de la vapeur qui s’en échappe sont les mêmes aussi.

Ceci nous donne un moyen très-simple de régler nos thermomètres, mais on peut encore le perfectionner. Il ne faut pas que la vapeur aqueuse sorte par le même orifice qui sert à introduire le thermomètre, car elle empêcherait de voir exactement le point où la colonne de mercure se termine. Il ne faut pas cependant que cette vapeur soit enfermée , car elle s’échaufferait au-dessus du terme de l'ébullition ; ainsi nous devons lui laisser un libre passage pour s’échapper dans l’air. On remplit toutes ces conditions au moyen d’un vase à deux ouvertures , tel que le représente la fig. « o ; l’une M , fermée par un bouchon de liège bb, sert à introduire les thermomètres que l’on veut régler; et l’autre oo, tout~à~fait ouverte, sert pour laisser échapper la vapeur. On fait monter et descendre à volonté les tubes à travers le bouchon bb , selon leur longueur. Quand on veut observer l’extrémité M de la colonne de mercure pour y marquer le point de l’ébullition, l’on ne fait que les tirer un

46 BIT THERMOMÈTRE

moment jusqu’à ce point, et on le marque aussitôt avec de l'encre de Chine ou quelque autre substance. Cela fait , on les redescend pendant quelques instans , et on les retire de nouveau pour répéter l’expérience, et voir si l’extrémité de la colonne de mercure reste bien au même point. De cette maniéré on peut régler plusieurs thermomètres à la fois en peu de temps et avec une extrême précision.

Maintenant que nous avons établi les principes d’après lesquels on doit construire les thermomètres , nous pouvons entrer dans le détail de quelques procédés qui rendent cet.te construction plus facile ou pjus exacte.

J’expliquerai d’abord une méthode très-sûre et très-commode que M. Gay-Lussac a imaginée pour diviser les tubes de thermomètres en portions d’égale capacité , condition qui, comme on l’a vu , est indispensable pour que les différens thermomètres construits avec ces tubes soient comparables entre eux. Voici en quoi le procédé consiste. Choisissez d’abord un tube à peu près cylindrique , c’est-à-dire dont les irrégularités intérieures soient peu considérables. Vous verrez facilement qu’il a cette qualité lorsqu’une môme quantité de mercure, promenée dans ses diverses parties, occupera toujours des longueurs peu différentes. On en trouvera aisément et en très -grand nombre qui remplissent cette condition. Pour rendre le calibre de ce tube tout-à-fait exact, amenez la colonne de mercure M.M/ vers Tune de ses extrémités B , h g. 1 1 , et faites avec un diamant sur le tube deux traits, i et 2, qui marquent les deux Louis de celte colonne. Voilà un premier intervalle. Pour en avoir un autre d’une capacité égale , il n’y aurait qu'à faire glisser la colonne MM' dans le tube, de façon que son extrémité M vint coïncider exactement avec le trait 2, , et alors 011 marquerait au diamant le point du tube auquel aboutirait l’extrémité Mb Mais cette coïncidence n’est pas du tout facile à obtenir avec exactitude, il faut donc savoir s’en dispenser. Pour cela, bornez-vous à amener l’extrémité M de la colonne très-près de l’extrémité 2 , par exemple , en M , fig. 1 2 ; puis , ayant tracé une ligne bien droite LL' sur un carton fort ou sur

BU THERMOMÈTRE

une planche de cuivre, placez votre tube tout près de cette droite, parallèlement à sa direction , et marquez sur la droite deux points mm qui correspondent exactement aux deux extrémités MM' de la colonne. Cela posé, si le tube n’est pas trèsirrégulier, et si vous avez fait en sorte que l’intervalle 2 M soit très-petit, comme vous pouvez aisément y parvenir, la longueur de la colonne , en partant de la division 2 , aurait été presque exactement la meme que vous venez de lui trouver dans sa position présente. Par conséquent, si vous faites coïncider la division fixe 2 de votre tube avec le point m marqué sur la droite , le point m de cette même droite vous indiquera le point 3 du tube où la colonne de mercure se serait terminée» Ainsi, en marquant sur votre tube ce point 3 , vous aurez urne nouvelle division 2 3 égale en capacité à \ 2.

Maintenant, si vous répétez la même opération vers l’extrémité 3 de la nouvelle division que vous venez de tracer, vous en obtiendrez une troisième, puis une quatrième ; et enfin votre tube se trouvera tout entier partagé en divisions dont les capacités seront parfaitement égales entre elles.

Il est clair que ces divisions seront aussi rapprochées que Ton voudra les unes des autres , puisque leur longueur dépend de celle de la colonne MM' qui est tout-à-fait arbitraire. On peut donc toujo urs prendre celle-ci assez petite, pour que le diamètre intérieur du tube puisse être considéré comme sensiblement cylindrique dans l’étendue de l’intervalle compris entre deux divisions consécutives. Alors il ne restera plus qu’à diviser ces intervalles en parties égales. Mais si l’inégalité des divisions fait craindre que celte approximation ne soit pas assez exacte , on fera sortir du tube à peu près la moitié du mercure que l’on y a introduit. On amènera, fig. i3 , l’extrémité N de la colonne restante très-près de la première division 1 tracée précédemment , puis on marquera sur la droite LI/ les deux points nri qui répondent aux deux extrémités de cette colonne. On approchera ensuite la division 1 du tube du point n marqué sur la droite , fig. 14 ; et , traçant sur le tube un trait correspondant au point ri , on aura le point où la colonne

48 DU THERMOMETRE.

IN 3NT/ se serait terminée si l’extrémité N eût coïncidé avec la division i.

Que l’on fasse ensuite la meme chose pour la division 2 , en portant vers elle l’extrémité PT de la colonne, figure i5, alors on marquera sur la droite la longueur vv\ qu’elle occupera ; puis plaçant le point 2 du tube sur le point v , figure 16, on tracera une division ju' correspondante au point v. Alors les intervalles 1 p , 2 p répondront dans le tube à des capacités égales» Ainsi , en considérant le tube comme exactement cylindrique dans l’intervalle p u , on fera un trait au milieu de cet intervalle , et ce sera le milieu du grand intervalle 1 2.

Rien n’empêcherait d’opérer sur ces moitiés de la même manière; et l’on parviendrait ainsi à diviser les grands intervalles en 4 parties , ou en 8 , ou en 16 , et ainsi de suite indéfiniment : mais on voit aussi qu’il est préférable de n’introduire d’abord qu’une colonne assez petite pour que le tube puisse être considéré comme cylindrique dans les intervalles qui en résulteront ; car alors on n’aura qu’une seule opération de ce genre à effectuer.

De quelque manière que l’on s’y prenne , quand on sera arrivé à des intervalles qui pourront être regardés comme cylindriques , on portera le tube sur une machine à diviser, et on tracera sur sa surface autant de divisions que l’on voudra entre les intervalles donnés. Chacune de ces divisions pourra être considérée comme comprenant des capacités égales , et le tube se trouvera ainsi divisé dans toute sa longueur.

Comme les machines a diviser ne sont pas très -connues , et que néanmoins leur mécanisme peut être de la plus grande utilité au physicien dans une infinité de circonstances , j’ai joint ici , lig. 17 , un dessin de celle que M. Gay-Lussac emploie pour cette opération. Quand on ne pourra pas s’en procurer une pareille, on y suppléera par le moyen suivant : on tracera une ligne bien droite sur une lame de cuivre ou d’ivoire destinée à servir d’échelle au thermomètre. On placera le tube sur la lame , tout près de la droite , et on marquera sur cette dernière tous les points correspondais aux grandes divisions tracées avec le diamant sur le tube. Cela fait , 011 divisera les intervalles de ces

BU THERMOMETRE.

divisions en parties égales avec un compas , et l’échelle du thermomètre se trouvera tracée.

Pour régler un semblable thermomètre , on le plongera d’abord dans l’eau bouillante, et l’on marquera avec le diamant, ou avec un fil , ou avec un peu d’encre de Chine , le point où le mercure s’arrête. On le portera ensuite dans la glace fondante , et on fera la même opération. Si la division est tracée sur le tube même , il n’y a pas d’autres soins à prendre. Mais si elle est tracée sur une lame de cuivre ou d’ivoire , il faudra y attacher le tube de manière qu’il ne puisse pas varier. Il faut enfin ramener les indications de ce thermomètre à celles du thermomètre centésimal. Pour le faire de la manière la plus générale, supposons que l’on ait marqué o à côté de la division du tube la plus voisine de la boule , et qu’en partant de ce terme , on ait toujours continué à compter les divisions d’égal volume jusqu’à l’autre extrémité. Nommons t la température que marquerait un thermomètre centésimal , lorsque la colonne de mercure de notre thermomètre se termine à la ne division. Cela posé , puisque malgré la différence de leurs divisions , ces deux thermomètres marcheront ensemble, la valeur de t en n ne peut être que de la forme

a et b étant deux constantes qu’il s’agit de déterminer. Or nous savons que le zéro du thermomètre centésimal répond sur notre thermomètre à un nombre connu que je suppose N. Nous savons encore que le terme ioo° répond à un autre nombre de division que je nommerai N'. D’après cela , il faut que notre formule donne quand « =

t rrz ioo° quand n ~ N*.

Ainsi ces valeurs substituées dans l’équation entre t et n doivent y satisfaire, c’est-à-dire qu’il faut qu’on ait

O zrz a -{- ÔN , loo° — « -f- b N'.

Ces deux conditions suffisent pour déterminer a et b’ elle?) donnent 100N ioo