CHAPITRE XII

Sur les forces qui constituent les corps dans les divers états de solides , de liquides et de gaz .

En voyant que tous les corps de la nature sont généralement susceptibles de se dilater lorsqu’on les échauffe , et de se contracter lorsqu’on les refroidit , nous sommes conduits à penser que la matière qui les compose ne forme pas un tout continu et sans interstices , mais qu’ils sont seulement des assemblages de particules matérielles très-petites, retenues ensemble par des forces qui s’opposent à leur séparation. Cette idée , que nous pouvons nous faire de la constitution des corps , est fortifiée par la manière dont les liquides se mêlent , par la manière plus intime encore dont ils pénètrent l’intérieur des corps solides , et dont ils se combinent quelquefois avec leur substance. Tous ces phénomènes , et beaucoup d’autres que la physique et la chimie présentent , tendent à indiquer des actions qui s’exercent de molécule à molécule , de manière à n’être sensibles qu’à des distances très-petites. La nature nous en offre même une indication frappante dans les formes régulières des cristaux, dont on représente rigoureusement, par le calcul, toutes les propriétés géométriques , en les supposant ainsi composés de particules matérielles infiniment petites , d’une forme déterminée , apposées les unes aux autres suivant des lois régulières , que leur configuration extérieure nous apprend à découvrir.

Si c’est là ce que l’on peut se figurer de plus probable , relativement à la constitution des corps matériels , à quelle force faut -il attribuer l’aggrégation de leurs particules , et quelle est la puissance qui les réunit? Nous l’ignorons. Mais ce que tout l’ensemble des sciences physiques nous prouve avec évidence ,

c’est qu’il existe de pareilles forces dans la nature , et qu elles y sont infiniment multipliées. Nous voyons que les corps vitreux et résineux acquièrent par un simple frottement la propriété d’attirer les corps légers qu’on leur présente; l’aiinant attire le fer, et est attiré par lui ; les corps célestes gravitent les uns sur les autres , suivant une force que l’on démontre être proportionnelle à leur masse , et réciproque au carré de leurs distances. Leurs formes, et celles de la terre même, sont celles qu’ont dû prendre naturellement des masses douées d’un mouvement de rotation , en supposant qu’elles fussent primitivement fluides , et que leurs particules s’attirassent mutuellement , suivant cette loi. Des attractions moins apparentes , mais non moins certaines , s’exercent entre les particules des corps solides et celles des liquides dans lesquels ils sont plongés. C’est pour cela , comme nous le prouverons mathématiquement par la suite, que l’eau et l’alcool s’élèvent au-dessus de leitr niveau dans les tubes de verre fort étroits ou entre deux plans de glace, qui forment entre eux un très-petit angle, tandis que le mercure s’y abaisse ; et pour prévoir ces derniers phénomènes dans leurs moindres détails, il n’est pas même nécessaire de connaître la nature et la loi de la force qui les produit ; il suffit de savoir qu’elle existe , et que son effet n’est sensible qu’à de très-petites distances; ce que les expériences les plus concluantes nous permettent de décider.

Une fois donc que nous sommes avertis de l’existence de pareilles forces, et de ieur multiplicité dans la nature, nous devons être portés à généraliser leur application , et cela même n’aura rien en soi de systématique , tant que nous ne prononcerons pas sur la nature de ces forces, et que nous tâcherons seulement de tirer de l’expérience ce qu’il nous faut connaître de leur action , pour prévoir les phénomènes composés d’après l’observation des phénomènes les plus simples.

C’est à quoi l’on est parvenu pour les mouvemens célestes , et pour divers autres phénomènes que nous venons d’indiquer. Il est très-probable que tous les phénomènes chimiques dépendent aussi de forces de ce erenre , dont l’action n’est sensible

qu’à des distances très-petites, et qui sont diversifiées parla nature des particules ou par leur forme, ou par ces deux clé— mens réunis. Mais le nombre infini de particules qui réagissent les unes sur les autres, dans ces phénomènes, et la variété des circonstances qui modifient leurs propriétés, n’ont pas permis jusqu’à présent de les réduire à des lois simples, susceptibles d’être énoncées et suivies par le calcul.

En supposant donc que les corps matériels soient des assemblages de particules retenues par leur mutuelle attraction , l’on doit se demander pourquoi ces particules ne se précipitent pas les unes sur les autres, de manière à se mettre en contact. Car si le contact était nécessaire à l’état de corps, les corps se désuniraient quand nous écarterions le moins du monde leurs particules, comme nous pouvons le faire , par le moyen de la chaleur. Or , c’est ce qui n’arrive pas. Lorsque nous échauffons une barre métallique , nous voyons ses dimensions s’étendre, et par conséquent ses molécules s’écarter les unes des autres , sans qu’elles cessent de former un corps solide. Ce n’est qu’en les portant à une chaleur extrême, cpie nous parvenons à les désunir et à les rendre indépendantes les unes des autres , de manière à former un liquide; mais celte indépendance n’est, pour ainsi dire,

qu’un état forcé, qui n’existe que sous l’influence de la chaleur.

Pour peu que la chaleur diminue , les molécules se rejoignent , et forment de nouveau un corps solide comme auparavant.

Ce n’est pas qu’on ne puisse pousser plus loin cette séparation ; il est des substances que nous pouvons faire passer de l’état solide à l’état liquide , et de l’élat liquide à l’état de vapeurs. L’eau , par exemple , est dans ce cas ; et elle passe par ees états divers à des températures très-peu différentes les unes des autres , puisqu’elles occupent seulement l’étendue de l’échelle de notre thermomètre; étendue qui, pour une barre métallique , répondrait à des ehangemens de dimensions à peine perceptibles.

Mais cette eau, ainsi vaporisée, et occupant un volume 1600 fois plus considérable qu’à l’état liquide, comme nous le prouverons par la suite ; cette eau , dis-je , n’a point changé de

ü5o FORCES QUI DÉTERMINENT

constitution , ni de nature. C’est encore un liquide dont les parties sont seulement plus séparées , séparées au point d’être devenues invisibles pour nous. Faites baisser la température, vous les verrez aussitôt se réunir en gouttes véritablement liquides, et retourner ainsi complètement à leur premier état.

Cependant l’état de vapeur n’est pas encore le dernier terme de séparation auquel nous puissions réduire les particules des corps. Si l’on fait passer des vapeurs d’alcool à travers un tube de porcelaine rougi au feu , leurs parties constituantes se désunissent *, elies déposent, dans le tube, du charbon que l’on y trouve à l’état solide ; et le reste de leur substance s’y développe en gaz permanens , que l’on ne peut plus réduire en liquide par aucun refroidissement connu. Ainsi , l’alcool liquide était réellement formé par l’union que les particules du charbon avaient contractée avec les molécules des gaz que nous venons d’en séparer : en échauffant ce système jusqu’à le réduire en vapeurs , nous n’avons pas détruit l’union des particules hétérogènes qui le composaient ; mais par une chaleur plus intense , nous les avons désunies, et dans cet état, elles ne peuvent plus désormais se rejoindre, ni reformer l’alcool liquide, parce que leurs distances ont changé, et avec elles a changé aussi l’action réciproque par laquelle elles pouvaient s’unir.

En généralisant ces idées , nous sommes conduits à voir qu’il n’existe réellement pas d’état naturel des corps. La liquidité , la solidité , l’état de vapeurs , l’état aériforme , ne sont que des accidens occasionés par l’élévation ou l’abaissement de la température. Eloignez notre planète du soleil, ou rapprochez-la de cet astre ; dans le premier cas , les liquides et les gaz passeront à l’état solide-, dans l’autre, les corps qui nous paraissent les plus solides se réduiront en gaz. On voit donc que le principe de la chaleur quel qu’il soit, que ce soit ou non une matière , écarte les molécules des corps quand son énergie augmente , et les laisse se rapprocher quand elle s’affaiblit. En étendant cette idée, on a conclu généralement que ce principe était lui-même la force qui maintient les molécules des corps en équilibre contre l’effort de leur attraction réciproque qui tend continuelle-

LES DIVERS ÉTATS DES CORPS. %5l

ment à les rapprocher ; mais quoique cel te conclusion soit extrêmement probable, on voit cependant qu’elle est hypothétique, car elle va plus loin que les faits. Nous voyons que la force qui balance l’attraction dans les corps peut être favorisée ou affaiblie par le principe de la chaleur ; cela ne prouve pas nécessairement que ces forces soient de même nature.

En nous bornant donc à considérer les phénomènes sous leur point de vue le plus général , les corps matériels seront pour nous des assemblages de particules tenues continuellement en équilibre entre deux forces, l’attraction qui tend à les réunir, et un principe répulsif, qui sera, si l’on veut, celui de la chaleur, qui tendra à les écarter. L’état solide aura lieu quand la force d’attraction sera prédominante. Alors il faudra que l’énergie du principe répulsif augmente pour que les parties se désunissent. Si cela arrive , il viendra un terme auquel ces deux forces seront égales. Ce sera l’état liquide ; enfin , si le principe répulsif augmente encore , il écartera les molécules matérielles à tel point que leurs attractions mutuelles cesseront d’être sensibles à la distance où elles se trouveront placées , et alors le corps passera à l’état gazeux.

Mais le point momentané d’équilibre qui sépare l’état solide de l’état liquide exige de nous une attention particulière. Quelle que soit la cause et la loi des attractions que les particules exercent les unes sur les autres, l’effet qui en résulte doit être modifié par leurs formes. Quand toutes les autres qualités seraient égales d’ailleurs, une molécule qui sera, je suppose, cylindrique , n’exercera pas la même attraction qu’une sphère sur un point placé à égale distance de son centre de gravité. C’est ainsi , par exemple, que dans la loi de l’attraction céleste, l’attraction d’un ellipsoïde sur un point extérieur sera plus forte dans le sens de son petit axe que dans le sens de son grand axe , à même distance de sa surface. Or, quelle que soit la loi des attractions qui retiennent ensemble les particules des corps, de pareilles différences doivent y exister. Ces particules doivent s’attirer plus fortement par certains côtés que par d’autres. De là doivent naître des différences dans la manière dont elles s:ar~

rangeront lorsqu'elles seront assez rapprochées pour que leurs attractions l’emportent sur la puissance du principe répulsif. Cela nous explique d’une manière très-vraisemblable la cristallisation régulière que prennent les corps solides lorsqu’ils se gèlent sans être troublés. On conçoit egalement comment la diverse substance des particules ainsi que leurs formes diverses peuvent produire dans les cristaux toutes les variétés que nous y observons.

Le système du monde présente aussi des effets de cette attraction dépendante de la figure. Tels sont les phénomènes de la nutation et de la précession des équinoxes produits par les attractions du soleil et de la lune sur le sphéroïde aplati de la terre. Ces phénomènes n’auraient pas lieu si la terre était sphérique ; ils sont liés à son aplatissement et à son mouvement de rotation d’une manière calculable; et on peut les déduire mathématiquement.

Mais le calcul montre que cette partie de l’attraction qui dépend de la figure décroît plus rapidement que la force principale. Celle-ci décroît comme le carré des distances ; la partie qui dépend de la figure décroît comme le cube. De même , dans les attractions qui tiennent les parties des corps unies, nous devons nous attendre qu’une différence analogue aura lieu. Ainsi la force de cristallisation pourra être devenue insensible avant que la force principale d’attraction soit éteinte. Quand les molécules seront amenées à cette distance, elles seront indifférentes à toutes les positions que l’on pourra leur donner autour de leur centre de gravité ; ce sera le cas des corps liquides.

Supposons maintenant que la chaleur venant à diminuer, les particules se rapprochent lentement les unes des autres et tendent à se solidifier de nouveau ; alors les forces dépendantes de leur figure commenceront à renaître, et à mesure qu’elles croîtront , les particules sollicitées par ces forces prendront des mouvemens autour de leurs centres de gravités. Elles tourneront les unes vers les autres leurs faces de plus grande attraction, pour arriver enfin aux positions que la cristallisation

■exige. Or, selon la figure des particules, on conçoit que ces mouvemens pourront réagir sur leur centre de gravité, et les écarter ou les rapprocher peu à peu les unes des autres jusqu’à donner enfin à leur assemblage le volume qu’il doit prendre dans l’état solide; volume qui, dans certains cas, peut être plus grand , et dans d’autres moindre que celui qu’elles occupaient à l’état de liquidité. Ces considérations mécaniques expliquent ainsi de la manière la plus vraisemblable et la plus satisfaisante , les dilatations et les contractions irrégulières que certains liquides, l’eau et le mercure, par exemple, éprouvent en approchant du terme de leur congélation.

Ces mouvemens , que les particules prennent sur elles-mêmes en approchant de l’état de solidité, et le développement de force qui en résulte , deviennent encore sensibles dans un genre de phénomène que le hasard a d’abord offert à Alusclienbroek, mais que AI. Blagden a le premier étudié avec le soin nécessaire pour qu’on pût le ramener à des considérations précises. Voici en quoi il consiste. Si l’on verse dans un vase une certaine quantité d’eau distillée , qu’on y place un thermomètre, et qu’on expose le tout à un refroidissement gradué, on voit que le thermomètre peut descendre à plusieurs degrés au-dessous de zéro, sans que l’eau cesse d’être liquide , surtout si elle est. garantie du contact de l’air. Mais le moindre petit cristal de glace jeté dans cette eau encore liquide , ou même un simple mouvement de vibration ou de frémissement communiqué à ses particules , suffit pour déterminer à l’instant la congélation. Des aiguilles de glace s’élancent aussitôt de toutes parts, et le thermomètre remonte soudainement à o°.

Pour favoriser l’expérience et en assurer la réussite, il faut que l’eau ait été privée d’air par l’ébullition ; il fant aussi qu’elle soit, abritée du contact de l’atmosphère, surtout de l’atmosphère froide qui pourrait y introduire des particules déjà glacées. Sous ces deux rapports, rien n’est plus commode que d’employer pour vase un petit matras à col étroit, et d’opérer dans une chambre dont la température soit au-dessus du terme de la congélation. Alors on met l’appareil dans un

mélange réfrigérant , dont on gradue peu à peu le degré de froid de manière qu’il agisse très -lentement ; car un refroidissement brusque détermine la congélation et empêche le phénomène d’avoir lieu. À l’aide de toutes ces précautions , on peut, selon les observations de M, Biagden, amener la température de l’eau jusqu’à 6°,i6 de la division centésimale audessous de o sans qu’elle cesse d’être liquide. En couvrant de plus sa surface d’une petite couche d’huile, M. Gay-Lussac l’a même vue descendre jusqu’à 120. En même temps qu’elle se refroidit ainsi , elle se dilate de plus en plus , et l’accroissement de son volume va jusqu’à former une proportion considérable de la dilatation totale qu’elle prend quand elle passe à l’état de glace ; dilatation qui, suivant M. Biagden, est plus de ~ du volume primitif de l’eau à o.

La plupart des physiciens avaient cru que le repos absolu des molécules liquides était nécessaire à la production du phénomène ; mais M. Biagden a bien prouvé que cette condition n’est point indispensable , car il a remué et agité plusieurs fois de l’eau qui avait été abaissée jusqu’à 6 degrés au-dessous de o , sans y déterminer la congélation , quoique d’autres mouvemens de frémissement ou de vibration , en apparence plus faibles , mais de nature à agir plus isolément sur quelques particules, la déterminassent aussitôt.

Cette expérience présente plusieurs circonstances remarquables qu'il nous faut étudier isolément. D’abord, la dilatation de l’eau , croissant, à mesure qu’elle se refroidit , mais moindre toutefois que celle qu’elle doit prendre à l’état solide, nous montre que les particules qui la composent , sollicitées par le refroidissement , se tournent de plus en plus les unes à l’égard des autres vers les positions du maximum d’attraction qui constitue leur état solide* Si elles ne peuvent s’abaisser ainsi , en restant liquides, que jusqu’à un certain nombre de degrés au-dessous de o , il faut en conclure qu’à ce terme un froid plus considérable les amène tout-à-fait dans ces positions et détermine leur solidité. On la déterminera donc de même en présentant à ces particules un petit cristal de glace déjà tout formé ,

If

dont toutes les particules , s’offrant à elles par leurs cotés de plus grande attraction , les contraindront à se tourner aussi dans des positions pareilles. Alors les molécules ainsi tournées agiront de même sur celles qui les environnent, comme a fait le premier cristal; et, de proche en proche, le mouvement se propageant dans toute la masse du liquide , déterminera généralement l’état de congélation. On produira encore le même effet, si, par quelques frémissemens imprimés au liquide, on amène un nombre suffisant de ses particules dans les positions favorables au développement de leur attraction mutuelle ; mais on n’y réussira pas, ou l’on y réussira rarement , et d’une manière accidentelle , si l’on se contente d’imprimer un mouvement commun à une grande partie de la masse liquide , en l’agitant de manière que le plus grand nombre de ses particules ne se séparent point les unes des autres , et ne changent pas leur position respective.

Yoilà pour les circonstances qui déterminent la congélation. Maintenant , quelle est la cause qui fait monter rapidement le thermomètre à l’instant où la congélation a lieu ? C’est que tous les corps , comme nous l’avons déjà vu au commencement de cet ouvrage, lorsqu’ils passent de l’état gazeux à l’état liquide , ou de l’état liquide à l’état solide , développent de la chaleur; cela doit donc arriver ici lorsque l’eau liquide se gèle» Ainsi (i) , à chaque petit cristal qui se forme , ce cristal et l’eau restée encore liquide , doivent être échauffés , et doivent continuer à s’échauffer ainsi de plus en plus par la congélation d’une nouvelle quantité d’eau , jusqu’à ce qu’enfin le tout soit échauffé exactement jusqu’au degré de la congélation , à moins que toute la masse d’eau ne pût devenir solide avant d’avoir développé assez de chaleur pour élever la température jusqu’à ce degré , ce que l’expérience nous prouve n’avoir j>as lieu ; et d’un autre côté , il est évident que ce développement de chaleur, produit par la solidification, ne peut pas élever la température

(i) Cavendisli on Hutchins’s expérimenta. Philosophical Transaction , E783,

256 FORCES QUI DETERMINENT

de l’eau au-dessus du point de la congélation; car, aussitôt qu’elle y arrive , il ne se gèle plus d’eau, et conséquemment il ne s’engendre plus de chaleur.

La raison pour laquelle la glace s’étend en aiguilles à travers l’eau , au lieu de se former en une seule masse solide , c’est qu’aussitôt qu’une petite portion de glace est formée, l’eau, en contact avec elle , est assez échauffée pour ne pouvoir se geler ; mais Jes molécules qui sont à une petite distance de la première , ne partageant pas immédiatement sa chaleur , quoique soumises à sa force attractive , seront encore au-dessous du point de la congélation , et par conséquent pourront commencer à se geler. Cet effet suppose que la chaleur se propage difficilement à travers les particules d’un liquide ; mais c’est ce que nous prouverons bientôt par des expériences incontestables.

Sans ce développement de chaleur qui s’opère dans l’acte de la congélation, lorsqu’une masse d’eau, exposée au froid, serait arrivée au point de la congélation , et commencerait à se geler , toute la masse passerait en un instant à l’état solide. Car , comme la glace nouvellement formée n’est pas sensiblement plus froide que l’eau qui l’environne et qui commence à se geler , il s’ensuit que quand l’eau du vase serait refroidie à ce point, la plus petite augmentation de froid convertirait le tout en glace; tandis, qu’au contraire , il est bien connu par l’expérience, que quoique l’eau soit refroidie jusqu’au degré de la congélation , et meme au dessous, il s’écoule un long intervalle de temos , depuis qu’elle commence à geler, jusqu’à ce qu’elle soit gelée en totalité; et pendant tout ce temps , il ne se fait aucun abaissement dans sa température , comme on peut le prouver par le thermomètre.

Nous pouvons donc admettre, avec M. Blagden , cette définition exacte du degré de la congélation. Cest le degré de froid qui rend les particules fluides incapables de résister au pouvoir attractif d3 un autre fluide déjà réduit à la forme solide ; et le fait que le degré de froid de la congélation est moindre que celui que pourrait supporter le fluide abandonné à lui-mème, ce fait , dis-je , semble bien prouver que quand les particules ont acquis

LES DIVERS JïTÀTS .DES CORPS.

l'arrangement de solidité, leur pouvoir attractif est plus fort qu’auparavant. Car elles résistent alors, sans se désunir, à une force répulsive plus considérable; puisque le degré de chaleur qui les maintenait liquides, ne suffit plus pour les liquéfier.

31. Blagden ne s’est pas borné à observer ces phénomènes dans l’eau pure; il a étudié l’influence des substances diverses qui peuvent se dissoudre dans l’éau. Les résultats de ses expériences conduisent à ces conséquences générales : les substances que l’on mêle avec l’eau pure changent le degré où elle se gèle, et communément l’abaissent , mais elles ne lui ôtent pas la propriété de se maintenir liquide au-dessous de ce degré. Cette propriété descend au-dessous du nouveau point de congélation , mais toujours un peu moins que dans l’eau pure. Enfin l’eau purgée d’air S’abaisse plus que l'eau aérée. M. Blagden n’a point étudié l’influence des différens gaz sur ce phénomène. Cavendish a cherché si l’on pourrait produire un abaissement semblable de température, dans le plomb et dans l’étain encore liquides, et prêts à se geler; mais il ne lui a pas paru que ces substances se maintinssent liquides au-dessous du degré de leur fusion. Cependant , il n’affirme pas que le phénomène ne puisse avoir lieu ; et en effet ces expériences se faisant toujours dans un air excessivement plus froid que les substances fondues , le contact de cet air peut déterminer la congélation à leur surface , et par suite la propager dans leur intérieur, de même qu’il la détermine par des différences de température beaucoup moindres, lorsqu’il se trouve en contact avec la surface de l’eau.

La manière dont les corps propagent la chaleur , selon qu’ils sont gazeux ou solides, ou liquides, est encore une conséquence de leur constitution dans ces trois états. Si le corps est solide, les particules, qui sont les premières échauffées, ne pouvant se déplacer, communiquent leur excès de température à celles qui les environnent; et c’est seulement de cette manière , et de proche en proche, que l’excès de leur température se transmet aux molécules plus éloignées. On peut en avoir la preuve, en plongeant l’extrémité d’une barre métallique dans une source de chaleur constante; par exemple, dans du plomb Tome I. 1 7

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fondant, que l’on entretient constamment au degré de fusion. Car si l’on applique à cette barre , en plusieurs points , des thermomètres dont les boules soient logées dans sa substance , et environnées de mercure pour rendre le contact plus intime , on voit ces thermomètres monter successivement , et d’autant plus tôt qu’ils sont plus près de l’extrémité échauffée de la barre. Dans les gaz , au contraire , dont les particules sont si éloignées les unes des autres, que leur action réciproque n’est pas sensible, celles qui sont les premières échauffées se dilatent tout à coup, et devenues ainsi plus légères que le reste du fluide dans lequel elles nagent , elles s’envolent par l’excès de leur légèreté. On a une preuve sensible de cet effet dans les chambres très-échauffées; car des thermomètres , placés à diverses hauteurs , y montrent des températures successivement croissantes , et quelquefois tellement différentes , que des animaux peuvent vivre dans la partie inférieure , qui mourraient dans la partie supérieure de cette atmosphère. On en peut encore avoir un exemple frappant, pendant l’hiver, dans nos appartemens échauffés ; car si l’on ouvre une porte donnant sur le dehors, l’air plus froid, qui entre par le bas de l’ouverture , et l’air plus échauffé, qui sort par le haut , forment deux courans contraires , dont la direction devient sensible, lorsqu’on y expose la flamme d’une bougie. Enfin le courant ascendant , qui se produit le long des tuyaux des poêles , et en général des surfaces échauffées et verticales , est encore un effet du même genre ; il peut aller quelquefois jusqu’à enlever de petits corps légers qu’on expose sur sa direction.

Les molécules des liquides étant indépendantes les unes des autres , comme celles des gaz , on conçoit que la chaleur doit y produire des inouvemens du même genre. Mais aussi , comme elles sont, beaucoup plus rapprochées les unes des autres, une partie de la chaleur pourrait s’y propager immédiatement de molécule à molécule, ainsi que dans les corps solides. Si, même , ce dernier effet était beaucoup plus rapide que l’autre, il pourrait le détruire en partie ou en totalité. Comme nous ne pouvons pas prévoir à priori lequel de ces deux cas a lieu, c’est à l’expérience à en décider. Or, elle prouve que ,

dans tous les liquides jusqu’à présent connus, la propagation de la chaleur, par communication immédiate , est extrêmement faible, et comme insensible, comparativement à la communia cation par les courans aseendans.

Pour mettre ce résultat en évidence , il faut faire en sorte d’isoler ces deux modes de communication. C’est à quoi l’on parvient en échauffant une masse liquide par sa partie supé— rieure, ou en la refroidissant par sa partie inférieure. Dans le premier cas, les particules que l’on échauffe, devenant plus légères, ne peuvent pas descendre; dans l’autre, les particules refroidies , devenant plus lourdes, ne peuvent pas monter. Pour essayer la première épreuve , il faut prendre un vase de verre, ou de toute autre matière , qui propage lentement la chaleur. Assujettissez un thermomètre de manière que sa boule réponde au fond du vase, et disposez de même un autre thermomètre qui réponde à la partie supérieure ; ou mieux encore , que le vase soit percé latéralement de deux trous , pour laisser passer les deux instrumens, fig. 71. Yersez alors un liquide froid, de l’eau, par exemple, dans la partie inférieure du vase , de manière que la boule du thermomètre , qui s’y trouve , soit entièrement recouverte ; puis faisant flotter sur cette eau quelques corps légers d’une large surface , par exemple , une petite plaque de bois très - mince , versez - y doucement de l’eau bouillante , que vous y ferez descendre sans mouvement brusque , par le moyen d’un siphon : vous aurez ainsi deux couches fluides superposées, et de températures très - inégales. Cependant le thermomètre inférieur ne s’échauffera pas sensiblement , au moins dans les premiers instans de l’expérience. Piumford, qui a le premier imaginé ce genre d’épreuve , et qui en a varié l’application de mille manières , prétend que le thermomètre inférieur ne varie point, quelque temps que l’expérience dure; et il en conclut que les liquides sont absolument incapables de transmettre la chaleur par communication. M. Dalton , qui s’est depuis beaucoup occupé du même objet , trouve , au contraire , qu’au bout d’un certain temps ce thermomètre s’élève ; et il en conclut que les liquides s’échauffent principalement par les

co ura ns ascendans , quand ils sont libres de le faire ; mais que. Cependant, ils transmettent aussi la chaleur par communication directe, quoique avec une facilité incomparablement moindre. Cette dernière opinion , qui a toutes les analogies en sa faveur, me paraît extrêmement, probable. M. Dalton , dans une de ses expériences , a employé , pour la couche plus froide , du mercure au lieu d’eau ; les résultats ont encore été semblables. Le thermomètre inférieur s’est élevé lentement, Cependant , on ne pouvait pas alors supposer des causes d’ondulations intérieures qui eussent fait descendre l’eau dans le mercure, ou monter le mercure dans l’eau. On ne peut pas non plus supposer que la transmission de la température se soit faite par le moyen des parois dit vase qui était de verre; car si Ion prend une tige de verre, seulement d’un décimètre de longueur , et qu’on tienne l’une de ses extrémités pendant plus d’une heure à la température de l’eau bouillante, l’autre extrémité ne sera pas seulement élevée au bout de ce temps de y- dè degré, tant le verre transmet mal la chaleur.

On peut faire cette expérience d’une autre manière. Après avoir versé dans la partie inférieure du vase, de l’eau ou du mercure , versez par-dessus de l’alcool à la même température , et âpres avoir vérifié que les deux thermomètres marquent le même degré , mettez le feu à cet alcool : vous avez ainsi , dans le même, "vase , un liquide continu , dont la partie supérieure brûle, tandis que la partie inférieure peut être gelée. Cependant le thermomètre placé dans cette couche plus basse , ne monte point , ou ne monte que très-lentement. Maintenant pour faire l’expérience, inverse, qui consiste à refroidir la couche supérieure, par communication , il faut placer au fond du vase un morceau déglacé, recouvert d’une couche d’eau à zéro , et verser par-dessus une couche d’eaù chaude. Alors la glacé ne refroidit pas, ou ne refroidit que très-lentement, l’eau placée au-dessus d’elle; et cëliè-ci ne fond pas la glace , si ce n’est avec une grande lenteur. Le cas èst le même que celui des expériences précédentes , et l’on én tire des conséquences pareilles.

Dans toutes ces expériences , il faut prendre garde que la tem-

LES DIVERS ÉTATS DES CORPS. â6ï

pérature des couches n’approche pas de 4° C, ce qui répond au maximum de condensation de l’eau. Car puisque , au-dessous de ce terme , l’eau , au lieu de se contracter , se dilate , il s’ensuit que , quoique plus froide , elle devient aussi plus légère. Si donc Ton avait , par exemple , au fond d’un vase une couche à -f- 4°, et qu’on versât dessus une couche d’eau à zéro , celle-ci ne descendrait pas au fond ; et au contraire , si la couche la plus ha ut et était à -f- 4°) et que l’autre fût à zéro , la première tomberait au fond du vase et se mêlerait avec l’autre. On explique ainsi pourquoi le fond de tous les plus grands lacs de la Suisse , qui sont alimentés par des neiges fondues , s’entretient constamment à la température de 4P-î c’est qu’à cette température, les molécules de l’eau sont plus lourdes qu’à toute autre.

MM. Traites, en Suisse, Hope, en Angleterre, après eux Rumford , sont partis de là pour déterminer par des expériences que l’on pourrait appeler hydrostatiques , le terme du maximum de condensation de l’eau. Comme les expériences de M. Hope rassemblent les résultats de toutes les autres, il me suffira de les expliquer en détail.

L’appareil employé par ce physicien est le même que nous avons déjà décrit plus haut. C’est un vase cylindrique de verre avec deux thermomètres , l’un situé près du fond , l’antre près de l’orifice. M. Hope a d’abord rempli ce vase d’eau , à la température de la glace fondante , et il l’a exposé à l’air libre dans une chambre dont la température était de -f- i6° centésimaux. Le thermomètre placé au fond du vase a commencé le premier à monter , et il s’est élevé à -M °,33 avant que le thermomètre supérieur eût commencé à s’émouvoir. Ainsi, en se réchauffant de o° à -f- 3°, 33 , l’eau devenait plus lourde , puisqu’elle allait au fond du vase. Quand toute l’eau s’est trouvée à cette température , le thermomètre supérieur a commencé à monter à son tour. 11 s’est élevé jusqu’à -f- 5°, 35 , l’autre restant stationnaire , et il a continué à monter plus rapidement que le thermomètre inférieur ; ainsi, en s’échauffant au-dessus de -f- 3°, 33, l’eau devenait plus légère puisqu’elle restait au haut du vase.

Par une expérience semblable, M. Tralles a trouvé que

la température stationnaire du thermomètre inférieur était; -f- 4°, 35 ; il Fa vu se maintenir à ce terme pendant plusieurs heures , et il en conclut que celte température est celle du maximum de condensation de l’eau.

Pour pouvoir refroidir à volonté telle ou telle couche du liquide contenu dans le cylindre , M. Hope l’a entouré d’une ceinture métallique creuse , dans laquell il introduisait un mélange réfrigérant. Il plaça d’abord ce mélange à la partie supérieure du cylindre , et exposa l’appareil pendant plusieurs jours dans une chambre , dont la température était -f- 5°. Le thermomètre inférieur ne baissa jamais au-dessous de -f- 3°, 88, et il se tint stationnaire à cette limite ; mais quand le mélange réfrigérant fut appliqué à la partie inférieure du cylindre , le thermomètre supérieur s’abaissa jusqu’à -f i°,i i , aussi promptement que le thermomètre inférieur. Ainsi , dans le premier cas , l’eau une fois parvenue à 3°,88 restait au fond du cylindre , et le mélange réfrigérant n’agissait plus sur elle ; dans le second , l’eau refroidie au-dessous de 3°, 88 s’élevait dans les couches qui n’avaient que cette température , et permettait à ces couches moins froides , de venir se mettre en contact avec le fond du vase , auquel le mélange réfrigérant était appliqué.

Enfin , M. Hope ayant rempli le cylindre d’eau à zéro , plaça la ceinture métallique à son milieu , et la remplit d’eau chaude ; alors le thermomètre inférieur fut le premier qui ressentit l’influence de cette chaleur , il monta progressivement jusqu’à 3°, 88 avant que le thermomètre supérieur fût affecté. Ainsi, l’eau en se réchauffant jusqu’à ce terme, devenait plus lourde. Blais lorsque toute l’eau du cylindre se fut ainsi élevée à + 4V6 , ce que l’on pouvait obtenir en secouant de temps en temps l’appareil pour la mélanger , on ôta l’eau chaude de la ceinture métallique , et l’on y substitua un mélange réfrigérant. Alors les effets furent contraires , et le thermomètre supérieur descendit jusqu’à i°,i i avant que le thermomètre inférieur fût affecté. Dans ce cas , les molécules d’eau , en se refroidissant au-dessous de 4°,i6 , ne devenaient pas plus lourdes puisqu’elles ne descendaient pas au fond.

M. Hope conclut de ces expériences , que la température du maximum de densité de l’eau est entre 3°,88 et 3,33. Nous avons vu que M. Tralles le porte à 4 °535 ; Rumford à 4?44 5 MM. Gilpins et Blagden , par les pesées de l’eau, à 3°, 88 ; les expériences de M. Dalton , dans des vases dilatables , à 405359 en ne prenant que les quatre dernières ; celles de Deluc à 3°, 43 ; enfin , les pesées de M. Lefèvre Gineau pour la détermination du gramme , portent encore ce même terme à -f» 4°i44* tout cela , il faut conclure que s’il y a quelque chose de certain en physique, c’est que l’eau est susceptible d’un maximum de condensation, compris entre 3°, 43 et 4°, 44.

Il ne reste plus entre les expériences , d’autres incertitudes que celles qui peuvent tenir aux petites imperfections des thermomètres dont ces savans ont fait usage. Peut-être aussi n’ont-ils pas tous tenu compte de la petite correction que l’on doit employer quand toute la tige du thermomètre n’est pas plongée dans le liquide. Il est à désirer qu’un physicien exact et habile refasse encore une fois ces expériences , en prenant toutes ces précantions, et alors la température du maximum de condensation de l’eau sera connue avec une certitude qui ne laissera rien à désirer. Au reste , on voit déjà qu’il ne peut rester aucun doute sur le fait principal , et c’est là le point important pour notre système démesures. Car les petites différences qui existent entre les températures du maximum de condensation fixées par divers observateurs , ne peuvent avoir aucune influence appréciable sur le volume vrai de l’eau , qui près de ce terme ne varie pas sensiblement.

DES VAPEURS DANS LE VIDE