CHAPITRE XXX

CONDUCTIBILITÉ

328. Conductibilité. — Lorsqu'on soumet à l'action de la chaleur l'extrdmitd d’une barre métallique, les différentes parties de cette barre s’échauffent progressivement. Il y a donc une propagation intérieure de la chaleur qui diffère notablement du rayonnement. En effet, elle s’effectue d’une façon toujours très-lente, tandis que le rayonnement est pour ainsi dire instantané.

On donne à cette propriété des corps de transmettre de proche en proche l’action de la chaleur le nom de conductibilité. Au fond l’origine de la conductibilité est le rayonnement. En effet, les molécules échauffées rayonnent vers les molécules voisines, qui agissent de même à l’égard des suivantes. 11 arrive un moment où chacune d’elles reçoit une quantité de chaleur égale à celle qu’elle perd, soit par le rayonnement vers les molécules voisines, soit quand elle est près de la surface par le rayonnement vers l’extérieur, ou par communication aux couches qui environnent le corps. Ce dernier effet constitue ce que l’on appelle la conductibilité extérieure; elle diffère de la conductibilité proprement dite, en ce que la propagation se fait entre des molécules d’espèces différentes.

329. Différences de conductibilité. — Les corps solides diffèrent beaucoup sous le rapport de leur conductibilité; on peut mettre en évidence ces différences par diverses expériences.

Ainsi, par exemple, on place deux barres bout à bout(fig. 293), et on y fait adhérer, avec de la cire, de petites billes de bois équidistantes. On chauffe aloi's le point de jonction des deux barres : à

mesure que la chaleur se propage, la cire fond successivement et les billes se détachent. La barre qui conduit le mieux la chaleur est

celle pour laquelle

.ra iü:— J le nombre de billes

qui tombent est le plus considérable .

car la température de la fusion de la cire s’est propagée plus loin.

L’appareil d'Ingenhousz permet de comparer commodément la conductibilité des différents corps solides. Il se compose d’une caisse en cuivre, sur l’une des faces de laquelle sont ajustées, dans des ouvertures convenables, des tiges des diverses substances. On

commence par plonger

chacune de ces liges dans de la cire fondue; quand on les retire, il en reste une couche qui s’est figée sur la surface ; on verse ensuite de l’eau bouillante dans le vase. Les extrémités de toutes les tiges sont, de celte façon, portées à la température de 100“, et la chaleur se propage graduellement dans leur intérieur. On voit, en effet, la cire fondre, et ce phénomène se produit sur une longueur d'autant plus grande que la cx>nductibilité de la substance est plus marquée.

On reconnaît ainsi que les métaux sont inégalement conducteurs, et qu'ils peuvent être rangés comme il suit dans l’ordre décroissant de leur conductibilité : argent, cuivre, or, laiton, étain, fer, plomb, platine, bismuth.

Fig. iVi. — Appareil dingenhousz.

Il importe de remai-quer que la conducUhilité est indiquée par l’intensité de réchauffement et non point par sa rapidité. Ce dernier effet dépend du calorique spécifique de la substance, c’esl-Adire de la quantité de chaleur nécessaire 0 l'élévation de sa température. 11 est clair que plus le calorique spécifique sera faible, plus

PRÜl’KifcTf; in;s TOILUS MÉT.\LU(.)Li:S.

la cire fondra rapidement; mais c'est un phénomène qui n’indique rien sur la conductibilité.

330. Conductibilité des métaux. — Bien qu’inégalement conducteurs, tous les mélau,\ ont une conductibilité très-supérieure à celle des autres substances, telles que le bois, le marbre, la brique, etc. Cette circonstance e.\plique des faits très-connus. Ainsi, si l’on applique la main sur une plaque de métal à une température d’une dizaine de degrés, si on la plonge dans un bain de mercure, on éprouve une sensation de froid très-marquée. Celte sensation est moindre avec le marbre, moindre encore avec le bois. C’est qu’au contact de la main, qui est à une température supérieure à celle du corps touché, il y a de la chaleur cédée par voie de conductibilité, et par conséquent plus cette conductibilité sera grande, plus l'impression de froid devra être marquée.

331. Lampe des mineurs. — C'est à la conductibilité des métaux qu’est due la curieuse propriété des toiles métalliques de couper les flammes.

.Si au-dessus de la llamme d'un bec de gaz, par exemple, on place une toile métallique, la flamme est interceptée. Si ou fait

arriver le gaz sur la toile et qu’on l’allume seulement audessus, la flamme ne

se propage pas au-

d esso us. Ces fa i ts so n t

une conséquence de

la conductibilité de

la toile métallique, Fig. 2!*3. — Action «tes toiles mL'lalliqiiM

sur les flammes.

en vertu de laquelle

la chaleur de la flamme se dissipe rapidement dans les points touchés; il en résulte un abaissement de température tel, que la combustion n'est plus possible.

Ces propriétés des toiles mélallitjues ont été souvent utilisées, mais l'application la plus hcureu.se qui en ait été faite est celle de la lampe de sûreté de Davj .

Tout le monde sait que dans les mines de houille il se dégage

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souvent un gaz auquel les mineurs donnent le nom de grisou, qui est une combinaison de carbone et d’hydrogène et qui se rencontre en assez forte proportion dans le gaz de l’éclairage.

Le mélange de grisou avec huit ou di.x fois son volume d’air est susceptible de détoner avec la plus grande violence au contact d’un corps enflammé. Ces explosions, encore assez fréquentes de nos jours, l’étaient devenues à un tel point au commencement de ce siècle, que les propriétaires de. mines ne trouvaient plus d’ouvriers pour leur exploitation. C’e.st dans ces circonstances que Davy, auquel ils eurent recours, imagina la lampe de sûreté. C’est une lampe ordinaire, entourée d’une sorte de chemise en toile métallique. Si le mélange explosif vient à se former dans la galerie, la détonation se produira à l’intérieur de la lampe, mais la flamme, interceptée par la toile métallique, ne se propagera pas au dehors; l’ouvrier, averti, pourra donc quitter la mine sans courir aucun danger.

332. Applications diverses. — La connaissance des conductibilités relatives des différents corps conduit it quelques résultats pratiques importants.

Dans les pays froids, où il importe de conserver la chaleur développée dans les appartements, les mure des habitations doivent être en matériaux mauvais conducteurs (bois ou brique). S’ils sont en pierre, qui conduit mieux la chaleur, on doit leur donner une épaisseur plus considérable. Les mure épais sont également utiles pour .se préserver des ardeurs du soleil dans les pays chauds.

Les calorifères en métal chauffent très- fortement, mais ils se refroidissent également très-vite, dès qu’ils sont éteints. Les calorifères ou poêles en brique, à cause de leur mauvaise conductibilité, se refroidis.sent lentement en donnant une chaleur douce, uniforme et durable; aussi les emploie-t-on exclusivement dans les pays trèsfroids.

ULACIÈRKS.

On utilise la mauvaise conductibilité de la brique dans la construction des glacières. Ce sont des fosses rondes, généralement de 6 à 8 mètres de diamètre à leur ouverture et allant en se rétrécissant par le bas; au fond se trouve un puisard fermé par une grille:

Le revêtement intérieur est en brique ; à la partie supérieure la glace est recouverte de paille , corps mauvais conducteur, ainsi que nous le dirons tout à l’heure.

Les mouvements de l’air sont très-fâcbeuxdans les glacières, ils provoquent la fonte de la glace; on les empêche en arrosant les morceaux de glace, au moment où ou les enferme, avec de l’eau ; celle-ci se congèle, ressoude tous les morceaux, qui forment ainsi comme un bloc unique très-difficile à fondre.

333. Mesure de la conductibilité. — L’appareil d’Ingenhousz fournit un moyen très-simple de montrer les dilTérences de conductibilité des corps, mais elle ne conduit pas à une expression numérique qui soit la mesure du pouvoir conducteur. Pour comprendre le procédé qui a servi à effectuer cette mesure, il faut montrer d’abord comment on définit le pouvoir conducteur ou le coefficient de conductibilité d'une substance. .\ cet effet on imagine un mur solide indélini et on suppose (|uc les deux faces soient enli'etenues à deux températures constantes. Il s’établira naturellement, au bout d’un temps plus ou moins long, un état d'équilibre, et lorsque cet équilibre .sera atteint, il est évident qu’il passera à chaque instant la même quantité de chaleur par une tranclie quelconque du solide. Or on démontre, dans la théorie malhémaliqiie de la chaleur, que celle quantité de chaleur est proportionnelle à la différence de température des deux faces, inversement propoiiionnelle à l’épaisseur, et proportionnelle à une certaine constante spécifique variant

Fig. *297. — Glacière.

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d’une inatiôre à l’aulre. C’est celte constante que l’on désigne sous le nom de pouvoir conducteur ou coejjicknl de conduclibilüi intérieure.

Cela posé, imaginons que l’on prenne une barre métallique, (ju’on chauffe l’une de ses extrémités, et (ju’on observe, lorsque l’équilibre sera établi, les températures qui régnent en des points équidistants. On peut, pour faire celte observation, piatiquer, comme le faisait Desprelz, dans l iulérieur de la barre, de petites cavités que l’on remplit de mercure et dans lesquelles on plonge les réservoiis de iwtils thermomètres. On peut avec plus d'avantage se servir de pinces thermo-électriques qui permettent d’explorer la température d’un point quelconque de la barre; c’est la méthode de .MM. Wiedmann et Franz. Dans tous les cas, si la barn* est assez longue pour (ju’il n'y ail pas d’effet calorifKiue sensible à l’extrémité opposée h celle que l’on chauffe, on constate toujours que les excès de température en des points équidistants forment les termes d’une progression géométrique décroissante. On peut considérer ce fait comme la loi physiijuc de la propagation de la chaleur dans une barre. Or la question a été soumise au calcul par Fourier, qui a trouvé que l’excès de température d’une couche située à la distance X de l'origine est donné par la formule

Dans celte formule, T„ désigne l’excès de température a l’origine de la barre, e la base des logarithmes népériens, p et s le périmètre et la section de la barre, h ce que nous avons appelé plus haut la conductibilité extérieure, et enün k le coefficient de conductibilité ou le pouvoir conducteur de la substance. On voit d’apn’-s cette formule que, si on fait successivement x= 1, 2, 3, etc., les valeurs de T formeront une progression géométrique décroissante, dont la raison sera

Considérons une autre barre de même section, de même périmètre; supposons en outre (|ue l’une et l’autre aient été recou-

MESUUE DES CONDUCTIBILITÉS.

vertes il’uii vernis identi((uc pour rendre la conductibilité extérieure égale. La raison de la progression pour les mêmes intervalles sera

on déduit de ces deux relations

lo(! 7

= l0KC,\/^.

d’où

log7’ = Ioge. sÆ,

(logy)^ A-' (logç')» *’

formule qui permettra de calculer les pouvoirs conducteurs, en fonction de l’un d’eux pris pour terme de comparaison. Le tableau suivant donne le résultat des expériences de MM. Wiedmann et Franz; le pouvoir conducteur de l’argent est représenté par lOü.

Argent ....

Cuivre ....

Or

Laiton

Zinc

Étain

Acier li

Fer 11,9

Plomb 8,5

Platine 8,i

Palludium 6,3

Bisinutli 1,9

La loi théorique qui vient d’être exposée ne se véritle pas quand • on opère avec de la brique, du marbre, etc., sans doute parce que ces substances n’ont pas l’homogénéité que snppose la théorie ; mais, en tout cas, ce sont des corps très-mauvais conducteurs quand ou les compare aux métaux.

334. Conductibilité des liquides. — Les liquides, à l'exception du mercure, qui se conduit comme un métal, sont très-mauvais conducteurs de la chaleur. Pour s’en assurer, il faut chauffer une colonne liquide par la partie supérieure et observer les variations de la température au-dessous. On trouve que ces variations se produisent très-lentement et sont d’ailleurs très-peu sensibles. Si l’on chauffait par la partie inférieure (fig. 298), il se produirait le phénomène que nous avons décrit plus haut et que l’on nomme convection de la chaleur; les couches inférieures dilatées s’élèveraient à la partie

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supérieure, seraient remplacées par d’autres qui s’élèveraient à leur tour et il se produirait ainsi un double courant qui amènerait le rapide échaulTement de la masse liquide. Eu chauffa nt par la partie supérieure, les couches dilatées gardent leur position et la propagation de la chaleur ne peut se faire que par conductibilité.

Parmi les expériences qui démontrent la très-faible conductibilité de l’eau, nous citerons la suivante ; \u fond d’un tube de verre (flg. 299) on place une petite quantité de glace sur laquelle on vei-se de l’eau ; on chauffe ensuite avec une lampe à alcool la portion moyenne du tube et on peut ainsi très-facilement obtenir l’ébullition de l’eau dans la partie supérieure du tube, sans faire fondre la glace qui est à la partie inférieure.

335. Mesure de la conductibilité de l’eau. — La conductibilité de l’eau pour la chaleur est très-faible sans doute, mais elle est réelle; on peut même constater que la propagation se fait dans l'intérieur de ce liquide suivant la loi expérimentale indiquée plus haut. C’est ce qui résulte de l'expérience suivante de Despretz : Il employait une sorte de cuve cylindrique en bois (flg. 300), de

Fig. '298. — Liquide rliauflfO à la partie inférieure.

Fig. 299. — Ébullition de Peau au-dessus de la glace.