CHAPITRE PREMIER

EFFETS GÉNÉRAUX. — THERMOMÉTRIE.

528. Définition et origine de la chaleur. — Hypothèse des ondulations. — La chaleur est, avant tout, la cause de nos sensations de chaud et de froid; mais cette cause a des effets plus variés et plus puissants, par lesquels on peut aussi la définir : c'est elle qui fait fondre les corps solides et bouillir les liquides, qui fait dilater tous les corps, et qui rend les métaux et certains autres corps incandescents.

De nombreuses hypothèses ont été émises sur l’origine de la chaleur; mais deux systèmes principaux, — les mèmes que pour la lumière, — ont été soutenus par les physiciens : le système de l'émission ct celui des ondulations.

Dans le premier, on attribuait les phénomènes calorifiques à un fluide inatériel, impondérable, incoercible, qu'on nommait calorique. Les atomes du calorique, étant dans un état constant de répulsion, seraient projetés dans toutes les directions et à toutes les distances, s'emmagasineraient en quantité variable dans les corps, ct s’opposeraient au contact immédiat de leurs molécules. L'hypothèse de la matérialité de la chaleur fut adoptée par les savants les plus illustres, tels que Newlon, Lavoisier, Laplace, Gay-Lussac.

Elle est abandonnée aujourd'hui par tous les physiciens et remplacée par l'hypothèse des ondulations. Les dernières molécules dés corps seraient animées d’un mouvement vibratoire de très faible amplitude, mais très rapide, d'où résulterait la chaleur; ce mouvement serait transmis à distance par l’intermédiaire d’un milieu infiniment élastique, l'éfher, le même dont les phénomènes lumineux nous ont démontré l'existence.

La chaleur et la lumière seraient donc dues à une seule et mèine cause : les vibrations des molécules des corps, transmises par l'éther. Il n’y aurait entre les vibrations qui produisent la chaleur et celles qui produisent la lumière qu'une différence dans leur vitesse : c’est la mème différence qui existe, en Acoustique, entre les vibrations qui produisent les sons graves et celles qui produisent les sons aigus ‘.

1. Tout en admettant l'immatérialité de la chaleur, on a conservé le langage usité dans la théorie de l'émission, et l'on dit encore, d'un corps qui s'échauffe ou se refroidit, qu'il gagne ou perd de la chaleur ; mais en réalité on doit entendre par là que ses molécules gagnent ou perdent de \a orce wie.

529. Effets généraux : dilatation. — Tous les corps se dilatent par l'effet de la chaleur. Les plus dilatables sont les gaz, puis viennent les liquides et enfin les solides.

1° Dilatation des solides. — La dilatation des solides est si faible, qu'on ne peut la rendre visible directement qu'en employant des dispositifs particuliers.

Expérience du pyromètre à cadran. — Par exemple, on prend

une tige métallique À (fig. 537), qu'on fixe à l'une de ses extréinités par une vis de pression B, tandis qu'à l'autre elle reste

libre et arrive au contact du plus petit bras d'un levier K, mobile sur un cadran, Au-dessous de la tige est un réservoir dans lequel on brûlé de l'alcool. L'aiguille K est d'abord au zéro du cadran ; mais elle monte à mesure qué la tige À s'échauffe, par suite de Ja dilatation linéaire de la tige.

Anneau de ‘s Gravesande. — Ou nomme ainsi un petit anneuu métallique m (fig. 558) dans lequel passe librement, à la température ordinaire, ane boule de cuivre à ayant le mème diamètre, Lorsque cette

boule a été chauffée toute seule à la flamme d'une lampe à alcool, elle ne peut plus passer à travers l'anneau demeuré froid, ce qui prouve l'accroissement de volume. Mais-si lon

EFFETS GÉNÉRAUX. 543 chaulle en méme temps, et également, la boule et l'anneau, le passage peut toujours s'opérer librement : ce qui prouve d'abord qu'un solide creux sé dilate, et puis qu'il se dilate de la mème manière qu'on solide plein de même nature et de même volume.

2 Dilatation des liquides. — On remplit d'un liquide coloré un petit ballon de verre auquel on a soudé un tube capillaire (fig, 559) : aussitôt qu'on l'échauffe, ce liquide s'élève dans le tube, de a en b par exemple. On remarque que celle dilatation est loujours beaucoup plus grande que dans les solides.

3° Dilatation des gas. — Le même appareil sert à montrer la dilatation des gaz.

Pour cela on remplit lé ballon d'air, et l'on introduit dans le lube un index de mercure de 4 à 2 centimèélres de longueur (fig. 540). Lorsqu'on échauffe le ballon, même en approchant la main, l'index est refoulé vers l'extrémité du tube, et finit par en être expulsé; d'où l'on conclut que, mère pour un faible échauffement, lés gaz sont très dilatables.

4" Variation de la force élastique des qaz.

— Si l'on chauffe un gaz en l'empêchant de se dilater, on augmente sa force élastique. L'effet de la chaleur consiste alors en un accroissement de force élastique du gaz chauffé. On pourrait aisément le me- Fig. 539. Fig. 540. surer en faisant communiquer l'extrémité du col du ballon avec l'une des branches d’un petit manomètre à eau.

5° Contraction par le refroidissement. — Dans ces diverses expériences, dès que les corps se refroidissent, ils se contractent, et lorsque leur état calorifique est redevenu le même qu’auparavant, ils reprennent exactement soit leur volume primitif, soit leur force élastique initiale.

530. Effets généraux : changements d'état. — 1° Fusion. — La dilatation des corps solides atteint une limite lorsqu'on les chauffe graduellement. Il arrive un moment où le corps solide devient le siège d'un nouveau phénomène physique : la fusion, c'est-à-dire le passage de l'élat solide à l'état liquide.

Toutefois un grand nombre de substances composées, telles que le papier, le bois, la laine, certains sels, ne fondent pas sous l'action d’une source de chaleur même intense; mais elles sont

décomposées, De tous les corps simples, un seul n'a pu jusqu'ici être réellement fondu : c'est le carbone.

Lorsqu'on refroidit les corps solides liquéfiés, on les ramène à l'état solide : c'est le changement d'état inverse de la. fusion, ou solidification.

2 Vaporisation et vapeurs. — L'action prolongée de la chaleur sur la matière a encore pour eflet de la faire passer de l'état liquide à l'état de fluide aériforme. Ce phénomène est désigné sous le nom général de vaporisation, et l'on appelle vapeurs les fluides aériformes qui résultent de ce changement d'état.

Remanque. — Le caractère général des changements d'état physique, c'est que tout corps en {rain de changer d'élal constitue un milieu dont l'état calorifique est constant. Ainsi la glace fondante et l'eau bouillante — sous une pression déterminée — constituent deux milieux dont l'élat calorifique est constant.

551. Température : définitions. — L'état calorifique actuel d'un corps se manifeste à nous, tout d'abord, par les sensations de chaud ou de froid qu’il nous procure. Suivant que ces sensations, produites par deux corps À et B, sont identiques ou différentes, on dit que ces deux corps ont la méme lempérature ou des lempéralures différentes,

Un corps qui est le siège d'un changement d'état physique, — fusion, solidification ou ébullition, — possède, avons-nous dit, un état calorifique permanent. On dit que c’est un milieu à dempérature constante.

Si les deux corps À et B sont mis l'un et l'autre en contaet durable avec un milieu C à température constante, ils finissent par prendre l'un et l'autre cette même température, On dit. qu'ils sont alors en équilibre de température. À cet étal, ils ne peuvent réagir l'un sur l'autre au point de vue calorifique : il ne peut y avoir entre eux aucun échange de chaleur, La dempéralure peut donc être considérée comme le facteur qui règle les échanges de chaleur entre les corps.

Thermométrie, — L'imperfection de nos sens ne nous permel- Lant pas de mesurer la température des corps d'après Jes sensations qu'ils excitent en nous, on a dû recourir aux eflets physiques qui accompagnent les variations de température, On a adopté les dilatations el les contractions, comme étant les plus simples à observer et les plus faciles à mesurer avec précision.

TUERMOMÉTRIE. 589

L'ensemble des méthodes employées pour mesurer les Lempéralures constitue la thermométrie.

Thermomètres, — Un appelle thermomètres les instruments qui servent à mesurer les températures!, el {hermoscopes des instruments qui servent simplement à en indiquer les variations,

552. Choix des substances thermométriques. — Les solides étant très peu dilatables, les corps dont on utilise la dilatation pour la thermométrie ordinaire sont généralement les liquides. Toutefois les physiciens utilisent également la dilatation des gaz pour la Hhermomélrie de précision (576),

Le mercure est le liquide thermométrique par excellence : d'abord, parce qu'il est de tous les liquides celui qui se dilate le plus régulièrement; puis, parce qu'il n'entre en ébullition qu'à une termpéralure très élevée; enfin, parce qu'il se met plus promplement que les autres liquides en équilibre de température avec les corps ambiants, ! doit cette dernière faculté à ce qu'il est un métal et que, par suile : 1° il est bien meilleur conducteur de la chaleur que tous les liquides, et 2° il exige moins de chaleur pour s’échauffer. On s’est beaucoup servi de l'alcool pour mesurer les basses températures, parce que ce liquide ne se congèle pas par les plus grands froids naturels connus?. On tend à le remplacer aujourd'hui par le toluène.

553. Thermomètre à mercure. — 1° Desstipions — Le thermomètre à mercure est le plus répandu. Il se compose d'un tube capillaire ou tige, en cristal ou mieux en verre dur, soudé à un réservoir cylindrique ou sphérique de mème matière. Le réservoir et une partie du tube sont remplis de mercure, et une graduation tracée, soit sur le tube même, soit sur une règle de cuivre qui lui est parallèle, indique par {a dilatation du liquide les variations de température : c'est ce qu'on appelle l'échelle thermométrique.

2° Construction. — La construction d'un thermomètre comprend plusieurs opérations délicates 3.

Choix de la tige. — Tous les tubes, tels qu'ils sortent de la fabrique, ne sont pas bons pour construire un thermomètre. Le premier soin de l'ouvrier doit être de rejeter les mauvais tubes et de réserver ceux qui sont susceptibles d'un bon emploi. Les

1. L'invention des thermomètres date de la fin du seizième siècle. Elle est attribuée par les uns à Galilée, par les autres à Drebbel, médecin hollandais, ou à Sanctorius, médecin vénitien. Thermomètre vient de Weuss, chaleur, et nirecs, mesure ; {hermoscope vient de axr:tv, examiner.

2. Nous verrons plus loin que l'alcool a été congelé, à l'aide de froids artificiels, par M. Wroblewski.

3. Tous les détails relatifs à la construction courante des thermomètres nous ont été fournis par M. Victor Chabaud, chef de la maison Alvergniat.

5kü CHALEUR.

bonnes tiges sont celles dans lesquelles un index de mercure, promené sur toute leur longueur, présente une hauteur sensiblement constante.

Division du tube, — Lorsque le tube doit servir pour un instrument de précision, il importe qu'il soit gradué en parties d'égale capacité. Pour cela, lorsque les variations de l'index de mereure sont peu sensibles, on colle le long du tube une bande de papier, et l'on marque un trait au crayon en regard des points occupés successivement par les extrémités de la colonne.

Les divisions ainsi formées indiquent nécessairement des capacités égales, puisqu'elles correspondent à un même volume de mercure. Les intervalles de ces divisions étant assez rapprochés pour qu'on puisse regarder le diamètre du tube comme constant dans chacune d'elles, on passe à des divisions ‘plus petites, en partageant les premières en un cerlain nombre de parties égales.

Cette dernière opération s'effectue à la machine à diviser.

Soufflage. — L'ouvrier soude alors une ampoule C (fig. 41) à l'extrémité supérieure de la tige et un réservoir en bas, L'habitude du métier lui permet de donner d'avance à ce réservoir des dimensions convensbles pour la quantité de mercure qu'il doit eontenir, Î s'en assure d'ailleurs en remplissant de mercure ce réservoir grosso modo jusqu'à ce qu'il monte jusqu'à la

Fig, SL. tige, et en prenant immédiatement deux

points qui lui donnent approximative-

ment la longueur du degré. Si cette longueur répond à celle

qui lui est imposée par la course que doit fournir le mercure

duns la tige, c'est que le réservoir a de bonnes dimensions, S'il

est trop grand ou trop petit, l'ouvrier modifie le réservoir ow en

souffle un nouveau, jusqu'à ce qu'il arrive aux bonnes dimen-

sions, I en retire le mercure qui à servi à l'essai, puis il le fermie en l'état où il doit servir, une fois l'instrument terminé,

Remplissaye. — On procède alors au remplissage, On introduit daus l'armpoule supérieure une certaine quantité de mercure par

THERMONÉTRIE. 587

et sec, plus grande que la quantité nécessaire ; puis, inclinant un peu le tube, on chauffe le réservoir avec une lampe à alcool, ou bien avec des charbons incandescents sur une grille inclinée (fig. 162). L'air dilaté sort en partie par l'entonnoir C. Si on laisse alors refroidir le tube tout en le maintenant dans une position verticale, l'air qui reste se contracte, et la pression atmosphérique force le mercure à passer dans le réservoir D, quelque capillaire que soit le tube. On réitère l'opération jusqu’à ce qu'il ne reste plus dans le réservoir D qu'un très petit volume d'air. En faisant alors bouillir le mercure, on expulse, par les vapeurs mercurielles, tout ce qui restait d'air et d'humidité dans le tube et dans le réservoir.

On détache alors l'ampoule supérieure en laissant à l'extrémité : correspondante une pointe finement eflilée. On chauffe ensuite le réservoir jusqu’à ce que le liquide dilaté atteigne le sommet du tube.

Lorsqu'on a fait écouler tout l'excès de mercure qui avait été introduit dans l'instrument, on détache à son tour la pointe, pendant qu'elle est encore pleine de mercure, de manière qu'il ne reste pas trace d'air au sommet. Le thermomètre est alors construit. Il ne reste plus qu'à souder un anneau au sommet, ou à arrondir ce sommet, en y faisant dilater une petite chambre si on le juge à propos (fig. 546).

534. Graduation du thermomètre : points fixes de l'échelle. — Graduer le thermomètre, c'est munir la tige d'une échelle des températures. Pour cela, on commence par marquer sur cette tige deux points fixes qui correspondent à deux températures faciles à reproduire et toujours identiques à ulles-mêmes.

Or nous avons déjà dit que la glace fondante et l'eau bouillante sous une Fig. 512 pression déterminée constituent deux milieux à température constante. On est convenu de prendre pour premier point fire la température de la glace fondante, et d'en faire le zéro de l'échelle des températures; et pour second point fixe la température à laquelle l’eau distillée, chauffée dans un vase métallique, entre en ébullition sous la pression not-

male de 76 em : on en à fait Le degré 100. La graduation du thermomètre comprend donc trois opéralions : la détermination du zéro, celle du point 100, et le tracé de l'échelle.

1. Délermination du séro. — 1° Thermomètres ordinaires. — On se contentait jadis de plonger le réservoir du thermomètre, an milieu de glace pilée, dans un simple vase dont le fond était percé d'un trou pour laisser écouler l'eau provenant de la fusion de la glace (fig. 542). Cet appareil peut servir pour des thermométres ordinaires ou pour la vérification rapide du zéro.

% Thermomètres de précision. — Le bureau international de Sèvres en à ais uù autre en usage pour la thermométrie de précision, Une cloche à douille À en verre, d'une capacité de quulques litres, munie d'un robinet à écoulement à la partie inférieure (fig. 543), est maintenue verticalement pur un supports; calniei porte, en outre, deux tiges B, D avec des entailles garnies du liège, dans lesquelles le thermomètre T est pressé doucement por un res sort C,

La glace, finement râpée, est placée duns la cloche, puis addition.

née d'eau distillée et fortement lassée avec un morceau de bois; le robinet est alors ouvert pour luisser couler l'euu en excès, qu'on a amenée à sa surface en compriimant la glaces mussitôt que În sur:

face de ln glace commence à en sécher, on reforme le robinet, La masse do la glace doit rester imprégnée d'eau. Les déterminations dans ln glace sèche pourraient être faussées, soit parce que le contaot avec le thermomètre est imparfait, soit parce que la température du la glace est inférieure à 09 : sul-

Fig, 515. vant les cus, l'erreur est püsitive

ou négative, La glace étant ainsi

préparde, on y perce un trou avec une baguette de verre appuyée contre les tiges B; le trou ne doit pus être prolongé jusqu'au fond de la cloche,

Rumanouk. — Colté opération doit être recommencée chaque fois qu'on se sert de l'instrument pour des mesures de précision; car un thermorniétoe qui a été chaulté conserve, après refroidissement, un résidu de dilatation d'où résulte le déplacement du 3éro, phénornène d'autant plus marqué que le thormomèbre a Ôté soumis à uoe température plus dlevée,

IL, Détermination du point 400, — 1° Thermomélres ordinaires. — Le second point fixe se détermine au moyen de l'appareil de egnault (lg. 544, coupe verheale).

THERMOMÉTRIE. 580

Tout l'appareil est en cuivre rouge. Un gros tube central À, ouvert à ses deux bouts (fig. 544), est fixé sur un vase cylindrique M, contenant de l'eau; une sorte de manchon B, concentrique au tube A, et l'entourant en entier, est fixé sur le même vase M. Cette seconde enveloppe, fermée à ses deux extrémités, est munie de trois tubulures a, E, D : en 4, passe dans un bouchon ln tige t du thermomètre dont on cherche le point 100; en E est adapté un manormètre tronqué en verre, destiné à comparer à la pression extérieure la tension de la vapeur intérieure ; enfin, la troisième tubulure D permet à la vapeur de se dégager dans l'atmosphère après qu'elle a cireulé autour du thermomètre, La deuxième enveloppe B empèche le refroidissement du tube central en le préservant de tout contact avec l'air. On marque au point a, où le niveau du mercure s'arrête, un trait qui est le point 400 cherché.

2 Thérmomèlres de précision. — On emploie, au bureau de Sèvres, un outre appareil et un procédé perfectionné. Le thermomètre T (fig. BB) est placé dans un gros tube à double circulation A; il traverse à frottement un bouchon de liège mointenu dans une douille, et qui ferme exactement l'orifice supérieur (fig. 545, b) ; cette douille, indépendante du couvercle, ést retenue en place par une petile tige en liton passant sous une glissière. Pour plus de sûreté, le thermomètre est suspendu par un fil à une tige métallique que l'on peut fixer à une hauteur convenable; il est, en outre, guidé par deux pièces P, percées de trous qu'il traverse par un petit entonnoir central en entrant à frottement dans l'intérieur du tube,

Le tube À est supporté par un tuyau horizontal D formant axe, et qui pénètre dans les paliers M, et M, (fig. 45, a); peut être placé verticalement où horontalement : on peut ainsi évaluer l'influence des poids de la colonne de mercure sur la place du dégré 100. Sa position est déterminée par deux arrêts N, avec vis de réglage; une elef de sûreté F le maintient dans sa position verticale; un manche en bois sert à le monœuvrer. Du côté du support M, le tuyau B est en communication avec le lube intérieur où est placé le thermomètre; du côté de M,, il est relié seulement au manchon extérieur,

La vapeur développée dans la chaudière en cuivre C arrive en M, par un tube de plorab D entouré de feutre, puis entre dans l'intérieur du lube À, qu'elle parcourt dans toute sa longueur, passe entre les parois, el sort en M,. Elle se condense dans un tube vertical E, ouvert par le haut et enveloppé d'une cireulation d'eau froide ; l'eau condensée est ramenée au fond de In chaudière par le tube K, Un manomètre à can H indique la différence des pressions inté-

Fig. HU.

rieure et extérieure, autrement dit la pression dans l'appareil, Les lectures se font avec une petite lunette L fixée au tube À. La colonne mereurielle ne dit dépasser Le bouéhon que de la quantité strielement nécessaire à l'obsorvation. D'après la po sition du manorètre, ls différence de niveau dns les deux branches indique l'excès de pression de la vapeur à la sorte de la chaudière. On aurs la pression totale dans l'appareil en sjoutaot à la pression, mesurée an baromètre, la moitié de l'excès, toujours très peüt, indiqué par le manornètre,

Le thermomètre doit rester exposé à la température de 1400 msi longtemps que le déplacement du zéro est cn core sensible, c’est-à-dire de quelques minutes à une heure environ, sui vant la nature de l'enveloppe.

5° Correction relatire à la pression extérieure.

— On ne peut marquer 100 au point où s'arrèle le mercure qu'antank que la pression Lotale dans l'appareil est égale à 76 cm, Suivant qu'elle est inférieure ou supérioure à 76 cm, la témpérature d'ébullition de l'eau correspond à me température inférieure

Fig. 545. ou supéricure à 10, On peut In ealeuler d'après la formule suivante, employée par le Buroau de Sèvres :

T0 = ne

Elle donne une élévation de 1° pour un accroissement de 27,2% mnr,

I, Construction de l'échelle. — Les deux points fixes étant obtenus, si l'instrument est ordinaire, le graveur divisera linter-

THERMONÉTRIE. 591

valle de 0° à 400° en 100 parties égales, puis il inscrira des chiffres de 40 en 10 : il gravera ensuite les divisions et les nombres à l'acide fluorhydrique. L'ensemble de ces divisions constitue l'échelle th

Pour les instruments de précision, on se sert des divisions

d'égale capacité qui ont été tracées ‘préalablement. On compte, à la machine à diviser, le nombre de ces divisions comprises entre les deux points fixes, et, divisant ce nombre par 100, on a le nombre de divisions et fractions de division qui équivaut à À degré; on en déduit ensuite, à partir du zéro, la position de chaque degré (fig. 546).

Remarque. — Les divisions du thermomètre se nomment degrés, et se notent par un petit zéro placé à droite du nombre qui marque la température, et un peu au-dessus. Pour distinguer les températures au-dessous de zéro de celles au-dessus, on les fait précéder du signe — (moins) : 15 degrés au-dessous de zéro se représentent donc par — 150.

535. Différentes échelles thermométriques. — On en distingue trois principales : l'échelle centigrade, l'échelle de Réaumur et l'échelle de Fahrenheit.

4° Échelle centigrade. — L'échelle centigrade est celle dont nous avons indiqué ci-dessus la construction ; elle est généralement adoptée en France. Elle est due au physicien suédois Celsius. Le degré centigrade doit donc être défini : la centième partie de la dilatation apparente que subit le mercure dans le thermomètre, entre la température de la glace fondante et celle de l'eau bouillante sous la pression 76 cn.

2 Échelle Réaumur. — En 11751 le physicien français Réaumur proposa les mêmes points fixes, mais partagea leur intervalle en 800.

80° Réaumur équivalent donc à 1000 centigrades : il en résulte que 1° R. équivaut à ? de degré C.

3° Échelle Fahrenheit. — Fahrenheit proposa, en 1714, une échelle dont l'usage s'est répandu depuis en Hol- pig.546. lande, en Angleterre et dans l'Amérique du Nord. Le point fixe supérieur de cette échelle correspond aussi à la température de l'eau bouillante ; mais le zéro correspond à la température qu'on obtient en mélangeant des poids égaux de sel ammoniac pilé et de neige : l'intervalle des deux points fixes est divisé en 31%.

Le thermomètre F., dans la glace fondante, marque 5%; par conséquent, 1000 C. équivalent à 1809 F. et 40 C. équivaut à : de degré F,

4° Conversion des échelles, — Soit, par exemple, à convertir en degrés C une température déjà évaluée en degrés E., soit 950 F. On doit d'abord retrancher 32 du nombre donné, afin de comparer les deux échelles à partir d'un mème point : le reste est ici 65; or, 10 F. valant ? de degré C., 639 F. égalent ? >= 65 où 300 C : done un thermomètre C marquerait 552 dans le même milieu où le thermomètre F marque 959,

En représentant par fs et par { ces deux températures, on a formule générale

qui indique les calculs à effectuer pour opérer la conversion. De cette égalité on tire

el i=t x 2488,

formule qui sert à convertir les degrés C. en degrés F.

556. Déplacement du zéro. — Nous avons vu que les thermomètres sont soumis à une cause d'erreur dont nous avons ten compte : le zéro tend à s'abaisser, c'est-à-dire que, le thermomètre étant plongé dans la glace fondante, après avoir 616 chauffé, le mercure ne remonte plus au zéro primitif,

On observe, en outre, un relévement du zéro, qui provient de la disparition progressive du résidu de dilatation initial. Ce travail moléculaire est lent; car, d'après les expériences de Despretz, le zéro peut remonter pendant plusieurs années:

On doit done, pour les mesures de précision, n'employer que des thermomètres à échelles variables, dont on détermine des points fixes dans chaque opération.

Comparaison du verre dur el du cristal. — Les thermomètres en verre dur, tels qu'on les construit aujourd'hui, sont sujets à ce phénomène comme les anciens thermomètres en weristal, et leur déplacement eroit également avec le degré de surchauffage qu'ils ont subi. Mais si l'on compare la courbe de déplacement du verre

dur à celle du cristal, on oil que celle-ci est ierbgnlière, tandis

que l'autre est Lrès régulière. L'alure en esk, de jhas, ktks, Aie rente, Le déplacement est brusquement conseils Dis

TIIERMOMÉTRIE, 505

riation diminue pour une même élévation de température, et elle finit par devenir presque nulle, Si donc on prend un thermomètre en verre dur, et qu'on le chaulle à des températures élevées avant de le graduer, on peut espérer avoir un instrument où le déplacement du zéro deviendra négligeable,

557. Conditions de sensibilité, — T'hermeométres à échulles fractionnées, — Un peut considérer ln sensibilité d'un thormométre sous doux points dé vue. En effet, un thermomètre est sensible : 4° lorsqu'il accuse de Lrés petilés variations de température; 2 quand il so met promptement en équilibre de température avec les corps ambiunts.

On obtient le premier genre de sensibilité en donnant au thermomètre une lige très capillaire, soudée à un réservoir un peu gros. La marche du mercure dans la tige est alors limitée à un petit nombre de degrés, par exemplo de 10 à 20, où de 20 à 30, et chaque degré occupe une grande longueur sur la Ligo, ce qui donne le moyen d'évaluer des fractions de degré très polilus, Avec dix thermomètres de ce geure, dont chacun comprendra 10 degrés de 0" à 10, de 10° à 2, etc., on pourra mesurer, avec uoe grande précision, Loule température comprise entre 0 ot 100. C'est ce qu'on appelle une série de Mermométres d échelles frachionnées.

Le second genre de sensibilité se réalise en donnant au thermomètre un très petit réservoir; car moins le mercure a de masse, plus il prend rapidement la température du milieu dans lequel il se trouve.

558. Thermomètre à alcool. — Le thermomètre à alcool contient, au lieu de mercure, de l'alcool, coloré en rouge avec de l'orseille. Le remplissage en est facile, parce que ce liquide bout à la température peu élevée de 79.

- Construction. — Après avoir chauffé légèrement le réservoir, pour faire sortir un peu d'air, on plonge l'extrémité ouverte de la tige dans l’alcoo! coloré en rouge; par le refroidissement, l'air qui reste dans le réservoir Fig. 547.

se contracte, et la pression atmosphérique y fait monter une petite quantité d'alcool (fig. 547). On chauffe alors jusqu'à l'ébullition : les vapeurs À Àcoo! qui se dégagent entraînent tout l'air qui se trouve dans \e réservoir et dans la tige. Il suffit ensuite, après quelques inskant

d'ébullition, de retourner brusquement le thermomètre el d'en plonger de nouveau l'extrémité dans l'alcool. Les vapeurs se condensent, le vide se fait à l'intérieur et, par l'effet de la pression atmosphérique, le réservoir et la tige se remplissent complêtementt, On chauffe doucement jusqu'à faire sortir la moitié ou les deux tiers du liquide contenu dans la tige, puis on en soude l'extrémité à la lampe, mais en ayant soin d'y laisser de l'air. Celui-ci est destiné à retarder, par sa force élastique, le pont d'ébullition de l'alcool, et à empêcher, lorsqu'on ineline le tube, que la colonne liquide ne se divise en plusieurs tronçons.

Graduation. — On preud le zéro dans la glace fondante, comme pour le thermomètre à mercure; puis on fait la graduation par comparaison avec un thermomètre étalon à mercure, et en prenant soulement pour limite supérieure de l'échelle 60° ou 70,

5959, Thermomètres à liquides incongelables. — L'alcool, qui n'est pas incongelable, puisqu'il a été solidifié par M. Wroblewski, a, en outre, l'inconvénient de devenir sirupeux aux températures très basses; enfin, les différents alcools n'ayant pas le mème degré d'hydratation, on a vu des thermomètres à alcool, soumis au mème refroidissement, différer de plusieurs degrés,

Pour obvier à ces inconvénients, on à proposé de remplacer l'alcool par plusieurs liquides également incongelables et ayant l'avantage d'être complètement anhydres et de conserver tonjours la même fluidité, par exemple le sulfure de enrbone, l'éther sulfurique et le chlorure d'éthyle,

Thermomètres à toluène. — M, Victor Chabaud à récemment proposé de toluène, dont la fluidité est très grande, même aux plus basses Bi out Comme H ne bout qu'au-dessus de 4009, il permet de déterminer d [l l'intervalle fondamental 0-400,

Dé plus, la contraction du toluëène ayant été parfaitement éludiôn juequ'à — 70 au Bureau international de Sévres, on peul, en se basant sur ces mesures, construire un thermomètre à toluène dont les indications soient tout à fait comparables à celles que donnerait un thermomêtre à moreure,

En revanche, la construction d'un thermomètre àtoluène est plus difficile que celle d'un thermomètre À alcool, car on doit prendre de grandes préemtions pour éviter Lout contact de l'air avec le liquide pendant le remplissage et le réglage de l'instrument.

1, Pur suite de l'échauffement de L'alcoo! qui pénètre dans le réservoir, l'air qui y était en dissolution s'en dégage, et uno pélite bulle gnreuse peutse dager dans lé réservoir. Pour l'expulser, on attache l'extrémité de In Uige À une petite corde, et on fait tourner rapidement l'instrument comme une fronde. for l'effet de la force centrifuge, l'altool, qui à le plus de masse) est refonld ers lu houle et la bulle d'air est chassbe à l'extérieur.

. THENMOMÉTRIE. 509

540. Thermomètre métallique de Brêguet. — l'urmi les thermomètres ordinaires (ou thermoscopes), on peut citer un thermomètre entièrement métallique, construit par Abrahaïa Bréguet, et qui est remarquable par sa grande sensibilité.

Le principe de cet instrument est l'inégale dilatabilité des métaux, W est formé de rois lames superpasées, de platine, d'or el d'argent Soudées ensemble sur toute leur longueur, elles sont ensuite passées su lominoir de manière à ne former qu'un ruban métallique très mince, On contourne ce ruban en hélice, puis on en fixe l'extrémité supérieure à un support, et l'on suspend à l'autre extrémité une légère aiguille de cuivre, Hbre de se mouvoir sur un cadran horizontal qui porte une échelle centigrade (tig. 548).

L'argent, qui est le plus dilatable des trois métaux, forme la face intérieure de l'hélice: le platine, qui est lé moins dilatable, est à l'extérieur, et l'or est entre les deux. Lorsque la tempéralure s'élève, l'argent se dilate plus que le platine et que l'or, et l'hélice se déroule; l'etfet contraire à lieu quand la tempéralure s'abaisse, Ce thermomêtre se gradue pnr comparaison avec un thermométre Fig. 548.

étalon à mercure.

Resanques, — 1" Si l'on n'employait que l'argent el le platine, la grande ditfévence de leurs dilatations pourrait occasionner une rupture de Phélice, Mais la lame d'or empéche cet accident, à cause dé sa dilatation intermédiaire,

2 Une tige métallique à, représentée sur la gauche de la figure, se place dans l'axe de l'hélice, pour la soutenir et l'empécher de se déformer lorsqu'on déplace l'instrument,

541.Thermomètres à maxima et à minima. — Dans les observations météorologiques, il est nécessaire de connaître la plus haute température du jour et la plus basse température de la nuit. Des thermomètres ordinaires ne pourraient conduire aisément à la connaissance de ces températures, Aussi at-on imaginé, pour ce genre de mesures, des instruments particuliers, dits thermomètres à marima et à minima.

542. Thermomètres de Rutherford. — Les plus sunples sont ceux de Rutherford. Sur une même glace sont fixés deux thermomètres à liges recourbées horizontalement, Dans le premier, qui est À mereure, on a introduit un petit index cylindrique en Sex h (lg. 549), qui peut glisser librement dans le tube. L'index, é\ank

d'abord amené au contact de la colonne de mercure (et Vinstrument disposé horizontalement), est poussé devant elle lorsque la température s'élève et que le mercure se dilate; maïs il demeure au méme point de la tige lorsque le mercure se contracte, parce qu'il n'y 4 pas adhérence eutre ce liquide et le fer. Le point où s'arrête l'index marque donc la plus haute température qui se soit produite pendant la période de l'observation.

Dans le thermomètre à minëma, le liquide est de l'alcool dans

lequel plonge entièrement un petit cylindre d'émail B destiné à servir d'index (fig. 549). Si la température s'abaisse pendant que le cylindre est à l'extrémité de la colonne liquide, celle-ci, qui mouille l'émail et y adhère légèrement, l'entraine avec elle en se contractant : l'index avance ainsi jusqu'au point où a lieu le maximum de contraction du liquide, Quand la température s'élève, l'alcool se dilate et passe entre la paroi du tube et l'index, sans que celui-ci se déplace. Par conséquent, l'extrémité de Pindex la plus éloignée du réservoir indique la plus basse température à laquelle ait été porté l'instrument.

545. Thermomètre à maxima de Walferdin ou Thermomètre à déversement. — Ce thermomètre, dit à dérersement, est fondé sur un tout autre principe. U a la forme d'un thermomètre à mercure ordinaire qui estomuni, à la partie supérieure, d'un petit réservoir ou panse, où la tige pénètre ot se termine par une pointe effilée et ouverte (fig. 550).

Préparation de l'instrument, — Dans cetle panse il ÿ à du mercure, On s'en sert pour amoroer l'instrument, c'est-à-dire pour remplir complétement la lige avant chaque observation, Pour cela, on chauffe le réservoir inférieur jusqu'à cu que le mercure, en se dilatant, commence à sortir par la pointe efiléé, On relourne mors Le tube : le mercure qui est dans la panse dlescen

vers la pointe el celle-ci y plonge en entier, quis on \iisse Le Vheraniblre 8e refroidir lentement, en ayant soin de le tenir Loujours veneak. War Verrerie

THERNOMÉTRIE. 507

dissement, le mereure du réservoir se contracte, et il en passe une certaine quantité de la panse dans la tige, jusqu'à ce que celle-ci soit complètement remplie. ; .

Usage. — Pour se servir de cet instrument, on commence par l'amorcer à une température inférieure à celle qu'il s’agit d'observer, puis on le place dans le milieu dont on veut connaître la température maximum. S'il vient d’abord à se refroidir, il n'y a aucun inconvénient, puisqu'il n'entre ni ne sort de mercure. Mais si la température s'élève, le mercure se dilate, une partie se déverse dans La panse sans pouvoir rentrer dans le thermomètre, parce que celai-ci est alors dans la position représentée dans la figure 550.

Une fois l'équilibre établi, on détermine la température maximum par une opération suhséquente. On n'a qu'à comparer l'instrument à un thermométre étalon, en le chauffant à côté de celui-ci, dans un même bein, jusqu'à ce que le mercure remonte au sommet de la tige et soit prêt à en sortir.

544. Thermomètre à maxima et à minima de Miller-Casella. — D'après un principe analogue au précédent, Miller-Casella construisit un thermomètre pouvant donner tout seul les maxima et les minima.

Il se compose d'un tube de verre ab recourbé en forme d'U (8g.

551, let 11) et terminé à ses deux extrémités par deux réservoirs A et B juxtaposés. Le fond du tube contient, dans les deux branches, du mercure au-dessus duquel flotte un mélange d'alcool, d'eau et de créosote. Le réservoir À en est rempli complètement, tandis qu'il reste dans le réservoir B une petite masse d'air confinée au-dessus du liquide. Deux index en acier, i et i', peuvent être poussés par les niveaux mercuriels lorsqu'ils avancent; mais ils restent en place lorsque les ménisques reculent, grâce à un fil de verre qui les entoure et qui forme ressort, La température s'élève-t-elle, le liquide du réservoir À se dilate et pousse le mercure, et par suite l'index 5’, dans la branche b. Le contraire se produit lorsque la température s’abaisse : l'index i est poussé par le mercure qui s’avance en A Une échelle portée par la branche b indique les maxima, et une échelle portée par la branche a marque les minima.

RuxanQue. — Ce thermomètre a été longtemps utilisé pour évaluer la température du fond des mers. Dans ce cas, le réservoir A est entouré d’une seconde enveloppe EE (fig. 551, 11), séparée de la première par un pelit espace rempli aux trois quarts d'alcool amylique. Le thermomètre est en outre muni d'une graduation supplémentaire, faite à la presse hydraulique, dans laquelle on à tenu compte de l'effet des compressions du réservoir. Elle va de 157 kg à 628 kg par cm*.

515. Thermomêtres à renversement. — Type Negretti et Zambra. Fig. 550 — Perfectionnement de M. Chabaud. — Méme corrigés de l'effet de LS £ la pression, teus les thermomètres à imaxima manquent de précision pour ce dernier usage, car ils fournissent non pas la température de la couche la plus profonde qui ait été explorée, mais seulement les températures extrêmes des couches traversées. On n'a pu faire de mesures rigoureuses qu'en se servant des fhermomètres à renversement.

On peut citer comme type de ces instruments le modèle de Negretti et Zambra (fig. 552). C'est un thermomètre à mercure qui porte, en un point de sa tige, un étranglement e suivi d’une ampoule, et qui se termine par une sovie de second réservoir B, plus petit que le réservoir À. L'appareil est descenAn, Lot droit, dans la couche à explorer. Après un séjour assez \ong pour que l'ëanilihre

de température soit établi, on le retourne sur place, bout pour bout, au moyen d'un mécanisine approprié. Alors la colonne de mercure se rompl en € et tombe dans la partie supérieure du tube, qui était libre jnsque-1h. ogque 0 du tube a été calibrée et graduée d'avance ; c'est elle qui constitue à ment parler le thermomètre. On n'a plus qu'à faire la lecture sur sa uné fois que l'appareil a lé remonté à bord.

Il va sans dire qu'on a protégé le gros réservoir contre les effets dé la pres sion hydrostatique, en le munissant d'une double enveloppe.

M. Chabaud a apporté d'heureux perfectionnements à ce précieux instrument des océanographes, D'abord, il ne met pas le réservoir thermométrique À dans le

prolongement de La tige; il le recourhe (fig. 555) de manière à former avec elle un U à branches presque accolées. La tige est faite de deux parties soudées l'une à l'autre : la partie supérieure b porte les degrés, et la partie inférieure &, beaucoup plus capillaire, vient se souder au réservoir, et entre ces deux parties se trouve une chambre préservatrice r, de forme spéciale, qui est dilatée dans l'épaisseur du verre, L'étranglement e est réalisé par une obtu= ration incomplète du canal thermométrique, qui est produite à Ia naissance même du réservoir au moyen d'une tige £ (fig. 599), traversant le eylindre de part en part el soudée à l'extrémité opposée à la tige, L'instrument est tout entier renfevmé dans nne envelogpe de verne épais, qui contient, dans la partie correspondante au vhsertoie, We Wine de Ayseentent destinée à protéger celui-ci.

THERMOMÉTRIE. 500

Quand on retourne le thermomêtre, le poids du mercure du réservoir n'agit plus sur l'étranglement e, — comme dans le modèle primitif, — et l'on éviteainsi un danger de rupture. Il en résulte ‘un autre avantage : il ne peut plus tomber dans la chembre préservatrice que le mercure provenant de la dilatation subie par le thermomètre en passant des couches froides dans des couches chaudes ‘.

546. Pyromètres. — On nomme pyromètres des instruments propres à mesurer les hautes températures. Brongniart avait fait conÿtruire, pour la Manufacture de porcelaine de Sèvres, un pyromètre (fig. 554) qui avait du rapport avec le pyromètre à cadran (fig. 537) et qui n'était, à proprement parler, qu'un pyroscope. Cet instrument fut d’ailleurs abandonné du vivant même de son auteur, parce qu'il ne donnait pas d'indications précises.

Fig. 554.

On a longtemps décrit dans les traités de physique le pyromètre de Wedgwood, fondé sur la propriété qu'a l'argile de se contracter lorsqu'elle est portée à une température élevée. Tout imparfait qu'il était, cet instrument donnait une solution approchée d’un problème très important au point de vue industriel.

Les seuls pyromètres précis sont le pyromètre à air et le pyromètre électrique : nous les décrirons plus loin.

Résumé de pyrométrie. — La pyrométrie a fait de grands progrès dans ces dernières années, tant au point de vue scientifique qu'au point de vue industriel.

1° Thermomètre normal. — Le thermomètre normal à hydrogène, installé définitivement au Bureau international des poids et mesures, permet de faire des mesures de haute précision dans un vaste intervalle de température, depuis — 140 jusqu'à 1500° environ. Mais cet appareil est d'un emploi délicat, sa manipulation exige une grande habileté, et le volume considérable de son réservoir le rend peu propre aux mesures industriciles.

& Thermomèlres à liquide. — Les thermomètres à liquide sont d'un emploi beaucoup plus pratique ; mais ils ne peuvent servir qu'entre des températures relativement peu éloignées : témoin le mercure, dont les indications n'ont de valeur que dans un intervalle d'environ 300°.

1. Quatre instruments de ce genre ont parfaitement fonctionné entre les mains de M. Thoulet, à bord du yacht du prince de Monaco, dans une ste de mesures faites à Boulogne-sur-Mer.