Corps solide à. la température ordinaire. — On pi
grammes du corps à l'état solide; après fusion, on les porte à une te turc T supérieure au point de fusion t. Puis on introduit le liquide ( calorimètre renfermant de l'eau & f>. Au contact de l'eau, de T à t, le perd me (T — t) calories, c étant la chaleur spécifique moyenne du iiql
CHALEUR
ftt;lecurp8 se solidifie à tO et abandonne ni L calories; il se refroidit Lte i l'état solide de t à 6, 6 étant la tem{><:-rature finale ilu oalorimètre et gc ainsi me (t — 6) calories, c est la chaleur spécifique moyenne du Blidc de T à t.
En ferrviLDt que la chaleur totale cédée par le corps est égale à la chaleur it par le calorimètre, nous avons l'équation :
me (T — t) + niL + me (t— 6) = M' (6— /)
I Mt lu température finale corrigée de l'effet du refroidissement pendant I Tapérience. Cette équation donnera L.
Si l'on ne connaît pas c et C, un fera deux autres expériences avec des I luuct nii et m-i du corps et un aura ainsi trois équations pour calculer [ L, c el c.
439. Corps Liquide à la température ordinaire. — On prend une 1 Mae m du liquide, on le congelé et ou le porte à une température T infé- I mure i la température t de fusion ; on le plonge ensuite dans un calorimètre fcnl U lerapéruture est t.
U corps sulide passe de T à t et absorbe me' (t — T) calories; il fond I tt el «lisorhe pL ; il s'échauffe de t à 6 et absorbe me (6 — t). Le calorimètre [•perdu M It — 8).
'''(gililé des chaleurs absorbées et cédées donne la relation :
me- (t — T) + mL + me (8 — t) = M' (< — 8).
f^xir déterminer la chaleur de fusion de la glace, on prendra de la neige «idic au-dossous de 0", à — T", et on l'introduira dans un calorimètre de "{•iraiurc I. La température finale esi 0.
'• ^Dation
f/if 'T + mL + m» = M' (< — 9)
. L. On simplifie l'expérience et on se passe de la connaissance de c', it spécifique de la glace, en plongeant dans le calorimètre quelques ^SfOenls de clace fondante à 0". Nous allons insister sur ce procède-.
^^O. ClialeuF de fusion de la glace. — Méthode des mélanges. jQu plonge dans un CHloriinètre C contenant de C quelques fragments de glace fondante à len t'Ssuyi'S .-ivee du papier buvard. La glace, Wiasse m, fond et absorbe niL; en se n-chnuf- ■oi de 0» à 6, l'eau provenant de la fusion gagne "•^ ; le calorimôlre perd M' (t — 0); M' est la Videur ^ ''au du calorimètre, 0 est la lempéture finale de ^"«•u (lig. 293).
"» se déduit de l'augmentation de masse du calo- "^RiHre pesé avant l'introduction de la glace et •P^é* l'expérience.
Ki(f. Î83.
L'égalité des chaleurs absorbées et cédées donne l'équation :
mL + m6 = M'(< — 6).
où tout est connu, sauf L. Cette méthode exige, pour la détermination de 9, que l'on vériGe le zéro du thermomètre.
441. Méthode du calorimètre de Banaen. — Le calorimètre ayant été préparé comme pour la détermination d'une chaleur spécifique, une masse d'eau m à fo est versée dans le tube central, fait fondre une masse de glace |t et perd mt calories en passant à 0". La chaleur absorbée par la fusion
de l'unité de masse de glace est — . Il reste à déterminer |i. Le mercure a
rétrogradé de k divisions sur le tube; v étant le volume d'une division, en centimètres cubes, obtenu par un jaugeage préalable, la diminution de volume en centimètres cubes est kv. On connaît la contraction 0*<O91 (■> oor-
JLjj
rcspondant à la fusion de l'unité de masse de glace, on en déduit jr^ss = l^* On trouve 80 pour la chaleur de fusion de la glace.
CHALEl'RS DE Fl'SION
Glace 80 Phosphore 5,0»
Soufre 9,4 Zino 28,1
Étain 14,2 Plomb 5,4
CBAX.KURS DE VAPORISATION
442. On appelle chaleur de vaporisation d'une substance à fi le nombre de calories L absorbées par l'unité de masse de cette sabt- (ance à t" en passant à l'état de vapeur saturante à la même température.
L'unité de masse de la même substance en repassant à l'état liquide sans changement de température abandonne le même nombre de calories L.
Pour ni grammes la chaleur de vaporisation est niL.
(1) Di5signoiis par </„ la masse d'ua centimètre cube de glace ou la dcnsitti delà glace à 0" (ffu = 0»',91C74), par e„ la masse d'un ccutimotro cube dVau à 0" («o ^ Oî'9 D'après les relations i = v„g„ 1 = v\,e„.
— et — sont les volumes de l'unitâ de masse pour la glace et pour l'eau.
csl la différcnci; des volumes spécifii|ucs de la glace et de l'oau à 0".
CHALEUR
id. Mesure de la chaleur de vaporisation par la méthode mél&nges. — Description de l'appareil (fig. 294). — Le liquida ^t porté à rc-ballition dans une cornue A qui se continue par ud
..*ÇiJJU^
Fig. 204.
Btin s logi" dans le falorimèlre C plein d'enu froide. Le serlin 80 termine inforieuremenl par une boîle b entourée par l'eau du ciilorimètrc et communiquant par un tube vertical et un robinet r' avec i'atiQospUère ou avec une enceinte à pression constante. Le liquitie liout sous la pression qui s'exerce sur lui (366), sa température ^•t lue sur un thermomètre / plongé dans la vapeur du liquide. La **peur piiBse dans le serpentin, s'y condense et se réunit dans la ' ^ en se mettant en équilibre de température avec le calorimètre. I winp('.|.j)ture du Cc'dorimélre est donnée par le thermomètre T. Par I '^'"ioet r on recueille le liquide condensé et on le pèse.
"•ui éviter V entraînement dans le serpentin de particules déjà , . "'*«k'8 dans le col de la cornue, elles pénétreraient à l'état liquide "'""'•-"ni partie de la masse recueillie et pesée, sans avoir cédé au
serpentin leur chaleur de vaporisation. Pour cela, le tube dt-ntr-^c *)e la vapeur dans le serpentin s'engage jusqu'à une certaine distance dans la cornue, ce qui le protège contre le refroidissement sur une portion de son parcours parla vapeur qui l'entoure; en outre, ce tube est incliné et les gouttelettes liquides formées retombent dans la cprnue.
A l'aide du robinet à 3 voies R, on laisse la vapeur s'échapper dans l'atmosphère tant que le liquide n'est pas en pleine ébullition.
On déterminera la chaleur de vaporisation à diverses températures en faisant varier la pression à Fintérieur de l'appareil par le tube vertical à robinet r', soit avec une pompe de compression pour obtenir lébullition en A au-dessus de 100", soil avec une machine pneumatique pour opérer au-dessous de 100*.
Calcul. — Une masse m de vapeur en se liquéfiant sans change— ~ment de température a perdu mh; en passant de la température 1 d'ébullition à la température finale 0 du calorimètre, elle a ubandonm me (T — 0) ; c est la chaleur spécifique moyenne du liquide entre T et 6^
Le calorimètre s'est échaufTé d'une façon continue et a gagn^= M (û — t) calories. M' est la capacité calorifique de l'appareil calorimétrique (calorimètre, eau, serpentin, agitateur, thermomètre), / es' la température initiale de l'eau.
La chaleur perdue par la vapeur et par le liquide condensé es' égale à la chaleur gagnée par le calorimètre. C'est ce qu'expriin(
l'équation
niL
Elle permettra de calculer L
6 représente la température finale du serpentin corrigée des effets de refroidissement (rayonnement et contact de l'air) et de réchauffement (conductibilité à la jonction de la cornue et du serpentin).
Un écran protège le calorimètre contre le rayonnement du fourneau.
444. Appareil de M. Berthelot (Hg. 295). — Cet appareil, loat en verre, consi.ste en une fiole fermée à la partie supérieure et traversée suivant son axe par un large tube vertical ouvcri, ab, qui lui est soudé. Ce tube s'ajuste par une extrémité rodée à l'éincri dans un serpentin CS ipii aboutit à un réservoir R surmonté d'un tube ouvert à l'extérieur. Le serpentin est plongé dans un calorimètre contenant de l'eau, qui est poli extérieuremeoC et, comme les calorimètres déjà employés (fig. 289 et 293), repose par des pointes de liège sur le fond d'une enceinte dont la surface intérieure est éga— . lemcnt polie.
j trous pour livrer passage au tube ab
y*M thermomètre T, est entourC'e par le
cipient en fer blanc à double paroi, qui
Ëtmi pas représenté dans la Qg. 205 et que
«vons déjà décrit précédemment
r fiole est chauffée par une lam])e à
i circulaire G, dont elle est séparée par
i toile métallique EE'.
La fiole est pesée l» vide, 2" avec le li- '. D. On l'ajuste par son tube ab sur (Il serpentin et on chaulTe. Une certaine |<pMulit£ de liquide distille b. la tempéra- I lure d'Ébullition qui correspond à la pres- «ion eilérieure, sa vapeur s'engage sèche I im le tube ab et gagne le serpentin où
lu condense. On pèse de nouveau la I toit avec le li(piide restant. Lu diminu- I tion de niiisse du liquide D donne lu masse m Al li(|uide vaporisé.
L s« uli-ulera par l'équation déj& établie Iplmlunl :
ml + oic (T — 0) = M» — /).
^45. Résultats. — La chaleur de vaporisation d'un liquide luiminae quand la température d'ébuUilion s'élève. Elle devient nulle ^ï pomt critique (404) ; on conçoit qu'à ce point le liquide se vaporise ^"^ d'un coup, puisque sa chaleur de vaporisation est nulle, ^chaleur de vaporisation de l'eau à /• est exprimée par la formule ' ïentitle :
CMALBl'HS UE VAPORISATION SOOS LA PNESSION 76
?^* * Ications . — !• Un va.se on luiton pesant 30 grammes contient jiiii graiiimes Jjt, -^"", on j- plonge 108 grammes d'un corps cbaufTé ù loii"; la tcmpùraluro liniilo fVfc**1j. Oaoilu e*t la cbal«ur npiicilique du corps? Cbaicur »p(icifiquc du laiton 0,UO.
^■f déterminer la température J'un bain en fusion, on y fait tomber un fragment
•*• povinl JdO grummtii que l'on porto enaailo iliins- une musse il« 'J.iU grammes
|rj^ "•• 1^ lcnip<Sraturu finaio est 10". CalduUir lu lumperuluru T du litiiii, en pr«'-
• 032 pour l'haUur )i|>4cilique moyenne ilu platine.
COOBS DE PHYSIQUE
3* Un calorimi'trc contient 7fl grammes d'eau k too, on y varsa sn grammes d'au i âO». La température d'éqailibru est ib". Quelle est la capacité calorifiqae do calorimètre?
4* Combien de calories abaodonnont Sn litres d'air en se refroidissant de ii" i 5*7 Masse du litre d'air W193. Chaleur spécifique de l'air, 0,237.
r>* Un morceau de f^lace pesant 7.?S>' est place dans un calorimètre cont«BUl 2fiii grammes d'eau & -f- â". L'équilibre thermique étant établi, on trouve que la glm pèse 64 grammes de plus qu'au début. Quelle était la tompérature initiale de la gisce? Chaleur spécifique de la glace ii,:i; chaleur latoute de la glace 8Q. On nigligrra II capacité du calorimètre, ainsi que les échanges do chaleur avec l'extérieur.
6* Dans un va.ie métallique eompli^tement entouré de glace fondante on inlrodsil ■phire de cuivre de 3 kilogrammes cbaufTée à tiiOO; l'oau provenant de la fusion d* glace a été recueillio et pesée; sa masse c<!t 'Mil) grammes. Quelle est la chaleur sj Gquo du cuivre? La chaleur de fusion de la glace esl Si).
7* On mélange 3M0 grammes de glace fondante et 70(i grammes d'eau à 100°. Qi sera la température finale du mélange?
8* La Terre reçoit du Soleil, à midi, 3 calories par décimètre carré M par aeeewl*. Quelle épaisseur j-de glace la chaleur solaire pourra-t-ell« fondre en une heure à U liico du sol? Densité de la glace 0,0'2 ; chaleur de fusion de la gince Hil
9* Dans la cavité d'un puits de glace on enferme une masse d'élain de 50 gniaic&O & 100». Quelle est la masse de glace fondue? Chaleur spécifique de l'étain 0,06D.
10* Quelle diminution de volume éprouve un mélange de glace et d'eau ii i1« receiaa ut 150 calories ?
H* Quelle mas«e m de mercure â 100" faut-il introduire dans un mélange de glac» '' d'eau pour produire une diminution do volume de Oi:'',Oâ67?
1:1* Du phosphore est maintenu on surfusioo. De combien de degrés au-dessous ^^ point de fusion convicndra-t-il de le refroidir pour qu'une solidification brusque ran^*" toute sa masse au peint de fusion?
Oo prendra 5,4 pour la chaleur de ftision du phosphore et 0,20 pour sa chaleur spM*' fiqne i l'état solide.
13* Do l'eau refroidie i — W est solidifiée brusquement. Quelle est la fraction de là masse totale qui se solidifie? Chaleur spécifique do la ginre il.h.
14* Dans un calorimètre dont la valeur en eau est 1000 grammes, on bit condeoser 261' de vapeur d'eau b, 10u'>. La lempôraturo initiale du calorimètre est 4", sa température finale 2(1°. Quelle est la chaleur L de vaporisation do l'eau à 100". On oégligen les variations de température par rayonnement et par conductibilité.
\i" l'our élever de 20° à SO'Ma température de 2 mètres cubes d'oau, combien fanl-U y condenser de litres de vapeur k 100° et 70 do pression ? .
La chaleur de vaporisation de l'eau À 100" est 537; on prendra- pour densiU de la vapeur d'oau.
16* Pour porter ^iiii kilogrammes d'eau de II" & 28", quelle masse M de vapeur à 121" faut-il y L-ondonser?
17* Dons tin ealorimèlre à eau on fait arriver 2 kg. de vapeur d'étber i SU"; la température initiale étant 10", à quelle température monio le thermomètre?
Chaleur de vaporisation de l'éther 90
Chaleur spécifique de l'éthor 0,â
18- Quelle est, d'après la lui du Dulong et Petit, la chaleur spécifique de l'Indimn si (on poids atomique est tl3,4?
CHALBOR
