DILATATION DE L'BAU

308. Maximum de densité de Teau. — Le volume d'un liquid diminue quand on le refroidit, par conséquent sa densité augmente L'eau présente une anomalie spéciale. Vers i", le volume «Tum masse d'eau déterminée est minimum et sa densité est m.aximam L'enveloppe dans laquelle l'eau doit être contenue ne permet d'obser ver directement qu'un maximum de densité apparent. Si l'on refroidi simultanément, à partir de 1 J"environ, un thermomètre à mercure et ui tube thermomélrique contenant de l'eau, on voit le niveau des liquide baisser d'abord à la fois dans les deux thermomètres. A un certaii

moment, lorsque le IJiermomèlre à mer cure marque un peu plus de 5", le nivea ' paraît slalionnaire dans le thermomètr à eau. Si l'on continue à refroidir le deux thermomètres, le niveau de l'ea remonte tandis que celui du mercur continue à baisser. Le volume apparen de l'eau dans une enveloppe de verre.M donc minimum vers ,5*. f

On rend manifeste par une mélhod indépendante de la dilatation de l'envj loppe le maxim'um de densité de l'ea vers 4° en prenant une éprouvette 1 renfermant de l'eau et entourée dans s région moyenne par une galerie mé tallique R remplie de fragments de glac

Çig. 230.

(fig. 230). Les parois de l'éprouvette sont traversées par deux thei

CHALEUn

toometres à mercure T et T', doiil l'un est placé à la partie supérieure et l'autre vers le fond. L'eau de l'éproavetle se refroidit à la région moyenne et les deux tliernioiiièlres indiquent un abaissement dt lempéralure ; le Ibermomélre inférieur baisse toutefois beaucoup plus vit«, ce qui tient à ce que l'eau refroidie au voisinage de la paierie devient plus dense et tombe au fond. Mais lorsque le thermomètre inférieur a atteint 4", il s'y arrête, tandis que le thermomètre «upijrieur, après avoir atteint à son toar 'é", continue à baisser. En effet, à partir du moment oit toute l'eau de l'éprouvette est à 4", les couciies d'eau de la région moyenne continuent à se refroidir au-dessous de i", mais elles sont alors plus légères et restent à la partie supérieure.

Pondnnt l'hiver, le refroidissement de l'eau des lacs, des étangs, dc« fleuves, a lieu par la surface ; l'eau refroidie de la surface tombe »u fond, taudis que l'eau du fond remonte. Lorsque toute la masse a ioi par acquérir une température de i", la température se maintient

•dans les parties profondes et la vie peut y persister alors même

ik surface se congèle.

Détermination de la température du maximum de

densité de l'eau. — L'observation de la dilatation de l'eau dans un

lliermomèlre à tige ne permet de fixer d'une façon précise la tempé-

wturedu maximum de densité que si l'on tient compte delà dilatation

^ de l'envi^loppe.

H On introduit du mercure dans une enveloppe thermométrique

■ préalablement jaugée (306). Le mercure introduit occupe à 0" un

f TOinme S|, ; à t", il occupera un volume So + "'•„ qu'on observe. On

"^prime que le volume du mercure à l" est égal à la capacité qu'il

occupe :

^ S.(l-|-,.,) = (S«H-ctg(l-HK,)<".

'^^si donné par une lecture. On déduit 1 -f- K, de l'équation précé- "^- On opère à diverses températures pour obtenir les valeurs

ipondantes de K,.

'** remplit ensuite d'eau la même enveloppe thermométrique et on ^es divisions auxquelles s'arrête le niveau de l'eau à 0" et à l".

X& raianD de l'importaucû de la détcrminatioD préaite de la temp^ratura du maxido la denaitd de l'eau, nous sapposoni ici |i, et K, rigoureusement exprimés en I de la temp«rature.

Soit V, le volume de l'eau à 0*. Désignons par n le nombre de divisions dont le liquide s'est élevé à i". L'équation

où tout est connu, sauf <■>(, peut permettre de le calculer.

(Vo + nCo)(l+K.)

est la valeur V, du volume à t" de la masse d'eau considérée. On obtient ainsi le volume de cette eau à diverses températures, et on reconnaît que ce volume est minimum à 4".

La masse de l'eau renfermée dans l'enveloppe thermométrique étant constante,

La densité de l'eau à 4° ayant été prise égale à 1 , sa densité à 0* est 0,99987 ; à 8*>, la densité de l'eau est très sensiblement la même qu'à 0". Dans une enveloppe de verre, c'est à 0° et à 10* que le volume apparent offre des valeurs à peu près égales. On voit qu'entre 0* et 10* un même point d'aflleurement de la colonne liquide dans un thermomètre à eau correspondrait à deux températures différentes ; cela exclut l'emploi de l'eau comme substance thermométrique.

Rappelons que le gramme ne représente la masse d'un centimètre cube d'eau que si cette eau est à 4". Pour toute autre température, une masse d'un gramme occupe un volume supérieur à 1 centimètre cube.

DENSITÉS DE l'eaD ENTRE 0* ET lOO*

80' 0,999886 iO.OO 0,95865

En maintenant par surfusion (354) de l'eau liquide dans une enveloppe thermométrique jusqu'aux environs de — 200, on a pu constater que l'eau continue à se dilater au-dessous de 0". *

Les dissolutions salines aqueuses offrent comme l'eau pure un maximum de densité. Le maximum de densité s'abaisse plus rapidement que le point de

CHALEUR

nag^lation ; pour l'eau de mer, le maximum de densité a lieu à — 30,7 et la I aittgelalion à — i'^,9.

U pression rabaisse la température du maximum de dcnsitC- de l'eau ; sous I do pretsions suffisamment fortes, le volume 4 0" Gnit par devenir moindre [(p'i4'.Le miixiroiun de densités'abaisse de 1* par SOatmosphères de pression,

310. Mesure directe de la dilatation cubique des solides. — Le

I ttienaomCtrc à poids a servi à déterminer le cocfilcieiit de dilatation cubique [Je quelques «olides, non attaquables par le mercure. Le solide est introduit l^le tlierninroÈtre sous la forme d'un cylindre C, avant que le tube effilé

Sm.'XMSSSi^SSiauPMtfi^^j»,

££mm.-

■ii:jjmiiî<ii:^f:.

iMg. :.ii.

tiouilt. L'appareil est rempli de mercure à la façon ordinaire. Désignons rMlo masse du mercure contenu dans l'aiipareil dans la glace fondante lit;. 331), par Do sa densité à O* ; soient m la ma.sse du solide, (I„ sa densité

l»(l',r»on coefficient dedilatatiûn cubique; ■;-;-+ -p représente la capacité

iBitncurede l'enveloppe â 0».

EochaulTiini a f, il sort une masse M' de mercure que l'on pèse. MpnniDiis que la 8<imme des volumes à t" du mercure restant et du métal »lt'!{»Jea la capacité intérieure de l'envelopjie qui les renferme :

(^t« 6quation permet de calculer le cuefTicient de dilatation cubique x. On Mwcnnmé préalablement K<.