MESURE DU CALORIQUE SPÉCIFIQUE

299. On entend par calorique spécifique les quantités diverses de calorique qui paraissent exister dans des poids égaux de différens corps qui se trouvent h la même température. On nomme capacité calorique la faculté que possèdent ainsi les divers corps de contenir , sous la même température , des quantités différentes de câlorique. On compare , en cela , les corps à des vases de capacités très différentes, qui Communiquent entre eux , et dans lesquels un liquide se met partout au même niveau , quoique les petits vases en contiennent très peu , comparativement aux grands vases.

DE LA MESURE

Il est facile de s’assurer que les différens corps n’ont pas la même capacité calorique. En effet, si l’on mêle un kilogr. d' eau à 5o°avec un kilogr. d’huile de baleine à ioo°, le mélange se trouvera à 67° , tandis qu’il devait se trouver à 75. Ainsi, l’eau aura gagné 170 de température , et l’huile en aura perdu 33. Or, comme les 17° d’élévation de température que l’eau a éprouvés ne peuvent provenir que des 33° que l’huile a perdus, il s’ensuit qu’une quantité de calorique qui élève l’huile à 33° , n’élève l’eau qu’à 170. On dit alors que la capacité calorique de l’eau est à peu près double de celle de l’huile. Ces différences sont quelquefois encore beaucoup plus saillantes ; car, si l’on mêle 1 kilogr. d’eau à 34° avec un kilogr. de mercure à o°, le mélange se trouvera à 33° ; en sorte qu’il aura suffi du calorique qui produit un seul degré de température dans l’eau pour en produire 33 dans le mercure.

Les faits que nous venons de citer se trouvant dans le même ca que les poids spécifiques, et n’indiquant que des rapports entre les quantités de calorique qui élèvent différens corps à la même température , il a fallu adopter une unité de comparaison , et on est convenu de désigner par 1,000 le calorique spécifique de l’eau ou de l’air, suivant que l’on adopte l’un de ces deux corps pour lui comparer les autres.

j\ous indiquerons d’abord les différentes méthodes de déterminer le calorique spécifique ; nous donnerons ensuite les lois générales qu’on a pu reconnaître jusqu’à présent, et enfin les résultats d’expériences les plus dignes de confiance.

La première méthode qui ait été employée pour déterminer le calorique spécifique des corps est celle de Black et de Crawford , qui consiste à multiplier des expériences semblables à celles que nous venons d’indiquer, c’est-à-

DU CALORIQUE

dire à mêler des poids connus de différentes substances à diverses températures , et à noter exactement la température obtenue. Elle n’est jamais précisément la moyenne des deux températures primitives , et la capacité calorique de chaque corps est en raison inverse de la température à laquelle il se trouve après le mélange. Ces expériences exigent que les vases qui contiennent les liquides soient à la même température qu’eux : elles doivent être faites très rapidement pour éviter les changemens de température spontanés; enfin, elles ne peuvent guère s’exécuter que sur des corps liquides.

La seconde méthode a été imaginée et mise en usage par Lavoisier et de Laplace, à l’aide d’un instrument qu’on a nommé calorimètre de glace. Elle est d’une grande importance et fondée sur des principes particuliers.

Nous savons que la glace * pour passer à l’état liquide

sans changer de température, absorbe une quantité de calorique qui pourrait élever le même poids d’eau liquide à 7Ô°. D’une autre part, différens corps échauffés* à la même température doivent , en se refroidissant jusqu’à zéro , laisser dégager des quantités différentes de calorique , et par conséquent ils sont susceptibles de fondre des quantités différentes de glace. Si doue on pouvait enfermer successivement. par exemple , un kilogr. de mercure et un kilogr. d’eau à 3o° dans une sphère creuse de glace , on trouverait , en les laissant refroidir tous deux jusqu’à zéro , que l’eau aurait fondu trente-trois fois plus de glace que le mercure. C’est précisément cette expérience que Lavoisier et de Laplace ont réalisée au moyen de leur calorimètre.

Cet instrument , qui est représenté fig. \ 21, est composé d’une grande capacité A CD B, qui en contient une plus petite A' C D IV. L’intervalle qui sépare ces deux vases est rempli de glace pilée, formant une enveloppe qui

DE LA MESURE

s’oppose absolument à ce qu’aucune quantité de calorique pénètre de l’extérieur à l’intérieur de la machine ; car ce calorique serait employé à fondre une partie de cette glace sans élever sa température. L’eau qui en résulterait pourrait s’écouler par le robinet R. Au dedans de cette pre mière enveloppe de glace se trouve placé un vase A" C" D" E" en grillage , dans lequel on peut déposer le corps chaud après qu’on l’a environné déglacé pilée. Un petit couvercle creux ferme la cavité interne et se recouvre de glace ; un plus grand couvercle ferme la cavité externe et se recouvre aussi de glace. Dans cet état de choses , si la glace qui environne immédiatement le vase A" C" D" B" vient a fondre, ce ne pourra être qu’en absorbant le calorique du corps chaud , et l’eau qui en résultera pourra s’écouler par le robinet R., sans communication avec l’enveloppe extérieure.

On conçoit qu’avec une semblable machine on peut mesurer les quantités de glace fondue par toutes sortes de corps chauds , liquides , solides ou même gazeux, et même par des animaux qu’on enfermerait dans la machine , en alimentant leur respiration par un courant d’air. Les expériences faites par cette méthode méritent un haut degré de confiance, à cause des masses considérables sur lesquelles il est permis d’agir : elles n’ont d’inconvénient que la nécessité de se procurer de grandes quantités de glace , et l’inexactitude qui peut résulter de ce que la glace , encore solide , peut rester mouillée d’une plus ou moins grande quantité d’eau liquide. On obvie à cette dernière imperfection , en laissant égoutter l’eau pendant un temps égal dans les expériences comparatives.

La troisième méthode est celle de Rumfort , et sa machine porte le nom de calorimètre d’eau ; elle consiste en

une caisse métallique pleine d’eau, dans le fond de laquelle circule un canal horizontal qui a deux ouvertures , une

DU CALORIQUE

pour introduire les corps, et l’autre pour leur donner issues Elle est particulièrement applicable à la mesure du calorique spécifique des gaz ou des vapeurs. Pour en faire usage , il suffit de faire passer dans son canal horizontal des quantités connues de gaz à une température déterminée , et d’observer réchauffement de la masse d’eau du calorimètre. Pour éviter les acquisitions ou les pertes de calorique provenant de l’extérieur , on met le liquide , au commencement de l’expérience, à 5° au dessous de la température de l’air , et on termine l’opération au rftoment où cette température est à 5° au dessus ; en sorte que les acquisitions et les pertes puissent se balancer exactement. Il faut aussi tenir compte de la capacité calorique du vase qui s’échauffe, et représenter son poids par un poids relatif d’eau, que l’on suppose ajoutée à celle qui remplit la machine.

On peut appliquer cette méthode à la détermination de la quantité de calorique développée pendant la combustion: il suffit pour cela de faire commencer le tube horizontal par une sorte d’entonnoir situé au dessus du corps qui brûle , comme on le voit ( fig. 122).

Une quatrième méthode a été employée par MM. Petit et Dulong avec une perfection que n’y avaient point apportée les physiciens qui s’en étaient déjà servis. Elle consiste h. observer la durée du refroidissement de différens corps élevés à la même température. On conçoit, en effet, que ce refroidissement, qui dépend principalement du rayonnement, et dont la rapidité est proportionnelle à l’élévation de température , doit avoir une durée précisément relative à la quantité de calorique qui produit cette température dans les différens corps. Mais comme le rayonnement est modifié par la nature des surfaces et par la propriété conductrice de la masse qui se refroidit, MM. Petit

DE LA MESURE

et Dulong ont obvié à ces causes d’erreur, i° en enfermant les corps liquides, ou en poudre, dans un petit vase d’argent qui offre toujours la même surface ; 2° en n’agissant que sur de très petites masses. Mais comme alors le refroidissement aurait été trop rapide dans l’air , ils ont fait leurs expériences dans le vide.

On a pu remarquer jusqu’ici un certain nombre de circonstances qui se retrouvent toujours dans les phénomènes relatifs au calorique spécifique.

Un corps solide ou liquide n’a pas précisément la meme capacité calorifique à toutes les températures, dette capacité augmente d’une manière très peu sensible de o° à 5o°; elle s’accroît plus rapidement de ioo° à 200° , et de 200° à 5oo°. Cet accroissement paraît dépendre de l’augmenta lion de volume du corps , et c’est pourquoi il est peu considérable dans les solides et les liquides , qui se dilatent peu.

Les gaz augmentent considérablement de capacité calorique quand on les dilate , et réciproquement. C’est pourquoi ces gaz dilatés se refroidissent beaucoup, tandis qu’en les comprimant avec force on peut produire de très hautes températures. Ces phénomènes deviennent sensibles dans le récipient de la machine pneumatique, où le thermo' mètre s’abaisse quand on fait le vide , et s’élève quand on laisse rentrer l’air. Dans le briquel pneumaiique, on réussit à enflammer de l’amadou par la seule compression rapide de l’air contenu dans le cylindre.

Quant aux vapeurs , M. Clément-Désormes a démontré que leur capacité calorifique était inversement proportionnelle à leur volume : comme en même temps il a prouvé que la vapeur ne changeait pas d’état par les dilatations et les compressions exercées dans les conditions convenables, i\ est devenu par là très probable que le calo

DÜ CALOÎIÎQÜE.

rique qu’on nomme spécifique existe seul dans les vapeurs, et qu’il ne s’y trouve pas, comme Black l’avait pensé, de calorique latent ou combiné que l’on puisse distinguer du calorique libre ou de température. Ce savant rejette , en conséquence , le système du calorique latent , et pense que tous les phénomènes s’expliquent en admettant que les corps qui changent d’état changent aussi de capacité calorique; en sorte que la vapeur d’eau , par exemple , aurait , à poids égal , une capacité calorique représentée par 5,5o , si la capacité calorique de l’eau liquide h 1 oo° est 1 .

Il paraît que le même corps , dans deux états difFérens , peut avoir des capacités caloriques diverses , indépendamment de la grande différence attribuée par Black au calorique latent. Ainsi Kirwan a trouvé qu’en mêlant de la glace à o° avec de l’eau chaude, et tenant compte du calorique nécessaire pour fondre la glace , la température du mélange était toujours un peu plus élevée qu’elle ne devrait être. Il a conclu de ses expériences , que la capacité calorique de la glace était à celle de l’eau liquide comme 9 est à 10.

Les corps de nature différente ont tous aussi des capacités caloriques diverses. On s’en assure aisément par l une quelconque des méthodes que nous avons indiquées , et surtout par les mélanges de Black. Mais MM. Petit et Duîong ont observé un singulier rapport entre les caloriques spécifiques des différons corps et le poids de leurs atomes. 11 résulte de leurs recherches , qu’en multipliant le calorique spécifique de différons corps par les poids de leurs atomes, on obtient toujours à très peu près le même produit. Ainsi , supposant que l’atome d’argent pèse h, 75 , et que son calorique spécifique est o.oôôy , si l’on multiplie ces deux nombres l’un par l’autre, on a pour produit 0,0709. Et si de même on multiplie 12,95, poids de l’a-

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tome du plomb , par 0,0296 , calorique spécifique , on trouve 0,3794» nombre qui approche du premier autant que de semblables recherches le permettent.

Il résulte de cette remarque importante, que la capacité calorique des atomes semble être toujours la même, et que les corps ne présentent de différence sous ce rapport qu’à raison du plus ou moins grand nombre de leurs atomes qui se trouve compris dans un poids donné delà substance qu’on examine.

Il faut remarquer que , pour obtenir la coïncidence que nous venons de remarquer, il est souvent nécessaire de choisir entre différons poids admissibles de l’atome d’un corps , poids qui sont toujours doubles ou sous- doubles les uns des autres. Et, s’il arrivait que le poids choisi ne fût pas le véritable , il resterait encore vrai que les caloriques spécifiques des atomes seraient entre eux dans des rapports très simples, c’est-à-dire doubles ou sous-doubles les uns des autres. Si , en effet, on adoptait pour poids de l’atome d’argent i3,5o, comme on le fait communément , le produit par le calorique spécifique deviendrait 0,7518 , c’est-à-dire le double du nombre trouvé précédemment. Des lois aussi générales sont d’une très grande importance en physique, et méritent d’être vérifiées avec beaucoup d’attention.

On a cherché , dans les diversités de capacité calorique des corps, les explications des nombreux changemens de température qui surviennent dans leurs combinaisons , ét l’on était porté à croire que les corps simples , qui en s’unissant dégageaient de la chaleur , devaient fournir un composé dont la capacité calorique fût beaucoup moindre que celle des corps composans ; ce qui paraît être évident, en effet, lorsque les corps passent , en se combinant , de l’état gazeux à l’état liquide , ou de l’état liquide à l’état

DU CALORIQUE

solide ; mais il s’en faut de beaucoup que cette proposition soit générale , puisque le soufre et le cuivre, par exemple, s’unissent en dégageant beaucoup de calorique , et que le sulfure de cuivre présente une capacité au moins égale à celle des deux corps qui le forment. Il est devenu très probable que la réunion des électricités opposées est une des principales causes du dégagement de calorique dans les combinaisons.

Nous donnons ici les principaux résultats d’expériences sur la mesure du calorique spécifique des corps , quoique nous pensions que tous ces résultats ont besoin d’être confirmés par de nouvelles recherches.

Lavoisier et de Laplace ont obtenu de leurs expériences avec le calorimètre de glace les résultats suivans , le calorique spécifique de l’eau étant 1 ,0000 :

Eau . . 1,0000

Soufre. . . . 0,2085

Fer battu. . . . . 0,1 io5

Etain. . . . ........ 0,0475

Plomb . ' . 0,0282

Mercure. . 0,0290

Mercure (deutoxide) . o,o5oi

Plomb ( deutoxide ) . 0,0625

Chaux vive . . . 0,2169

Verre sans plomb . * . 0,1929

Acide nitrique (poids spécif., 1, 2989). , . o,66i4

Acide sulfurique (poids spécif., 1,87). . . . o,5546

l(L (avec 5 parties d’eau) . o,6o5i

Solution de nitre (nitre 1 , eau 8). 0,8187

Huile d’olive . 0,5096

MM. Delaroche et Eérard ont obtenu , au moyen du

DE LA MESURE

calorimètre h eau, le calorique spécifique des gaz à volumes égaux et à poids égaux, comparé à l’air pris pour unité , ou comparé à l’eau aussi prise pour unité. En voici les résultats.

GAZ COMPARÉS A l’AIR.