CHAPITRE PREMIER

M8. La taupértive c«iifl4Me comme mesura d« degré de chilev. — Les impresions thermiques que nous ressentons au contact des corps sont impropres i nous en faire apprécier le degré de chaleur; elles peuvent bien nous lerroettre de reconnaître si un corps est plus chaud ou plus froid qu'un autre; nais elles ne sauraient servir en aucun cas à indiquer avec exactitude des lifierences déterminées de chaleur.

Nous ne pouvons arriver à mesurer la chaleur que par les effets qu'elle iroduit sur les corps extérieurs. On a choisi dans ce but l'effet le plus (èiiéral et en même temps le plus facile à observer, à savoir la dilatation. fais, comme les différentes substances se dilatent de quantités très inégales, »ii est convenu de rapporter toutes les mesures thermiques à la dilatation Tan seul f t même corps, le mercure^ ou mieux Vatr. On obtient alors le lagré de chaleur d'un corps en mesurant la dilatation que subissent le urcure ou l'air lorsqu'on les met eu contact avec lui.

On appelle température d'un corps un état d'équilibre particulier dans aqael le corps ne perd ni ne gagne de chaleur, et dans lequel il possède lu volume déterminé ; en d'autres termes, c'est l'état actuel ou l'intensité le la chaleur sensible dans le corps considéré.

t4S*. Thermomètres à Uqaide. — [On désigne sous le nom de thermomètres \m instruments destinés à mesurer la température.]

En remplissant de mercure chimiquement pur, jusqu'à une hauteur lèterminée, un réservoir sphérique ou cylindre en verre surmonté d'un mbe capillaire, dont le calibre soit partout le même, on a un thermomètre \m pins simples ; le tube porte le nom de tige. On ferme hermétiquement Vxtrémité supérieure du tube, pour que le mercure ne puisse pas s'échapper lii dehors quand on incline l'instrument. Il importe, en outre, quel'intérieur hi tube soit complètement purgé d'air ; car le gaz, emprisonné entre le iMTCureet l'enveloppé de verre et dilaté sous l'influence d'une augmentation le température, contribuerait, par ses changements de volume, à faire varier e niveau du liquide. Pour enlever tout l'air^ on chauffe le réservoir jusqu'à M qu'il atteigne un degré de chaleur un peu supérieur aux températures m plus élevées que le thermomètre est destiné à mesurer, et on ferme le «be à l'endroit même où s'arrête alors le niveau du mercure. Quand ensuite e liquide se contracte par le refroidissement, il laisse un vide au-dessus le lui.

En plaçant le long de la tige une échelle divisée, on a un instrument qui

peut servir à comparer entre elles des températures dififérentes. Lurdque le réservoir est mis en contact avec un corps d'une température supérieure a celle du mercure, ce métal se dilate et s'élève dans le tube thermométrique au-dessus du niveau primitif; si, au contraire, le corps est moins chimi que le mercure, ce dernier se contracte et son niveau baisse. Toutes les fois que le niveau du mercure correspond à la même division, la temp(^ rature est aussi la même.

Afin de rendre les indications de tous les thermomètres comi)a râbles entre elles, on a choisi pour base de la graduation de Téchelle deux points fix» répondant à des températures toujours identiques, savoir : d'une part, la température de l'eau lors de son passage de l'état solide à l'état liquide, c'est-à-dire la température de la glace fondante; d'autre part, la température d'ébullition de l'eau distillée sous la pression normale d'une atmosphère, car le point de fusion et surtout celui de rébuUitioii varient avec la pressioft atmosphérique. On a constaté, en effet, qu'un tiiermomètre, construit de la manière qui vient d'être indiquée, donne toujours les mêmes indications pour ces deux changements d'état de l'eau, d'où il faut conclure que les températures correspondantes sont constantes. A l'aide de ces deux pointât fixe», tous les thermomètres, quelles que soient leurs dimensions absolues oo relatives, peuvent être gradués de façon à fournir des indications coDOordantes.

On procède à la graduation d'un thermomètre de la manière suivante : On entoure l'instrument d'abord de glace fondante : la colonne de me^ cure baisse, et quand elle est devenue stationnaire, on marque le point oi son niveau s'arrête. On plonge ensuite le thermomètre dans la vapeur ti'ein bouillante : le mercure monte dans le tube jusqu'à un point qu'on marfiu sur la tige. Les positions des deux points fixes étant ainsi trouvée», ob marque 0 au point inférieur, 100 au point supérieur, et on divise Tiulervalle en 100 parties égales : l'instrument ainsi gradué est connu sous 1<* nom de thet-momèire centigrade ou thermomètre de Celsius.

Le tbermomètro centigrade e»t celui dont oa fait ^éuéraleDieut usage daus les reclMtek* tcientiliqucs. On empKtie oucore sur le oontineut le thermomètre de RéAiiiuur« dam )t^ rintervalle entre les deux {toiuts fixes est partagé en 80 parties égales. En Augletent os u sert de prérêfeuce du thenuomètre de Falireuheit, dont le dogn^ '32 correspond a la rature de fu^ûou de la glace, et le degiv 21:2 à la température d*ébulliUou lie Teau, de qne rinlerralle entre les deux points fixes comprend 180 degrés. On vuii donc que 1* grade équivaut à O-'.S Rêaumur et à l^'.S Fahreubeit. Pour convertir les degrés FahraM en degivs des deux auti'es échelles, il faut, eu outre, retrancher 3â du numbre dobae. Pv

conséquent, oa a:C = -j- H. — -^ [F — 32i, eu désignant par C, R et F les àeptt

correspoudaut à une uicmo t<nn[>erâture |K>ur les trvâs échelles thermométriques.

[U existe uue quatrième échelle usitce eu Russie, celle de Delisle, qui a les mèiMi poiit* fixes que le thermomètre ^*eutigrado, luais qui est dirisée ou ibi) degrés ; eo outre, k wr» aat inscrit ou regard da {Ki^ut dVbuUiti.*u de Teau, de sorte que la graduation est

Tout Ihermomètrt» con:>truit comme nous venons de Texposer» douw J« indications indè)H^udantes du volume du réservoir et du calibre du tube. Eb oflet, quand un thermomètre' indique une élévation de températore du U«gré centigrade, jar oxoiujde, wla si^'..itîo simplement que raccroisst-roeol

ampérature observée correspond à un changement de volume du mer- ) égal à la centième partie de la dilatation qu'éprouve ce liquide en Mmt de la température de la glace fondante à celle de la vapeur d*eau Olante.

I va de soi que la graduation du thermomètre peut être prolongée de t et d'autre des deux points fixes ; on fait précéder du signe — les dei qui répondent à des températures inférieures à zéro, et du signe + les rés situés au-dessus.

e thermomètre à mercure ne peut servir que pour les températures comes entre le point de congélation du mercure et son point d'ébuUition. Le cure se solidifie à — 39®5 et bout à -+• 360*» ; la température a mesurer rocbe-t-elle de ces limites, on ne peut plus faire usage du thermomètre lercure ; il faut alors avoir recours au thermomètre à alcool pour les je« températures, et au thermomètre à air pour les hautes températures

I graduation du thermomètre, telle qu*on Ta indiquée plus haut, suppose q^e le tube a iement le même calibre dans toute sa longueur ; c*cst à cette condition seulement que [ue degré de l'échelle répond à une même variation de volume du mercure. Lor^qull itde mesui-er la température avec une gran ie précision, il faut vérifier si le tube thermoique est parfaitement cylindrique, et dans le cas où il ne Test pas, on doit tenir compte variations de calil)re. On procède à cette vérification en promenant successivement dans î la longueur de la tige une petite colonne de mercure, qui, si le tube est parfaitement idrique, conserve exactement la même longueur dans toutes les positions où on Tamène; le cas contraire, on fait avancer successivement la colonne de meix^ure d*unc quantité e à sa longueur, et on marque chaque fois les points correspondants aux extrémités I colonne ; les intervalles compris entre deux traits consécutifs représentent ainsi des ies d*égalc capacité. Cet essai peut se faire même sur un thermomètre déjà construit: on [u*à ix'fruidir le réservoir en le plongeant dans la glace fondante pendant qu*on chaufie "ement le tube : en imprimant alors une secousse brusque à Tinstrument, on voit la colonne lercure se détacher ordinairement juste au niveau du point de jonction du tube arec le rvoir.

us chaque thermomètre à mercure, la grandeur du réservoir doit être proportionnée amètre de la tige. En effet, plus le réservoir est petit, plus le tube doit être étroit, pour a longueur du degré reste la même. Aussi, à égalité de volume du réservoir, les sobdiis du degré pourront-elles être d*autant plus nombreuses que le tube sera plus fin. Le : des dimensions relatives du tube et du réservoir est déterminé par Tusage auquel est té riustrument. Les thermomètres à grand réservoir et à tube large sont les plus faciles Miruire, mais plus leur masse est considérable, plus il leur faut de temps pour se mettre [uilibre de température avec le milieu ambiant ; aussi les instruments de ce genre ne ent-ils leur emploi que dans les cas où une très grande précision n*cst pas de rigueur, les circonstances permettent de prolonger le contact du thermomètre avec le corps dont lerche à évaluer la température ; c*est ce qui a lieu, par exemple, quand il s*agit de rer la températui*e de Tair.

Ià\ ncmomètrefl médicavz. — La détermination de la température du s de l'homme et des animaux exige des instruments à la fois plus 18 et plus sensibles, c'est-à-dire des instruments qui permettent d'évadé très petites différences de température, et qui donnent leurs indicai avec une grande rapidité. On choisit à cet effet, des thermomètres a capillaire extrêmement fin, et dont le résenoir ait une capacité très e et des parois excessivement minces. Dans ces conditions, si on coniit l'échelle thermométrique dans toute son étendue, depuis le point de

fusion de la glace jusqu'à la température d*ébullition de Teau et au (

serait obligé de donner à l'instrument une longueur démesurée qui

drait le maniement peu commode.

Thermomètres a échelle fractionnée. — Pour éviter cet incoi

on règle le thermomètre de manière qu'il n'embrasse qu'un petit nm

degrés, et que ces degrés répondent ai pératures qui sont à mesurer dans let ches auxquelles est destiné rinstrumai ainsi ce qu'on appelle un thermomètre è fractionnée. Veut- on, par exempte, miner la température des animaux chaud, on sait à l'ayance que, dans « a affaire à des températures qui ne d« pas au-dessous de -4-35"* et qui ne dépas + 45". Il suffira donc d'employer un mètre dont l'échelle s'étend depuis 1 •+- 35 jusqu'au degré + 45.

[La figure 333 représente un themu mercure spécialement destiné aux be la pratique médicale ; l'échelle n'embr l'intervalle compris entre — ^[10* et + degrés sont tracés sur la tige même strument, ainsi que cela a lieu pour thermomètres de précision. Pour le | contre les causes de rupture, on le r dans un étui métallique. L'échelle du mètre médical de la figure 334 est en cinquième de degré, et s'étend depui jusqu'à 4- 45*».

Depuis une quinzaine d'années, on < pour l'usage médical des thermon échelle fractionnée et à maximum foi

ThT™JSir. Th^Jornèt^médi- le même principe que le thermometn

médical «•» * échelle fwc- tatique à maxima (voy. plus loin), et

fAl»L .»".i-i^n.' diffèrentqueparlagraduation.Dansce

^'?^- l'échelle est arbitraire, tandis que

thermomètre médical à maximum, on a adopté l'échelle ceutig qui permet de connaître la température par une simple lecture.)

La méthode de gi-aduation que nous avons indiquée plus haut et qui exige la ait expérimentale des deux points fixes, celui de fusion de la glaoe et eelui d*ébiillilioi n'aet évidemment pas applicable aux thermomètres à échelle friKtionnie dont il y question.

Ces derniers doivent être gradués par comparaison avec un thermomèira é nomme ainsi un thermomèti*e construit avec le plus grand soin, et qa*on a gradai minant directement les deux points fixes, et en tenant compte des variationi àê tube. Pourprocéder à une graduation par comparaison, on plonge le thm moiiitoi et le thermomètre étalon dans un même bain qu*on porte à la températnra mélange en proportion convenable d*eau froide etd*eau chaude. Quand lea

Uea des deux thermomètres sont stationnaires depuis un temps ralBaaiit,<

liérfttiire ne ▼aria pluB et qu'elle est la même pour lea deux instruments; on marque la tige du thermomètre à graduer, au point o& s'arrête la oolonne mercurielle, la ire indiquée par le thermomètre étalon ; on recommence la même opération pour degré de température et ainsi de suite.

IMOMETRE A RESERVOIR INTERMEDIAIRE. — Dans les thermomètres e fractionnée dont nous venons de parler, il n'est pas possible de la position du zéro, et pour contrôler leurs indica- 1 est obligé de les comparer de temps k autre avec momètre étalon. Le thermomètre à réservoir intere (fig. 335) a été imaginé précisément dans le but r un instrument k échelle fractionnée, qui permit le temps la vérification du zéro. Au-dessous des dont on a k faire usage on a ménagé dans le tube nétrique un réservoir destiné k loger une quantité ure suffisante pour que le zéro puisse être marqué ( sur la tige même de Tinstrument.] IMOMBTRES METASTATIQUES. — Les thermomètres tiques de Walferdin sont aussi des thermomètres e fractionnée ; mais, outre leur exquise sensibilité met d'évaluer facilement le deux- centième et B millième de degré, ils présentent l'avantage de servir en toute circonstance, k quelque degré lelle que corresponde la température k mesurer, ) qu'un seul instrument de ce genre, quoique ayant e de très faible longueur, remplace toute une série i thermomètres k échelle fractionnée.

hermomèlre métaslatique à mercure (flg. 336, t B) se compose d'un très -petit réservoir soudé k I, dont le calibre intérieur est si capillaire qu'une n de température de quelques degrés suffit pour rcourir à la colonne mercurielle toute la longueur ge. Le tube se termine par une petite ampoule. La 3 de mercure renfermée dans l'instrument doit être te pour remplir le réservoir, le tube et une partie poule, même k la température la plus basse que it avoir k évaluer.

se servir de l'instrument, il faut chaque fois en régler la course^ ière que le sommet de la colonne mercurielle se trouve dans la tige s températures k mesurer. S'agit-il, par exemple, d'évaluer des itures comprises entre 35"* et 42^, on chauffe le thermomètre un peu de 42^ ; le mercure doit alors remplir tout le tube avec le réservoir Mirtie de l'ampoule (fig. 336, 1 , A). Quand l'équilibre est établi, on 'efroidir l'instument, et on lui imprime une secousse brusque qui effet de briser la colonne mercurielle au niveau du point rétréci où ice l'ampoule; le mercure contenu dans celle-ci y reste, tandis rie refroidissement, le niveau du liquide situé au-dessous s'abaisse 6, 1, B). Le thermomètre est alors prêt k fonctionner « et on l'emploie un thermomètre ordinaire. — Il ne reste plus qu'k convertir en

Fia. 835.

Thtrmomèira à réMr.

Toir IntarmMiaiM.

degrés centigrades les indications fournies par le thermomètre métasUliqae, car cet instrument porte une échelle entièrement arbitraire; la tigt t?t , j, ,i[ ]v simplement divisée en parties de-

gale capacité.

Pour effectuer cette transfonution, on plonge l'iDstrument diu thermomètre étalon dans un m^ bain d'eau, dont la température lut voisine de celle qui a èlê mesurée:

on note le degré marqué par \t thermomètre étalon et la diritioi correspondante du tfaermomêtn métastatique ; la température ayitl baissé d'un degré, on note de maveau les deux indications. Par et mojen, on connaît la tempéntnit correspondante à une division déterminée de l'échelle métastatique.

ainsi que le nombre des diriiiov qui représente 1" centigrade. Cb simple calcul de proportion nSt alors pour convertir en degrés centigrades les indicationsdu thermomètre métastatique. Cet iiistnimeot k donne pas au delà du 200* df itp*. Le thermomètre à maxima it Walferdin (fig. 336. Il, C) estent struit d'après le même priodp!

que le précèdent; il n'en dîflen que par la présence d'un index dr mercure séparé du reste de la co lonne mercurielle. Quand la leopérature s'élève, le mercure, tt montant, pousse l'index sans s'ntiir à lui ; et si la température baisie, li colonne mercurielle descend, t»u entraîner avec elle l'index, qui. pu suite de l'ètroitesse du tube, mlf dans la position où il a été aoeot tl indique ainsi le maximum de Ii température à laquelle a été $oumi> l'instrument. Pour obtenir eel index, on chauffe le réserroir jusqu'à ce que le mercure pènéînun peu dans l'ampoule; on donne alors un coup sec pour détacher le Mmnirt de la colonne ; puis, dès que celle-ci est redescendue li'une très petite bi!teur, on (ait rentrer à sa suite dans le tube la portion de mercure qui l'^iirestée dans l'ampoule ; un obtient ce résultat eu chauffant l'ampoule.

na.33a.-Tb*rnon»tmn«taa — I (A, B),Tb*niioiD«ln m.U Il (C), Tli.ni.oni*tr« i imiin.

Tbennomtlnt lutliitaliqus à nttaiomilrt mcUilat qnr à

Le thermomètre à maxima qui vient d être décrit ne peut pas être réglé Dur telle température qu'on désire ; son emploi est donc borné aux tempéitares correspondantes k la portion de l'échelle centigrade pour laquelle a été construit. M. Walferdin a imaginé un thermomètre métastatique à ouble ampoule, qui réunit les avantages du thermomètre métastatique k mxdu thermomètre à maxima. Pour remplir ce but, il suffit de disposer h

partie supérieure du tube deux ampoules (flg. 336, III, A', B', C, D) : plus élevée sert à loger le mercure qui ne doit pas servir dans !es condi- >ns de l'expérience, et permet ainsi dérégler l'instrument pour la tempéraire voulue ; la seconde est destinée ix la formation de l'index qui produit le lermomètre à maxima.

Le thermomètre représenté en E (fig. 336, lY) est encore plus sensible te les précédents, grâce à l'emploi de l'alcool, qui permet de réduire tyantage le calibre du tube et d'apprécier ainsi les millièmes de degré. 38 mouvements de la colonne alcoolique sont rendus visibles par un tout ttit index de mercure b] .

M3. Dllatatioii des eorpt flolidet par la chalevr. — GoeflGâmt da dflaUtioii litlrt et cibiqae. — Un corps solide se dilate dans toutes les directions par 4kt de la chaleur. Ordinairement la grandeur de la dilatation est la même ins tous les sens ; elle ne présente de différence que dans les corps, tels le les cristaux, qui possèdent des axes d'élasticité inégaux. On mesure la dilatation des corps par la chaleur en déterminant soit ]eur llalation linéaire, c'est-à-dire l'allongement qu'ils éprouvent sous Tinlence d'une élévation de température donnée, soit la dilatation cubique, est-à-dire l'augmentation de volume produite dans les mêmes conditions. On appelle coefficient de dilatation linéaire, l'allongement qu'éprouve mité de longueur d'un corps, quand sa température s'élève à 1*, et coeffi- '€nt de dilatation cubique VsLUgmeniaiiion de l'unité de volume dans les émes conditions.

De nombreuses expériences faites sur différents corps ont montré que ces lefiBcients sont sensiblement constants dans l'intervalle de 0® à 100°, c'estdire que l'allongement de l'unité de longueur pour une élévation de tempetture de 1° est toujours le même^ quelle que soit, entre ces limites, la temîratare initiale du corps, par exemple, 0® ou 100<^. 11 s'ensuit que la dila- Uion des corps est proportionnelle à leur élévation de température. Si dilatation de l'unité de longueur ou de volume pour un degré est A, elle n /it pour une élévation de l degrés.

Nous avons choisi, pour mesurer la température, la dilatation du merire. Nous voyons donc que la loi de la dilatation des corps solides est même que celle de ce liquide ; mais cette loi n'est plus suffisamment :acte lorsque la température dépasse celle de Tébullition de l'eau : k irtii* de ce 'point, les corps solides se dilatent plus rapidement que le ercure.

Bsa

DumW tableau suivant noua avoua réuni lea ooeffidenta de dilaUtioa ■olidea, dana rinlervalle de O» à iOQo.

deqnelfH

svisuacct

McrnciMTs

Bois de sapin •

Plint Qlass . .

Verre blanc . .

Platine. . . .

Acier trempé .

Acier recuit . •

tUUTAICCS

cacfFiaoïi

Fer doux forgé. . . .

Or

Cuivre

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Argent. «

Plomb ••«...

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