CHALEUR SPÉCIFIQUE

aatant de clialeur pour échaufifier de 99'' à lOO une certaine masse d'eau que pour Tamener deO** à 1®. C'est ce qu'il est facile de prouver au moyen de l'expérience suivante : on mêle ensemble 1 kilogramme d'eau à 100" et i kilogramme d'eau à 0^, et on trouve que le mélange prend une température de 50 degrés.

Nou» pouvons donc définir d'une manière générale la calorie : la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1 degré la température (Vun kilogramme d*eau.

Tous les corps solides, liquides et gazeux, pourvu qu'ils ne changent pas d'état, présentent cette même constance delà quantité de chaleur nécessaire pour les échauffer de 1"*, quelle que soit leur température initiale ; nous ne tenons pas compte ici des légers écarts dont il sera parlé plus loin. Aini^i, le mercure à l'état solide exige, pour s*échauffer de 1 degré, une certaine quantité de chaleur, toujours la même, que la température monte de — 100** à — ^99" ou de — 41** à — 40** ; si le mercure est liquide, il lui faut, pour élever sa température de 1", une quantité de chaleur différente de la première, mais constante dans toute l'échelle thermométrique ; enfin la quantité de chaleur qui échauffe de 1 degré la vapeur de mercure est encore autre, et néanmoins invariable.

Ul. Ce qu'on entrad par chaleur spéciflqae. — Nous avons déjà fait remarquer, quand il s'est agi de choisir une unité de chaleur (cf. § 258), qu'il but des quantités de chaleur très différentes pour échauffer d'un même nombre de degrés des masses égales <le différents corps. C'est là un fait que nous apprend l'obsen-ation.

Supposons, en effet, qu'à 1 kilogramme d'eau à 0^, nous ajoutions son poids d'eau à 100°; le mélange prendra une température de 50^; si nous voulons élever 1 kilogramme d'alcool à ()<^ à la même température de 50®, nous n'aurons besoin que de 0*^^,014 d'eau à lOO"*; enfin, pour obtenir le même résultat avec <lu mercure, il suffira de 0^*^,033 d'eau bouillante. Ainsi, pour échauffer de 50° la même masse d'eau, d'alcool et de mercure, il aura fallu des quantités de chaleur respectivement égales à 1 calorie, 0^,614, et 0^,033. Autre exemple : 1 kilop:ramme de fer à 100", plongé dans le même poids d'eau à 0", produit une température commune de 10°; si, au lieu de fer^ x>n immerge du plomba 100", la température finale n'est que de 3°. Voilà, par conséquent, des poids égaux de fer et de plomb qui, tout en étant à la mêmQ température de 100", renfermaient des quanlitês de chaleur différentes, puisque le fer» après avoir cédé 10 calories à l'eau, se trouve encore à la température de 10^, tandis que le plomb, qui n'a perdu que 3 calories, est descendu à 3".

On appelle chaleur spécifique ou capacité calorifique d'un corps, la quaotité de chaleur nécessaire pour élever de l°la température d'un kilogramme de ce corps, en supposant qu*il ne change pas d*état.

259'. Chaleur spécitqne des solides, des liquides et des gai. — Nous avons réuni dans le tableau suivant les chaleurs spécifiques d'un certain nombre de corps, d'après les recherches de divers observateurs; elles sont toutes rapportées à celles de leau prise pour unité et re])résentent par conséquent de:» calories.

CHALEUB

SUISTAICES

Eau

ILait (Dalton)]

ISang artériel et veineux (J. Davy)].

ICorps humain (Liebermeister)]. . .

Charbon animal

Charbon de boU

Graphite

Diamant

Mercure

Alcool éthylique

Alcool méthylique

Sulfure de carbone

Acier

Fer.

Z.nc

Argent

Étain* . . . .

Pl<»ib

Air.

Uxvfféne. . . .

Acide carbonique.

Protoxvde d*azct«*.

Aiote

Oxjde de carbone.

Hjdrogèue. . . .

GMLEUIS SPtGIFIlICt

A l'Atat

■OUDB

A L^AT LIQOU»II

o,aios

A Càra

0,UJO 0.4090

On voit, par les nombres ioscritâ dans ce tableau, que les corps qui peo- Teni être obtenus sous plusieurs états possèdent la chaleur spécifique la plus grande k Têtat liquide. On remarque, en outre, que de toutes les sofaitances connues, c*est l'eau à Tétat liquide qui a la chaleur spécifique Ii plus forte.

raiirt ttlMqiaatitésdtckaltir ijovtées. — Noos itods représenta giaphiqueoMBidni la figure 348 les Ta nations de température que ibot éprourer à un rorps des sdditioBf M^

JL,

Jj

1 Jt i

cftaWvr 4an 1m trois étitt.

ijdte dulear.

«*, a/; Ji, a*, etc..

lei qoantîlét de ébêka

CHALEOR SPECIFIQUE

]• corps est h l*état solide; ajoutons une quantité de chaleur égale à ab et soit be la tare correspondante, plus grande que la précédente de la longueur de ; si noui 118 que de représente 1 degré, ab sera la chaleur spécifique du corps à Tétat tfolide. d'ailleurs la température croit proportionnellement à la quantité de chaleur igoutée,

le corps ne change pas d^état, la marche de la température sera figurée par une g^ faisant avec Taxe des abscisses a Xun angle d^autant plus grand que la chaleur le mesui*ée par ab est plus petite. La température yV correspondant au point de toute nouvelle quantité de chaleur qu*on ajoute passe à l'état latent jusqu*à ce que la lie la substance soit fondue; dans cet intervalle^la ligne des ordonnées gh court donc mient à Taxe des abscisses, et la portion yi de cet axe mesurera la chaleur latente do l partir du point t, la température s'élève de nouveau et en raison directe de la chaleur

de sorto que la ligne des ordonnée s ho est une droite inclinée sur l'axe des abscisses; nnic l'état liquide possède une chaleur spécifique plus grande que l'état solide, et que e l'acci-oissemeut de température mit = cd^ qui représente !<>, correspond à une tation de chaleur ik plus grande que ab^ il en résulte que la ligne des ordonnées fait se dod a)>scissc3 un angle plus petit que précédemment. De / en P le liquide se vapoa longueur IF de Taxe des abscisses, auquel la droite op reste parallèle, représente ur latente de vapoiisatiou. La chaleur spécifique diminue de nouveau quand le corps e à l'état gazeux, eu sorte que la ligne des températures pq s'èleve plus rapidement ie le (niAjâi dans l'intervalle correspondant à l'état liquide; pour Teau, parexemple* tresque parallèle à cg,

rus comparons maintenant celte ligue brisée cghopq à celle de la figure 343, qui ate la marche de la dilatation eu fonction de la tempéi*nture, nous remarquons que la iture croit d'une manière continue tant que le volume augmente, mais que les lignes gh i restent pai-allclos à Taxe des abscisses et qui, par suite, indiquent une température aire, répondent aux points de dilatation brusque de la figure 343. Les deux courbes ('agit offrent encore un autre trait de ressemblance : aussi longtemps que les tempéet Icj dilatations croissent d'une manière continue, ces quantités varient toutes deux m dii*cctc des intensités des causes dont elles dérivent ; ainsi la dilatation est propore à l'élévation delà température, et cette dernièi*e à la chaleur igoutée. Dérogation aux lois de la dilatation tt da la température dans Us corps solides, I tt gazeux. — Nous avons vu (^ 243 et suiv.) que la loi de proportionnalité de la >n à la température n'est vraie qu'approximativement. i^i nous prenons pour terme de aisou la dilatation des gaz, nous remarquons s hautes températures un accroissement de la m des solides et des liquides. Des écarts es s'observent dans l'élévation de la tempéramesure que les additions de chaleur devienos considérables; la chaleur spécifique des

de même que celle des liquides, augmente en

avec l'élévation de la température. L'eau est ance dont la chaleur spécifique varie le moins ;

les recherches précises de Rcgnault, l'augon ne serait que de 1 à 1,005, rlans Tinterî 0«à 100 degrés.

>ns les températures sur l'axe des abscisses ad \}) et donnons aux ordonnées des longueurs ivement propoi'tionnelles, d'une part, auxdila-

de l'autre, aux quantités de chaleur correstes; nous obtenons ainsi sur la même figure la des dilatations AA et la courbe des chaleurs ucs SS, et on voit que les deux courbes

9utre elles une certaine analogie de fonne. Elles difierent l'une de l'autre en ce que de a «r l'état solide, la courbe SS s'élève plus rapidement que la courbe A A, tandis que rmière présente une pente plus forte de b en c [K>ur l'état liquide.

ChilMT spècUine des gas à pression constuto et à ? tliM constat. — La

ir spécifique des gaz demande une étude particulière. Les gaz ne

Fte. 349. — parallèle entra la courbe dee dllaUlioat et colle des chaleort tpéoi« llquet SS.

distinguent des liquides et des solides en ce que leur état dépend doq seulement de la température, mais aussi à un haut degré de la pression qu'ils supportent. Les nombres inscrits dans le tableau de la page 588 représentent les chaleurs spécifiques des gaz calculées, comme pour les solides et les liquides, par rapport à l'unité de poids. Reguault a trouvé que la chaleur spécifique ainsi déterminée est la même à toutes les pressions, ï condition toutefois que la pression reste parfaitement constante pendant qu*on échauffe le gaz, c'est-à-dire qu'on permette au gaz de se dilater, autant que l'exige la température à laquelle il est porté. La chaleur spécifique obtenue de cette manière s'appelle chaleur spécifique à pression constanit

Supposons, au contraire, qu'on empêche le gaz de se dilater et qu'on k force ainsi à garder un volume constant. Vient-on à déterminer la quantité de chaleur nécessaire dans ces conditions, pour élever de 1** la température d'un certain poids du gaz, la force élastique du fluide, et, par suite, la pression à laquelle il est soumis, croissent dans le même rapport que cdai suivant lequel augmenterait le volume si la dilatation pouvait s'effedotr librement; on constate que la chaleur spécifique à volume constant eli pression variable est toujours plus petite que la chaleur spécifique à p/'e^îo» constante et à volume variable. C'est ainsi que pour l'air la valeur de li première est environ les 2/3 de celle de la seconde; la capacité calorifique des autres gaz présente une diminution semblable. La cause de cette différence entre les deux chaleurs spécifiques provient d'une différence de» travaux accomplis dans les deux cas ; nous en donnerons l'explication plus loin (cf. §281).

263. Relation entre la chaleor spéciflqae et le poids atomique des corps . — Dolon; et Petit ont découvert entre les chaleurs spécifiques et les poids atomique» de la plupart des corps chimiquement simples la relation suivante: les chaleurs spécifiques des corps simples sont en raison inverse de leurs poids atomiques. On peut encore énoncer cette loi en disant que les poids atomiques des corps simples possèdent la même capacité pour lo chaleur.

Sous sa première forme, la loi de Dulong et Petit, traduite en langage algébrique, nous donne, en effet:

équation, dans laquelle c* représente une constante et G la chaleur spècifiq» d'un corps dont le poids atomique est P. Nous en tirons PG = c, formak qui montre que, si on multiplie le poids atomique P d'un corps par b chaleur spécifique C, le produit PC est un nombre constant. Ce nombre tft égal en moj^enne à (5,4, quand on rapporte les poids atomiques à celui J* riiydrogène pris comme unité.

Le carbone, le bore et le silicium font seuls exception à in loi prtc^ dente. Prenons pour exemple le carbone; le produit de sou poids alomiqn** par sa chaleur spécifique a une valeur qui diffère peu de la moitié du nombre M ; mais, fait plus singulier, on obtient des résultats tout différents, snimi rétat allotropique du carbone qui sert k déterminer la chaleur spécifiqwî

linsi, calculé d'après la chalear spécifique du diamant (0,147), le produit PC est égal à 1,764.

n résulte des recherches de M. Neumann et de Regnault, que la loi de Oolong et Petit s'applique aussi aux corps composés de même composiion atomique et de coustitution chimique semblable. Toutefois, comme Elegnault Ta démontré, la constance du produit P C n'est rigoureusement iTaie, ni pour les corps composés, ni pour les corps simples. C'est ce qu'on leat déjà conclure de ce fait que la chaleur spécifique n'est pas parfaitement x>D8tante (cf. § 261) : le produit PC éprouve en conséquence des variations le même sens que celles qui affectent la chaleur spécifique. La loi de Dulong A Petit est encore moins exacte pour les corps à l'état gazeux. Les gaz larmanents la suivent avec une approximation suffisante ; mais les vapeurs aciles à condenser, telles que celles de brome, d'iode^ s'en écartent plus m moins.

On sait que les poids atomiques des divers gaz occupent le même volume ; 1 a*eD8uit que dans les limites où la loi des chaleurs spécifiques des atomes »t vraie, les capacités calorifiques des gaz sont égales entre elles. Dans la lièorie atomique adoptée par les chimistes, on admet que le poids atomique représente le poids relatif de l'atome. Si cette hypothèse est conforme à la réalité, la loi de Dulong et Petit signifie que les atomes de tous les corps simples possèdent la même chaleur spécifique. Quant aux anomalies observées, elles doivent être attribuées à des modifications d'ordre physique survenues dans les corps, modifications qui troublent le rapport naturel entre la chaleur spécifique et la constitution chimique. Nous trouverions peut-être des chaleurs spécifiques parfaitement égales pour loua les atomes, s'il nous était possible d'obtenir tous les corps dans le Même état moléculaire.