I. De U t«Bpér*tiire «a général

689. DéflnltloB de la température. — La température d'un corps est un état d'équilibre particulier, dans lequel le corps ne perd ni ne gagne de chaleur, et auquel correspond un certain volume déterminé de ce corps. Si l'on pouvait évaluer à chaque instant le volume du corps, on aurait, en comparant successivement ce volume à lui-même, un moyen d'apprécier les températures successives qu'il possède. On fait varier la température d'un corps, en lui

TEMPÉRATURE. ii

ajoatant on en lui retirant une certaine quantité de chaleur sensible. La température d'un espace vide, qui ne peut posséder de chaleur par lui-môme (680), est produite par celle qui le traverse, après avoir été lancée par les corps environnants ; c'est la température que prendrait un corps plongé dans cet espace. C'est ainsi que la température d'un point des espaces célestes provient de la chaleur qui passe par ce point, après avoir jailli du soleil et des étoiles.

Plusieurs corps sont à la même température quand, plongés dans le même milieu, ils ne perdent ni ne gagnent de chaleur. Il ne faudrait pas croire qu'on pût constiter cette égalité de température, en touchant successivement ces corps avec la main, et comparant les sensations éprouvées; car, pour qu'il y ait sensation, il faut que la température de la main soit différente de celle du corps touché, et alors il n'y a plus équilibre de chaleur, et l'effet produit dépend de la facilité avec laquelle cet agent peut se transporter de l'intérieur du corps à sa surface, et de celle-ci à la ipain, ou suivre la route inverse; facilité qui dépend de la nature de la substance.

On ne peut pas davantage reconnaître avec la main le degré de température d'un corps ; l'effet dépendant de l'état momentané de l'organe, de sorte qu'un même corps peut paraître chaud ou froid, suivant qoe la main est froide ou chaude. Par exemple, si, après avoir plongé la main droite dans de l'eau glacée et la main gauche dans de l'eau brûlante, on les plonge en même temps dans de l'eau tiède, la main droite éprouvera une impression de chaleur, et la main gauche une impression de froid. Les impressions de chaud et de froid sont donc relatives ; un corps paraît chaud quand il cède de la chaleur à nos organes, et froid, quand il leur en enlève; et cela dépend de l'état des organes.

•90. Diiaïaiion. — Quand plusieurs corps dijîérents sont placés dans un espace dont la température est plus basse ou plus élevée que la leur, ils perdent ou gagnent de la chaleur jusqu'à ce que la température soit partout la même. En même temps leur volume change; il augmente si la température s'élève, et diminue quand il y a refroidissement. L'augmentation de volume par la chaleur se nomme dilatation. Pour mettre en évidence la dilatation d'une barre suivant sa longueur, on se sert du pyromètre à levier ou à cadran {fig. b^A). La barre ah est supportée par deux colonnes dont elle traverse la partie supérieure. Fixée invariablement en 6, par la vis de pression v, elle peut glisser en a sans éprouver de résistance. L'extrémité a s'appuie sur le petit bras d'un levier c^udé aoc, dont la grande branche c peut parcourir un arc divisé. Si l'on échauffe la barre ab au moyen d'une lampe à alcool m, elle se dilate, l'extrémité a pousse le levier ao, et fait monter le bras oc. Quand on éteint la lampe à «ilcool, la barre se contracte et le bras oc redescend par son propre poids. Pour prouver la dilatation dans tous les sens, on se sert du pyromètre de Sgravesande, déjà décrit (I, 35): La dilatation des liquides et des gaz se montre au moyen de tubes soudés à des réservoirs remplis de liquide ou de gazj comme nous l'avons déjà expliqué (I, 35).

L'expérience montre que les variations de volume ne sont pas les mêmes pour tous les corps, en supposant qu'ils partent tous de la mt^me température et qu'on les échauffe également. Ainsi, si l'élévation de température était telle que du mercure augmentât de ^hô ^^ so" volume , du cuivre augmenterait dUïi^; du verre, de rrïi'y de l'air, de j{j.

Capaelié pour la chaleur. — De plus, il ne faut pas la même quanlilé de chaleur pour élever également la température de différentes substances, â poids égal. Si, par exemple, on plonge dans l'eau, un même poids de fer et d'antimoine pris à une même température plus basse que celle de l'eau, les deux corps s'échauffent aux dépens de la chaleur du liquide, qui se refroidit.

Fig. 524.

jusqu'à ce que la température des trois substances soit la même. Le fer prend, dans cette expérience, les | de la chaleur enlevée à l'eau, et l'antimoine ne prend que l'autre tiers. Nous verrons plus tard comment on peut constater ces résultats. On appelle capacité des corps pour la chaleur, la faculté qu'ils possèdent d'absorber et de contenir une quantité plus ou moins grande de chaleur, quand on élève leur température dans une proportion déterminée. On peut comparer les corps qui ont même température, à des vases qui contiennent un liquide s'élevant au même niveau; ces vases peuvent contenir des quantités très différentes de liquide, et pour élever leur niveau d'une même quantité, il faut aussi en ajouter des quantités différentes, suivant leur diamètre.

691. Mesure des températures. — Pour évaluer Ics températures, on se sert des effets que la chaleur produit sur les corps. L'effet le plus général est la dilatation ; c'est îiussi le plus facile à observer. C'est pourquoi la plupart des instruments destinés à mesurer les températures sont basés sur ce phénomène. Les solides se dilatent très peu ; on ne les emploie que pour les très hautes températures. Les gaz se dilatent beaucoup, ce qui donnerait aux instruments des dimensions embarrassantes ; on ne les emploie généralement que pour les faibles variations de température. Cependant on en fait aussi usage pour celles qui sont très élevées, parce qu'ils ne peuvent plus changer d'état. Pour les températures modérées, on se sert des liquides, qui se dilatent plus que les solides, et dont la fluidité se prête facilement à la mesure des variations de volume.

TlMnMomMre. — Les instruments destinés à mesurer les températures se nomment thermomètres. Le thermomètre à liquide consiste essentiellement en un réservoir en verre auquel est adppté un tube capillaire ; le liquide remplit le réservoir et une partie du tube. Quand le liquide se dilate, Taugmentation de volume se porte toute entière dans le tube, dont le niveau s'élève d'autant plus que son diamètre est plus petit par rapport à la capacité du réservoir. Une division, tiracée sur le tube, permet de reconnaître facilement les déplacements du niveau.

Quand on veut prendre la température d'un milieu, on plonge cet instrument, dans ce milieu jusqu'à ce que la position du niveau ne varie plus; et la température indiquée par le thermomètre est la même que celle du milieu et des corps qui y sont plongés. S'il s'agit d'un corps solide, on creuse une cavité dans ce corps, on la remplit de mercure et on y plonge l'instrument.

Dans cette manière d'opérer, il y a une cause d'erreur provenant de ce que, la température du thermomètre étant primitivement différente de celle du corps, il lui enlève ou lui cède de la chaleur ; la température indiquée est donc celle qui existe après la modification. Quand la température du corps se rétablit à mesure qu'on la change, cet inconvénient n'existe pas. Dans tout autre cas, il faut employer des thermomètres dont la masse soit insensible, ou au moins très petite, par rapport à celle du corps ; c'est ordinairement ce qui a lieu. Quand il n'en est pas ainsi, on fait une correction par une méthode que nous ferons connaître plus tard.

Les liquides que l'on emploie ordinairement dans la construction des thermomètres sont le mercure et l'alcool.

n. Dm thernemètref.

69S. TUiiOHftTU A ■Bicuu. — Pour construire un thermomètre à mercure, on choisit un tube capillaire qui soit bien cylindrique, ce qui se reconnaît en y faisant passer une petite colonne de mercure qui doit conserver partout la même longueur. On souffle une boule à l'extrémité de ce tube, ou bien on y soude, à la lampe d'émailleur, un réservoir cylindrique en verre.

Pour introduire le mercure dans ce réservoir, il faut employer des artiGces particuliers, parce que, le tube étant capillaire, l'air logé dans l'intérieur empêche le liquide d'y descendre. On soude alors à l'extrémité c (/?^. 525), un tube plus gros lie, servant d'entonnoir; on place l'appareil verticalement, et l'on y verse du mercure bien pur. L'air contenu dans le tube supporte la pression atmosphérique augmentée du poids de la colonne ac , il cède, et le mercure descend dans le tube jusqu'en 6, puis tombe dans le réservoir, jusqu'à ce que l'air qui s'y trouve ait acquis par la diminution de volume, un excès de pression équivalent à la colonne de mercure ab. Si alors on incline l'instrument

dans la position ha', Tair du réservoir ne supporte plus, en sus de la pression atmosphérique, que la pression d*une colonne égale à c'h' ; il refoule le mercure dans le tube jusqu en c\ et sort en partie à travers le mercure c/a\ Si Ton redresse le tube, Tair resté dans Tintérieur cède, et une certaine quantité de

mercure pénétre encore dans l'appareil.

arL

Fig. 525.

Inclinant de nouveau le tube, on fait sortir une nouvelle portion d'air. En continuant ainsi, on parvient à remplir presque entièrement le réservoir, mais non totalement, parce que le peu d'air qui reste à la fin, ne peut refouler le mercure jusqu en c\ l'augmentation de volume qu'il éprouve dans le tube étant alors relativement très grande.

On achève de remplir le thermomètre, en faisant bouillir le mercure. Pourcela, on place l'instnimcnt sur une grille inclinée ac {fig, 526); on met des charbons ardents au-dessous du résenoir, et quelques-uns sous l'entonnoir a, et le mercure entre bientôt en ébullilion. Quand on laisse ensuite refroidir l'appareil , les vapeurs de mercure se condensent, et le liquide chaud de l'entonnoir, poussé parla pression atmosphérique, remplit totalement l'instrument.

De cette manière on purge l'intérieur, de l'humidité et de l'air qui adhèrent aux parois du verre.

Le thermomètre une fois rempli, il faut en régler la course, c'est-à-dire en faire sortir une quantité de mercure telle que le niveau ait la faculté de se déplacer entre certaines limites, sans atteindre l'extrémité du tube, ni l'ori- Fig. 6Î6. gJne du réservoir. Pour faire sortir du

mercure, on chauffe le réservoir, et, par tâtonnement, on arrive à en laisser la quantité convenable. On ferme ensuite le thermomètre pendant qu'il est rempli par le mercure dilaté, en fondant à la lampe d'émailleur ou au chalumeau, son extrémité qu'on a eu soin d'effiler préalablement. On évite ainsi de laisser de l'air dans l'instrument; ce fluide aurait l'inconvénient de fausser les indications; car, lorsque la colonne de mercure arriverait prés de l'extrémité du tube, l'air comprimé, réagissant par son élasticité, ferait distendre le réservoir. Quelquefois on souffle au-dessous de la pointe effilée, une petite ampoule, a {fig, 533), dans laquelle le mercure se rend quand la température est trop élevée, ce qui évite la rupture de

THERMOMETRE A MERCURE.

i'iostrument; avec cette addition, on laisse quelquefois de Tair au-dessus du mercure. Il peut arriver alors que cet air divise la colonne de mercure, lorsque rinstrument éprouve des secousses. Quand cet accident arrive, on attache le (bermométre à une ficelle, et on le fait tourner comme une fronde ; la force centrifuge pousse le mercure vers le réservoir, et Tair qui divise la colonne revient vers l'eitréroité opposée.

693. Graduation du thermomètre. — Il reste à appliquer au tube une graduation, qui doit être établie suivant des règles fixes, afin que tous les thermomètres soient comparables entre eux, c'est-à-dire donnent les mêmes indications dans les mêmes circonstances. Pour cela, on a adopté deux températures fixes, que Ton marque sur le tube, et Ton divise ensuite Tintei^valle entre les deux points marqués, en un nombre déterminé de parties égales. Les températures adoptées sont celle de la glace fondante et celle de Teau bouillante

Point de la ^lace fondante. — Les académiciens de Florence avaient reconnu que la glace consene une température invariable, pendant tout le temps de sa fusion ; ce que l'on peut reconnaître en y plongeant un thermomètre , dont on voit le niveau se tenir toujours au même point dans quelque circonstance que Ton fasse Texpérience, pourvu que la glace soit bien pure. Pour marquer le point de la glace fondante sur le thermomètre, il faut employer un vase assez profond pour que l'instrument soit entièrement entouré de glace (fig. 527). Celle-ci doit être pilée très fin, pour que l'eau qui la mouille remplisse les interstices, et que le thermomètre soit partout en contact avec un milieu ayant la même température. Comme l'eau de fusion peut prendre à la longue une température plus élevée que celle de la glace, on la fait écouler à mesure qu'elle s'accumule, par un trou pratiqué au fond du vase. Quand le niveau du mercure ne varie plus, on le marque sur le tube, que l'on soulève hors de la glace, en ayant soin d'obsener le sommet de la colonne dans une direction bien horizontale, pour éviter l'erreur provenant de l'épaisseur des parois. Pour cela, on se sert d'un catbétométre, ou d'une petite lunette, mobile sur un support et disposée comme celle de cet instrument. On se sert encore d'un petit coulant, dont on amène le bord à paraître tangent au ménisque qui termine la colonne de mercure.

Point d*ébnllitlon. — Amontons a remarqué que la température de l'eau bouillante reste la même quelle que soit la violence de l'ébullition. Cette remarque, qui parait avoir été aussi faite vers la même époque par Henaldini, de Padoue, a fourni le second point fixe du thermomètre. Mais il faut observer que la température de l'eau bouillante n'est pas aussi invariable que celle de la glace fondante; elle peut changer d'une expérience à une autre, car elle dépend de la pression atmosphérique, et augmente en même temps qu'elle. On est

De L\ CHALETR.

Fis. 528.

Fig. 529.

eomremi de prendre poor point fixe, la température de réboUitioo de l'eaa sons h pression de 0*,76. De plos, Gay-Lassac ayant reconnu que la natore dn fase a anssi une légère influence sur cette température, qui est plus élevée dans un Tase de Terre que dans un vase métallique, on est convenu de se servir d'un vase de métal. On opère ordinairement avec une petite chaudière en cuivre fin {fig. 528) contenant de Teau distillée. On la ferme au moyen d'un couvercle surmonté d'un tube qui porte à son extrémité supérieure deux ouvertures latérales pour laisser échapper librement la vapeur. Le thermomètre t est soutenu par un bouchon, de manière à ne plonger que très peu dans l'eau, parce que la pression étant plus forte au fond du vase que près de la surface, à cause du poids de l'eau, la température de l'ébuUition y est plus élevée. Le reste du thermomètre est enveloppé par la vapeur, qui a la même température que l'eau bouillante. On retire de temps en temps le tube, qui peut glisser à travers le bouchon qui le soutient, et on voit bientôt que le niveau du mercure ne change plus ; on attend un quart d'heure, pour plus de sûreté, et l'on marque le point où se tient ce niveau, en prenant toutes les précautions employées pour marquer le point de la glace fondante.

L'appareil (fig. 528) ne donne pas des résultats très exacts : la température du cylindre étant moindre que celle de la vapeur, à cause du contact de l'air extérieur, le thermomètre rayonne vers cette enveloppe, et sa température peut être un peu trop basse. Pour éviter cette cause d'erreur, M. Regnault se sert de l'appareil (fig. 529), qui porte une seconde enveloppe ee, que la vapeur est forcée de parcourir avant de s'échapper par l'ouverture a. Un manomètre à eau m, sert à constater que la vapeur possède à chaque instant la même pression que l'air extérieur. On rend l'expérience plus sûre encore en faisant en sorte qu'aucune partie du thermomètre ne plonge dans l'eau. Rudberg a reconnu que la température delà vapeur, pour une même pression extérieure, reste alors la môme, quelle que soit la nature du vase, et lorsque l'eau n'est pas distillée et renferme quelques petites quantités de sels en dissolution.

Après qu'on a marqué les points fixes, on divise l'espace qui les sépare en 100 parties d'égale capacité, qui sont aussi d'égale longueur, si le tube est partout de même diamètre. On se sert, dans ce cas, delà machine à diviser (1, 2i).

THERMOMETRE A MERCURE.