THERMOMÈTRE A ALCOOL

VOS. lAmmiteu ém thernioBiètre à mereare. — Le thermomètre à mercure ne peut servir que jusqu'à 360"* au-dessus de zéro : au-delà, le mercure entrerait en ébullition et l'instrument serait brisé. Au-dessous de zéro, on ne peut s'en servir que jusqu'à 36°; à la température de — 40°, le mercure se solidiGe, et dés — 36°, et même — 35°, il éprouve des contractions irréguliéres qui rendent les indications fautives. Pour les températures plus élevées que 360°, on se sert d'appareils désignés sous le nom de pyromètres, et dont nous parlerons après avoir étudié les lois de la dilatation des solides et des gaz. Pour les températures inférieures à — 36°, on se sert principalement du thermomètre à alcool.

VIM. TmieHÈTiB A ALCOOL. — L'alcool pur ne se congèle pas, quel que soit le froid qu'on lui fait subir ; ce liquide peut donc servir à former un thermomètre destiné aux basses températures. Pour l'introduire dans le tube, on ne peut employer le même moyen que pour le mercure, à cause de sa faible densité. On fait chauffer le réservoir, puis on le laisse refroidir pendant qu'on tient l'extrémité du tube plongée dans de l'alcool. Ce liquide monte dans le réservoir, à mesure que l'air se contracte par le refroidissement; on fait alors bouillir, les vapeurs achèvent de chasser l'air, et l'instrument se remplit quand elles se condensent pendant que le tube plonge dans le liquide. Il reste seulement une petite bulle de gaz, qui provient de l'air dissons dans l'alcool, lequel s'en sépare en arrivant dans le réservoir échauffé (î, 376). On chasse celte bulle d'air en faisant tourner, comme une fronde, le tube thermomélrique attaché à une ficelle. On règle ensuite la course, puis on ferme l'extrémité, en ayant soin de laisser de l'air, qui doit s'opposer, par sa pression, à l'ébullition de l'alcool, qui a lieu à une température peu élevée. Le liquide est coloré avec de l'orseille, pour qu'on puisse fiicilement distinguer la colonne capillaire; on marque ensuite les points fixes comme pour le thermomètre à mercure. Pour les points intermédiaires, il faut graduer par comparaison, en prenant des points assez rapprochés, au moyen d'un bon thermomètre à mercure ; sans cela les instniments ne seraient pas d'accord, comme il résulte de ce qui suit.

•Î05. ComparalaoB éem thermomètres. — Des thermomètres construits avec des liquides différents, et gradués indépendamment les uns des autres, ne se trouvent pas d'accord quand on les expose à la même température. Par exemple, Deluc a trouvé les résultats suivants, en degrés Réaumur, avec des thermomètres remplis de mercure, d'huile d'olive, d'alcool et d'eau :

lercure — 4 0» — 5» Oo 20» 40» 60» 80»

Huile » » 0 49,3 39,2 59,3 80

Alcool — 77 — 3,9 0 46,5 35,4 56,2 80

Eau ). u 0 4,4 20,5 45,8 80

On voit qu'il n'y a accord que pour les points fixes. Dès lors il se présente

une question importante, celle de savoir s*il y a un liquide qui indique des nombres de degrés proportionnels aux quantités de chaleur ajoutées, et quel est ce liquide. Cette question, soulevée par Taylor, en 1723, fut étudiée par lui en mêlant des poids égaux d'eau froide et d'eau chaude. La température du mélange doit être évidemment la moyenne des températures / et t' des deux niasses égales d'eau, c'est-à-dire i(t-{-t')\ caria chaleur gagnée par l'eau froide est précisément celle que perd l'eau chaude *, et un thermomètre comparable avec lui-même sera celui qui indiquera précisément cette température { (t-i-C). Or, ces expériences, répétées par Black, Deluc, Crawfort, ont prouvé que le thermomètre à mercure remplit sensiblement cette condition jusqu'à 200*", c'est-à-dire que, jusque-là, il est comparable avec lui-môme. Au-delà, il indique une température trop élevée, ce qui prouve qu'il faut moins de chaleur pour le faire monter de 1 "", dans les hautes températures que dans les basses. Le thermomètre à mercure est donc préférable à ceux qui sont remplis avec d'autres liquides. Ce qui justifie encore cette préférence, c'est que les indications de ce thermomètre sont d'accord avec celles du thermomètre à air, comme nous le verrons en parlant de la dilatation des gaz, depuis — 36° jusqu'à 200''. A SOO"", il y a une différence de 1° environ. Or, nous verrons qu'on a de bonnes raisons pour penser que l'air se dilate d'une manière plus régulière que les corps solides et liquides, et même de quantités sensiblement proportionnelles aux additions de chaleur qu'il reçoit.

Du thermoBiètre préférable poar les basses (empératares. — Le thermomètre à mercure ne pouvant être employé pour les températures inférieures à — 36°, on emploie dans ce cas le thermomètre à alcool ; mais alors on n'a plus d'indications comparables, à cause de l'irrégularité de la dilatation de ce dernier liquide. Il y a plus, différents tliermomètres à alcool ne sont pas même d'accord entre eux ; ainsi, le capitaine Parry a vu quelquefois, à Port-Bowen, une différence de 10° entre plusieurs thermomètres à alcool construits par les meilleurs artistes. Le capitaine Franklin a trouve une différence de 8°, par un froid de — 25° à — 30°. De plus, à ces basses températures, l'alcool absolu se sépare en partie de l'eau ; le liquide n'est plus homogène, et il perd de sa fluidité. M. Muncke a alors proposé* vers 1836, de remplacer l'alcool par le sulfure de carbone, liquide qui ne se congèle pas par les plus grands froids, et qu'il est facile d'obtenir pur, tandis qu'il est presque impossible d'avoir de l'alcool bien identique et exactement au même degré de concentration.

M. 1. Pierre, dans un grand travail sur la dilatation des liquides, dont nous parlerons plus loin, a comparé au thermomètre à mercure, des thermomètres gradués séparément, et faits avec douze liquides différents. Il a trouvé que le thermomètre à eau est le plus défectueux de tous; vers 53-, la différence

* Cela supposa qu on n^gliçe la ctuileur que peut recevoir oo perdre le va^e dons lequel M opère. Nou5 xtmns plus tard qu m peut se mettre à Fabri de cette cause d*erreur.

THERMOMETRE MÉTASTATIQl'E. 27

ifec le therraoraètre à mercure s*élôve à plus de 22°. Les Ihermomélres à sulfure de carbone et à alcool viennent ensuite; le premier marque — 28° |uand le thermomélre à mercure marque — 34°. Les thermomélies faits avec 'éther ordinaire, le chlorure d'élhyle et le bromure de méthyle, seraient les Boins défectueux,

Comme c'est surtout pour les températures inférieures à 0° qu'il est important d'avoir des thermomètres comparables au thermomètre à mercure, on MMirra les graduer en prenant pour point fixe, au lieu de 100°, une tempéraiore inférieure donnée par comparaison avec le thermomètre à mercure ; les iifférences seront alors moins prononcées pour les autres températures. Mnsi, en marquant directement, par comparaison, le point de 40° sur un ihermométre à sulfure de carbone, la différence avec le thermomètre à mercure l'est plus que de i°,98, quand ce dernier marque — 35°. Si donc on prenait, lour cumparaison, le point — 30°, par exemple, indépendamment du point de a glace fondante, pour déterminer la grandeur des degrés ; en les portant aulessous de — 30°, on pourrait, pour les températures beaucoup plus basses, ompter sur des indications comparables, à très peu de chose près, à celles ni sont données par les divisions comprises entre — 30 et 0°. L'instrument insi gradué ne devra pas être employé pour les températures notablement tiipérieures à 0°.

ITM. De la sensSbIlIté du thermomètre. — 11 y a deux espèces de scnsiulité. Tune relative à la petitesse des fractions de degré que peut indiquer iostminent, l'autre à la rapidité avec laquelle il prend la température du milieu mironnant pour en accuser les variations. Pour obtenir la première espèce de eosibilité, il faut employer de grands réservoirs, de manière que chaque degré ccupe une grande longueur sur le tube. Pour l'autre, il est nécessaire que 'instrument ne contienne qu'une faible masse de mercure et présente une urface aussi grande que possible. Un réservoir cylindrique est, dans ce cas, »référable à un réservoir sphérique, et d'autant plus qu'il est plus long par "apport à son diamètre. Quand on le fait très long, on l'enroule en spirale pour [u'il occupe moins de place.

On peut, au reste, concilier les deux genres de sensibilité, en employant, ivec un réservoir de petites dimensions, un tube très fin. Alors, pour que la olonne de mercure soit facile à distinguer, on donne à sa section intérieure a forme d'une ellipse très allongée, de manière que la colonne a la forme d'une ame, visible quand on la regarde par ses larges faces, et dont l'aire de la ection est cependant très petite. On applique aussi sur le tube, en le fabricant, ne bande en émail blanc, sur lequel la colonne de mercure se projette, ce qui ermet de la distinguer plus facilement.

Thermomètres métastatiques. — M. Walferdin a imaginé des Ihermoaètres qu'il nomme métaslatiques et qui donnent les différences de températures n très petites fractions de degré, quoiqu'ils n'aient que de petites dimensions. je thermomètre métastatique à mercure est formé d'un tube tellement capillaire

28 DE LA CHALEm.

qp'i! ne contietit que quelques degrés a6, &e, cd \fig. 536i dhisés en on très grand nombre de parties égales. A sa partie supérieure est un réserroir o, contenant un peu de mercure^ et dans iequei le tube pénètre par use pointe effilée, de manière que la pointe piooge dans le mercure quand on reoTerse Tinstniment. Pwr se servir de ce thermomètre, il faut, chatpie fois, en régler U ewm ; pour cela on Téchaufe, de manière à faire sortir par la pointe aotant de mercure qu'il est nécessaire pour que fep nireau se troore compris daus la colonne ad quand la température diâere peu de celle que l'on Teat apprécier. Quand cette température est basse, on fait, au contraire, entrer du mercure par la pointe, en tenant rittstrument renversé pentJant qu'il se refroidit, après avoir fait arriver le mercure jns^p'â la pointe par un écfaauffement convenable. Une fois la course réglée, on porte le thermomètre dans un bain dont Li température connue difi^re peu de celle que Ton veut évahier; on prend note de la position du niveau do mercure, puis on porte l'instrument dans le milieu dont on veut connaître b température, et le nombre de divisions dont le niveau s'est déplacé indique la différence entre la température du bain et celle «^ue Ton cherche. Par exemple, supposons que Ton veuille connaître les différeQ«:es de températures de Tèbal- Ktioo de Teau, sous différentes pressions: on réglera la course de

Illnstrument de manière que le niveau soit entre a ei d ilans fean bonillante, on observera sa position, et en même temps on mesurera la pression atmosphérique P. Si la position du nîvean dans le thermomètre est plus élevée de f 5 divisions pour one autre pression P', et s'd v a 1000 divisions par degré, on en Fif. .>3*. conclura que la température de Fébullition est phis élevée de j^ de degrés sous la pression P' que sous la pression P. Quelquefois, au lieu d'une pointe effilée h l'extrémité du tube, on se contente d> pratiquer un étranglement vers le point rf, et quand le mercure est convenablement dilaté, on sépare la colonne en ce point par une petite secousse, et l'on observe les positions successives de l'interruption , quand elle descend an-dessous de l'étranglement.

Le thermomètre métastatique à alcool est fait comme celui qui contient du mercure, seulement il n'a pas de pointe effilée dans le réservoir supérieur, qui contient de l'alcool et une très petite goutte de mercure. Si Ton échauffe r*mslrument et qu'on le laisse ensuite refroidir, la goutte de mercure s'engage dans le tube, et on en règle la position de manière que, p«Mir les températures que l'on veut observer, elle se trouve à peu près au milieu de la tige, où elle sert tfindex. On opère ensuite comme avec le thermomètre métastatique i mercure.

H est à remarquer que la quantité de liquide qui forme le thermomètre est MTiinti , d'après la manière dont on en a réglé la eoorse; il faut donc, pour

THERMOMETRE A AIR.

chaque état de Tinstrument, évaluer en degrés centigrades la valeur d'une de ses divisions. Un thermomètre métastatique à alcool ayant 0"*,15 de longueur et un réservoir de S"" de longueur sur 4™'° de diamètre, indique les millièmes

de degrés.

^•ir. TiBiHOHtnn a in. — Quand on veut constater rapidement de faibles variations de température, on emploie des thermomètres à air. Le plus

simple est représenté en A

(fig. 537). Une goutte de liquide

ou index sert à séparer le gaz

intérieur, de l'air atmosphérique,

et ses mouvements indiquent les

variations de température. On

voit en B une autre disposition :

l'extrémité du tube plonge dans

un vase ouvert contenant un

liquide ; on fait sortir une partie

de l'air en échauffant le réservoir, et le liquide monte dans le

tube par le refroidissement. Les

variations du niveau indiquent Fig. 537. les changements de température. Fig. 538.

On gradue ces instruments, en marquant sur le tube deux températures /, V données par un thermomètre àmercurtî, et l'on divise l'espace compris entre les points marqués, par V — /. Les thermomètres à air ainsi constiniits sont évidemment influencés par les variations de la pression atmosphérique, mais ils sont commodes pour attester les changements rapides de température ; leur usage a été répandu surtout par Pictet.

V08. Thermomètre» dlfTéreiitleis. — Leslie a imaginé un thermomètre à air sur lequel les pressions extérieures n'ont pas d'influence. Cet instrument consiste en un tube recourbé {fig. 538), dont les deux branches sont surmontées de deux boules égales. Le tube renferme une colonne nan' d'acide sulfurique concentré coloré avec du carmin, liquide qui ne donne pas de vapeurs sensibles à la température ordinaire. On introduit ce liquide, quand les deux branches sont séparées à l'un des angles, et on les réunit ensuite en les soudant i la lampe. En chauffant l'une des boules, l'air s'y dilate et pousse la colonne du côté opposé. On peut ainsi refouler tout le liquide dans une des boules, et faire ensuite passer de l'air dans cette boule à travers le liquide. En agissant ainsi, on peut, par tâtonnement, arriver à avoir la même masse d'air dans les deux boules, et alors les niveaux n et n' sont sur une même ligne horizontale quand les températures des deux boules sont les mêmes. On marque zéro à ce niveau commun ; on porte ensuite l'une des boules à une température supérieure à celle de l'autre, en l'enveloppant d'un vase que l'on remplit d'eau chaude

dont la température est donnée par un thermomètre à mercure. Le vase est fendu pour laisser passer le tube, et Ton ferme ensuite la fente avec du liège. Supposons que la température de l'eau dépasse de 10°, celle de Fair qui entoure l'autre boule, on marquera 10 au niveau du liquide dans les deux branches, et, partageant l'intervalle entre ce point et le point zéro, en 10 parties égales, on aura la grandeur des degrés, que l'on portera ensuite, sur chacune des branches, au-dessus et au-dessous du zéro. Tant que les niveaux ne quittent pas les parties verticales du tube, les indications sont d'accord avec celles du thermomètre k mercure; l'expérience le prouve, et cela résulte aussi, comme nous le verrons, des lois de la dilatation des gaz. On peut aussi, avec cet instrument, obtenir des températures absolues, et non de simples différences; il suffit pour cela de maintenir l'une des boules à 0°,'en l'enveloppant de glace fondante.

Thermosrope de Ramrort. — Leslie a donné à son thermomètre différentiel une autre forme, imaginée en même temps par Rumfort, qui a donné à l'instrument le nom de thermoscope. Les deux boules (f(j. 539) sont réunies par un long tube horizontal , dans lequel se trouve une goutte d'acide

sulfurique concentré, n , qui sert d'index. Quand la température dos deux boules est la même, l'index doit se trouver au milieu. Pour remplir cette condition, et régler l'instrument, on fait passer l'index dans un petit appendice a , après quoi on peut chasser de l'air d'une boule dans l'autre, en échauffant celle qui en contient trop. On fait ensuite rentrer l'index dans le tube horizontal, en l'inclinant convenablement, et l'on arrive par tAtonnement à avoir l'index au milieu quand les deux boules sont à la même température. On marque zéro aux deux extrémités de l'index, et l'on détermine un second point, pour avoir la grandeur des degrés, par le même moyen que pour le thermomètre différentiel. Tant que l'index du thermoscope reste dans le tube horizontal, ses indications sont comparables entre elles.

Une autre disposition due à Howard, et fréquemment employée, est celle que représente la fitj. 540. Si l'on fait en sorte que les variations de volume de l'air contenu dans le réservoir r soient négligeables, les indications ^ont comparables entre elles. La disposition B [fig.hTi) pourrait remplacer celle delà (ig, 540, en fermant le vase inférieur, et n'y mettant que peu de liquide.

Le thermomètre à air est aussi employé pour évaluer les hautes températures; on lui donne alors le nom de pyromèhe à air. Nous y reviendrons en ndiant les lois des dilatations des gaz.

Fig. 539.

THKRMOMKTRE A AIR. 31

V09. De rinTentloM da thenuoinètre. — C*est SOUS la forme du thermomètre à air que cet instrument précieux a été inventé. Auparavant on n'avait que des idées vagues sur Tintensité du chaud et du froid. On ne sait pas au juste à qui Ton doit faire honneur de cette découverte. On Tattribue généralement à Cornélius Drebbel, fils d'un paysan de Nort-Hollande suivant les uns, né, suivant d'autres, à Àlcmaer, d'une famille opulente. On en fait aussi hommage à Galilée, en 1597, à Bacon, Sanctorius, Fludd, Sarpi, Borelli. Il est probable que les esprits étant dirigés vers le même but scientifique, le thermomètre a pris naissance entre les mains de divers physiciens. Cependant, la question paraît devoir être décidée en faveur de Galilée, les dates que l'on donne pour l'époque de la découverte des autres prétendants, étant postérieures à Tannée 4597. Le thermomètre de Galilée avait la forme que l'on voit en A (fit). 537), et celui de Drebbel celle que l'on voit en B. C'est sous cette dernière forme que le thermomètre se répandit en Flandre et en Angleterre, ce qui explique pourquoi Drebbel passe généralement pour en être l'inventeur.

Les académiciens de Florence construisirent le premier thermomètii; à liquide; ils employèrent l'alcool. Halley, Roemer, Fahrenheit, employèrent le mercure, vers 4680, etNevvton employa l'huile de lin. D'abord, l'échelle étant arbitraire, le^ différents thermomètres n'étaient pas comparables entre eux *. Le premier qui paraît avoir tenté d'établir une échelle fixe est Renaldini, vers 1694; il plongeait l'instrument dans la glace fondante, puis dans des mélanges d'eau (roide et d'eau bouillante en proportions déterminées. Newton marquait 0° à la glace fondante et prenait pour second pomt fixe la température du sang de l'homme, à laquelle il marquait 1^°. Fahrenheit fit aussi des thermomètres comparables ; on ne sait pas au juste par quel moyen. Vers le môme temps, Réaumur graduait des thermomètres de grandes dimensions, en y mettant d'abord de l'eau, dans laquelle il versait des mesures égales de mercure correspondant à la centième partie du volume du réservoir, et il marquait l'éleWation de niveau produite par chaque addition de mercure ; puis il remplaçait l'eau par de l'alcool. Il graduait ensuite, par comparaison, des thermomètres de moindres dimensions. C'est par reconnaissance pour ces travaux que les physiciens ont donné le nom d'échelle de Réaumur à la division en 80 parties. Celsius, à Upsal, vers 474-1, adopLi le point de la fusion de la glace et celui de l'eau bouillante, et la division en 100 parties ; ce que l'on attribue quelquefois à Newton. C'est à partir de celte époque que le thermomètre est devenu un instrument exact ; depuis, il a reçu de nombreux perfectionnements, et a été

» Cependant le* académiciens de Florence construisaient de? Ibcrmomètres divisés en 50 parties, qui marchaient à i»eu prc-s d'accord entre eux, parce qu'ils s'appliquaient à leur donner exactement les mêmes dimensions. On a retrouvé quelques-uns de ces instruments, et M. Libri a reconnu qu'ils marquent 13<»,5, pour la température de la glace fondante. Leur zéro correspondait à la température des caves à Florence {Annales de rhimie et de phynque, î« série, t. XLV).

l*objet des travaux d'un grand nombre de physiciens, parmi lesquels il faut citer en première ligne Dulong et Petit.

7i0. TiERiio-KULTiPUCATEUR. — Les thermomètres dont nous avons parlé jusqu à présent sont tous fondés sur la dilatation des corps; nous allons décrire un appareil thermométrique extrêmement sensible, dans lequel on observe des effets de la chaleur tout différents, effets que nous aurons à décrire plus tard avec détail. Pour le moment nous nous bornerons à poser deux principes qu'il est nécessaire de connaître pour comprendre cet appareil et la manière d'en faire usage.

i^ Une aiguille aimantée suspendue horizontalement sur une pointe, s'arrête dans une position déterminée, de manière que son axe reste dirigé à peu prés du nord m sud. Quand on la dérange de cette position, elle y revient après

Fig. 544. Fig. 542.

avoir accompli un certain nombre d'oscillations d'amplitude décroissante. Cette propriété est utilisée dans la boussole des marins.

âo Si l'on forme une courbe fermée, avec deux métaux différents B, ce' (fig, 541), soudés l'un à l'autre en a et a', et si on la place très près de l'aiguille aimantée A, de manière qu'une partie de la courbe lui soit parallèle, il n'y aura aucun changement dans la position de l'aiguille, tant que les deux soudures a et a' seront à la même température ; mais si l'une des soudures est plus chaude que l'autre, l'aiguille sera déviée et s'approchera d'autant plus de la position perpendiculaire au côté c', que la différence de température des soudures sera plus grande. Cet effet est dû à du fluide électrique développé par la chaleur, et qui circule dans l'arc métallique, en formant ce que l'on nomme un courant électrique. Nobili et Melloni ont tiré parti de ces phénomènes pour comparer les effets calorifiques, par les quantités dont est déviée l'aiguille aimantée.

Au lieu de former un circuit au moyen de deux arcs métalliques soudés l'un à l'autre, si on le forme au moyen de plusieurs fragments de deux métaux soudés, en alternant, les uns aux autres, et si l'on élève la température des soudures paires seulement, par exemple en les plongeant dans de l'eau chaude b (fig. 542), tandis que les soudures impaires sont plongées dans l'eau froide a, ou réciproquement, l'effet sur l'aiguille aimantée, pour une même différence de