THERMOMÈTRE

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TIUITK DES nÉACTIFS.

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Les dilatations du thermomètre à mercure sont proportionnelles aux quantités de chaleur, de même que celle» du thermomètre à air, entre certaines limites.

Mais les hautes températures ne sauraient être appréciées par ces thermomètres; pour remplir cehut, "Wedgewood a imaginé lun instrument fondé sur ce que dans les températures élevées, les terres argileuses et l’alumine particulièrement , prennent un retrait de plus en plus considérable(i).Le zéro du pyromètre de Wedge^woodrépond à 58o“ 56 du thermomètre centigrade, ou à 1077“ du thermomètre de Fahreinheit.

Chaque degré de variation du pyromètre de y^'^edgewood , répond à un intervalle de 72° 22 minutes 22 secondes du thermomètre centigrade, ou de i5o° du thermomètre de Fahreinheit. Ainsi, par exemple, i85° du pyromètre deWedgewood = 58o° 56 centigrade -4-72° 22, 22 centigrade X t85=: i3g4ij67 centigrades. Cet instrument propre aux essais de fabiâques , ne présente pas d’exactitude dans les expériences de recherches, la durée du temps influe singulièrement sur les résultats, toutes circonstances égales d’ailleurs ; nous verrons plus bas comment le calorimètre d’eau ou la méthode des mélanges peuvent procurer des notions plus certaines sur les hautes températures rapportées au thermomètre centigrade.

Capacité des corps pour la chaleur ou chaleur spécifique

Black a observé le premier, que pour dilTérens corps,

(i) Cet elTet, c|ui semble une anom.Tlie dans les loisdel.i clialeur s’explique en supposant uue combinaison plus intime .à des températures qui permettent dans un corps le l•app^■oehcmcnl des molécules en raison de leurarUnitc.

TRAITÉ DES REACTIFS. 4^

un même nombre cleclegrcs d’eluvation ou d abaissement de température, exigeait des quantités de chaleur différentes. En effet, si l’on fait absorber au mercure toute la chaleur dégagée d’un morceau de fer dont la température s’abaisse d’un degré à masse égale, la température du mercure s’élèvera de 5°,8; il résulte nécessairement de là, que pour élever d’un même nombre de degrés des masses égales de ces deux métaux, il faut 5 fois 8 dixièmes plus de chaleur pour l’un que pour l’autre; cette capacité pouf la chaleur, qui est propre à chaque corps, et relativement auquel elle ne varie pas , est la chaleur spéci~ fique. Il est d’une grande utilité en chimie, en physique, et dans l’application de ces sciences, de connaître et de pouvoir comparer entre elles les chaleurs spécifiques des diverses substances. De ces notions dépendent l’évaluation du combustible dans certaines opérations, le choix des matières qui doivent garder ou transmettre la chaleur, etc.

On parvient à ces données de plusieurs manières, et particulièrement à l’aidede trois procédés quenous exposerons succinctement ; la. méthode des mélanges , le calorimètre de glace ^ et le calorimètre d’eau^

La méthode des mélanges exige que Ton suppose la capacité des corps pour le calorique, constante entre les limites des températures qu’ils éprouvent durant Ie§ expériences; cettô méthode s’applique non-seulement à mesurer la capacité des corps d’après leurs températures, mais encore elle donne réciproquement la température des corps d’après leur capacité, elle indique ainsi des températures élevées auxquelles les thermomètres ne îauraient atteindre

44 TBAITÉ des RÉACTirS

Oa conçoit aisément, que' si l’on mêle ensemble des masses connues de deux corps à des températures dilTcrentes, observant la température du mélange et connaissant la capacité pour le calorique de l’un des corps, on trouvera celle de l’autre par l’influence que ce corps a exercée sur la température du mélange. Réciproquement, connaissant la capacité des deux corps pour le calorique, la température du mélange et celle primitive de l’un des deux, il sera facile de conclure de ces données, la température de l’autre corps; éclaircissons ceci par quelques exemples.

Si l’on mêle un kilogramme d’eau à o“ avec un kilogramme de mercure à -}- 54°? il en résultera un mélange de 2 kilogrammes à -1-33°; donc, à masses égales, un degré de température de l’eau équivaut pour la quantité de chaleur à 55° de température du mercure, ou en d’autres termes : la capacité de l’eau pour la chaleur est à celle du mercure comme 55 est à i . Si l’on représente la chaleur spécifique de l’eau par looo, celle du mercure sera égale é 5o.

Si l’on plonge un kilogramme de verre à 86° dans lo kilogrammes d’eau o° , et que la température de l’eau s’élève à i°,47, oiï réduira d’abord à l’unité de masse, et l’on aura : lo kil. à i°47=:i kil. à i4, 7; or^ d’après l’expérience , un kilogramme de verre à 84° 55 ( 86° moins la température de 1, 47 qu’il a après le mélange) , équivaut, quant à la quantité de chaleur , à un kilogramme d’eau, dont la température est seulement de i4°? 7, d’où la chaleur spécifique de l’eau esta celle du verre, comme 84,53, * 14,7 la capacité'de l’eau étant 1000 celle du verre, est 175,90.

thaité des réactifs. 45

Enfin, pour prendre un exemple plus général, nous supposerons un corps quelconque C, dont la chaleur spécifique cherchée = a; et dont i kil. à 6o°, aura élevé

10 kilogrammes d’eau à a°, réduisant é la même masse,

on aura un kilogramme d’eau à + 20“ = 1 kil. de C A -+-58“ (ou6o“-2); la chaleur spécifique étant A on aura A ^ a; * * 58 * 20 d’ou x =: si l’on fait A =:

1000 on aura x ~ 344? 83.

Ce mode d’opérer n’est praticable que lorsque les corps n’ont pas d’action chimique sur l’eau , s’il devait y avoir réaction l’état des corps serait changé, et la combinaison donnerait lieu à un dégagement, ou à une absorption de chaleur; pour éviter celte cause d’erreur, on faitle mélange du corps que l’on essaye avec un autre sur lequel

11 n’ait pas d’action, et dont la chaleur spécifique soit connue d’avance.

Pour déterminer la chaleur spécifique de l’acide sulfurique, par exemple, supposons qu’en mêlant un kilogr. d’acide sulfurique à 12° avec un kilogramme de mercure à 0°, on ait un'mélange à 1 1“, il en résultera que la chaleur spécifique du mercure est à celle de l’acide comme 1 à 11 ; or, la chaleur spécifique du mercure est à celle de 1 eau comme 33 à 1 , d’où , la chaleur spécifique de l’eau est à celle de l’acide sulfurique comme 1000* 33o. On voit ainsi qu’en choisissant un corps qui ne réagisse pas sur celui que l’on essaye, on pourra rapporter la capacité trouvée ù la capacité de l’eau pour la chaleur (1).

^ CO Ctlle nuuliodc qui, comme on le voit, est sii.srrplilile de s appliquer g< neralcmcnt a tous les corps , aceessile plusieui t

THAITÉ DES HÉACTIFS.

Nous avons dit qu’à l’aide delà méthode des mélanges, on pouvait déterminer des températures que les (hermoinètres ne sauraient indiquer, et les conclure du rapport des chaleurs spécifiques par un calcul inverse; en effet , prenons pour exemple le verre et les données de l’expérience ci-dessus, nous avons dit que sa chaleur spécifique, l’eau étant i, est o, i^Sg, l’élévation de l’eau 1,47? réduite à l’unité de masse, était i4°5 7 ; on voit qu’il suffit de diviser la chaleur spécifique du corps immergé par 0,1759; le quotient 84,53 exprime le nomb»’e de degrés dont le corps doit être abaissé par l’immersion; si l’on ajoute la température du mélange total i,47, on remontera à latempérature primitivediicorps = 86”. C’estainsi que Coulomb a déterminé les températures de la trempe qu’il donnait à ses barreaux, et que Delaroche déterminait la température des lingots qu’il mettait aux foyers de ses miroirs dans ses expériences sur le rayonnement du calorique (1) ; on voit que cette méthode est susceptible

précautions importantes ; l’air extérieur, et les vases dont on se sert, doivent être h la température du mélanine; le mélanine doit être fait proniplement et la température observée, de suite avec beaucoup de soin; pour remplir la première condition, on fait-une expérience préalable dans laquelle l’eau étant à la température de l’air on détermine approxiinativementle nombre de degrés dont le mélange doit s’élever; alors on abaissera la température de l’eau sur laquelle on doit opérer , de moitié d’autant de dégrcs que le corps cliaud doitlui en communiquer, on la mettra dans un vase à minces parois; puis taisant l’expérience et les observations .à l’instant, on obtiendra une compensation entre la chaleur quel’airaura d’abord fournie ou mélange cl celle que le mélange lui aura ensuite rendue ;les chances d crrcursscraicnl donc peu importantes.

(i)Si l’on plonge dans l’eau uftkilogrammcdc fcrçliaufréprc.sq'ic

TRAITÉ DES RÉACTIFS. /l7

debeaucoup d’applications utiles , d’autres applications quelle ne comporte pas, sont du ressort des calorimètres dont nous allons donner une idée.

Calorimètre de glace. On a reconnu , par l’expéi ience , que la gbce fondante et l’eau qui l’enveloppe, ont une même température fixe ; que toute la chaleur communiquée à la glace dans cet état de choses , n altère en rien sa température; quelle est employée uniquement à sa liquéfaction, parce que dans ce changement d état, sa capacitépourla chaleur augmente; sL donc on enlève à chaque instant l’eau liquéfiée qui en résulte , et qu’une nouvelle quantité de glace se présente sans cesse a 1 action du calorique, l’effet étant toujours identiquement égal à lui-même, il est évident qu’une quantité double, triple , etc. , de chaleur opérera la fusion d’une quantité double, triple, de glace; en sorte que 'l’on évaluera la chaleur par le poids de la glace fondue. Tel est le but que Lavoisier et.jjl. Laplace ont atteint en construisant leur calorimètre.'*^

Nous ne donnerons pas ici ladescription de cet instrument que tout le monde connaît, et que l’on rencontre dans les cabinets de physique. Chacun sait aussi que le corps

au terraede la fusion, ou fonda et prêt de secongeler il n-paridra dims re liquide une quantité de cli.aleur qui dépendra de sa ternpéraliire; supposons qu’il ail c'ievé de 20” la température de 9 kil. 6i5 grammes d’eau ,ou dira; 9 kil. 6i5 grammesà 20” 192 kil.

2oo grammes d’eau à 1° eten établissantla relation d’aprèsla chaleur spécifique du fer. ( no l’eau étant 1000) on aura no : jcoo :: 192,3 :x d’où X— >749. La température du fer près de la l’iisioii peut donc être évaluée à ly/Jo degrés centigrades. C’est .à ce rétullat que sont parvenus MM. Desormes et Clément,

48 TRAITÉ DES REACTIFS.

soumis à l’expérience dans oecaloriniélre , esl enveloppé de deux couches de glace, l’une extérieure qui prévient 1 action de la chaleur de l’air sur la glace intérieure, et celle-ci qui seule peut être fondue par la chaleur que dégage le corps en se refroidissant à o° , et dont on peut, à l’aide d’un robinet, recueillir toute l’eau qui s’en est écoulée durant l’expérience.

Nous indiquerons seulement ici les principales précautions que l’on doit prendre lorsqu’on vent faire usage du calorimètre, le mode de calcul à suivre pour déduire les quantités de chaleur de l’expérience que l’on a faite j enfin nous réunirons en un tableau les chaleurs spécifiques indiquées. Nous en ferons autant pour le calorimètre d’eau.

Avant de mettre la glace dans le calorimètre, il faut bien s’assurer qu’elle est à o° dans toutes ses parties, et pour cela il faut la tenir dans l’eau pendant environ 20 minutes. Si les morceaux de glace étaient d’un volume trop considérable, laclialeur pourrait rayonner dans quelques-uns de leurs interstices et arriver à la deuxième enveloppe, s’ils étaient trop menus 1a quantité d’eau écoulée pourrait êtrebeaucoup plus grande que celle liquéfiée par le corps; en effet, la glace introduite est mouillée de toute l’eau qui ne peut s’égoutter, et dont la quantité est en raison de la surface des morceaux; or, après l’expérience, la surface des morceaux de glace est toujours moindre puisque leur volume a diminué , et cette différence, en raison de laquelle il reste moins d’eau adhérente , est d’autant plus grande que la surface totale est plus considérable, et que, par conséquent, les morceaux sont plus petits; une grosseur moyenne , à-peu-prés égaler

traité des héaotps.i 49

icelle des noix est convenable, on voit d’ailleurs quedans tous les cas il y aura une correction à faire pour une trop grande quantité d’eau écoulée ; plusieurs autres circonstances qu’il serait trop long de rapporter ici , deviennent des causes d’erreurs; pour éviter la plupart d’entr’elleà on agit comparativement et à-la-fois sur deux calorimètres, dont l’un ne contient pas de corps chaud; celui-ci laisse ordinairement écouler une petite quantité d’eau que l’on retranche du résultat obtenu dans l’autre pour avoir la quantité réelle de glace liquéfiée par le corps essayé. On peut même répéter ce double essai en plaçant alternativement le co^ps clans chacun des calorimètres.

Lorsque le corps dont on yeiit déterminer la chaleur spécifique est solide et sans action sur l’eau , on peut le mettre immédiatement en contact avec la glace, s’il est liquide ou qu’il ait de l’action sur la glace, on l’enferme dans un vase dont on a d’avance déterminé la chaleur spécifique, on plonge un thermomètre dans le vase, on élève sa température au degré voulu, on l’introduit dans le calorimètre , et il ne reste plus qu’à tenir compte de la chaleur fournie par le vase.

Lorsque l’on est parvenu à recueillir toute l’eau provenant de l’action du calorique que les divers corps laissent dégager quand leur température s’abaisse jusqu’à o° dans le calorimètre, il ne s’agit plus que de ramener tous ces résultats à une commune mesure pour les comparer entr’eux.

Un kilogramme d’eau à p5 degrés centigrades (ilode Réaumur ) en passant à o° fond un kilogramme de glace, c est a ce résultat pris pour unité, qu’on est convenu de rapporter tous les autres; il faut donc chercher combien un kilogramme du corps soumis à l’expérience fondra dg

5o TRAirÉ BP.S nÉACTII’S.

glace en s’abaissant de 75“; il suffît pour cela de diviser la quanliléd’eaii fondue par le nombre de kilogramme ou de parties de kilogramme du corps soumis à l’expérience; ensuite diviser le quotient parle nombre de degré dont le corps était au-dessus de o“, et enfin multiplier le nouveau quotient par 76, le produit exprimera la quantité de glace qu’un kilogramme du corps pourra fondre en passant de 75° à zéro ; ou la chaleur spécifique pour l’unité de masse. ^

Ainsi par exemple : si l’on opère sur Skilogr. 5de fonte de fer à 100“, Ton obtiendra o,8i kil. d’eau, on établira la relation 5,5*o,8i** 1*0, 148, ce qui revient comme on le voit à diviser 0,81 kil. par 5, 5.

On divisera le quotient 0,148 par 100, et on multipliera par 75 le nouveau quotient ; le produit 0 kil. 1 n , indiquera que la capacité de l’eau est à celle de la fonte de fer , comme ^ ^ 0 13333 * 0,00 148, ou plus

de 9 fois plus considérable (.1). La table suivante indique la

(1) Pour grnéraliscr ces résultats et arriver à une formule dans laquelle les opérations soient plus clairement indiquées et la substitution des valeurs facile, prenons pour unité la quantité inconnue de calorique nécessaire pour fondre un kilogramme déglacé à o'’. représentant parxnombre total inconnu d'unités pareilles, qui à o". sont contenues dans un kilogramme d'un corps. A, (de quelque manière que le calorique y existe ) , si l'on élève A jusqu'à T, degrés du thermomètre centigrade , qu’on le laisse ensuite refioidir à 0°. dans le calorimètre, il fera fondre un nombre de kilogramraers N. or on saitqu’entrc o". et 100°. le nombre N est proportionnel au nombre T de degrés. ( Pour le thermomètre à mercure), si le corps ne change pas d’état. Donc en divisant N par T, le quotient ^ que l’on peut nommer c, exprimera entre ces limites le nombre dekilogra mines déglacé qu Js corps peut fondre en descendant d'un degré et

TRAITÉ DES RÉACTIFS. 5l

capacité de diverses substances, pour la chaleur comparée celle de l’eau. ( En prenant des masses égales , on obtiendrait les résultats directement).

TABLE des chaleurs spécifiques de diverses substances , celle de l’eau étant prise pour unité.

S jiv‘ Lavoisier etM, Laplacp.

Sniv*. MM. Petit el Dulotîg.

Eau ; . , i . 1,0000

Soufre . o,2o85

Fer battu o,iio5

Etain o,o4y5

Plomb 0,0282

Mercure o,o?go