J 27 II

lS2

1 3 1 5fc )

io3

( io5

TRAITÉ DES REACTIFS.

THERMOMETRE

Réaumur.

Centigrade.

Fahrenheit.

rrrr

rr rr

Si 59

fi 6o

J| Gl

r* rr

THERMOMETRE

Réaumur.

Centig

;rade.

Fahrenheit. •

rr *7

ao4

rr rz

42 TRAITÉ DES REACTIFS,

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

Mais les hautes températures ne sauraient être appréciées par ces thermomètres; pour remplir ce but, Wedgewood a imaginé un 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 Wedgewood répond à 58o° 56 du thermomètre centigrade, ou à 1077° du thermomètre de Fahreinheit.

Chaque degré de variation du pyromètre de Wedgewood , répond à un intervalle de 720 22 minutes 22 secondes du thermomètre centigrade, ou de i5o° du thermomètre de Fahreinheit. Ainsi, par exemple, i85° du pyromètre deWedgewoodzn; 58o° 56 centigrade -{-72° 22, 22 centigrade X i85 = 15941567 centigrades. Cet instrument propre aux essais de fabriques , 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 hantes températures rapportées au thermomètre centigrade.

Capacité des corps pour la chaleur ou chaleur spécifique

Black a observé le premier, que pour différons corps,

(1) Cet effet, qui semble une anomalie dans les lois delà <ha~ leu v s’explique en supposant une combinaison plus intime «à des températures qui permettent dans un corps le rapprochement des molécules en raison de leur affinité.

TRAITE DE5 REACTIFS. 4^

im même nombre de degrés d’élévation 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’nn 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 ca« pacité pouï la chaleur, qui est propre à chaque corps, et relativement auquel elle ne varie pas , est la chaleur spécifique. 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 particulièremen t à l’aide de trois procédés que nous 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 leslimites des températures qu’ils éprouvent durant les expériences; cette 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 sauraient atteindre

44 TRAITE DES REACTIFS

On conçoit aisément, que si Ton mêle ensemble des masses connues de deux corps à des températures différentes , 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 + 34° ? il en résultera un mélange de a kilogrammes à *-{-550; donc, à masses égales, un degré de température de l’eau équivaut pour la quantité de chaleur à 33° de température du mercure, ou en d’autres termes : la capacité de ffeau pour la chaleur est à celle du mercure comme 33 est à i. Si l’on représente la chaleur spécifique de l’eau par 1000, celle du mercure sera égale à 3o.

Si l’on plonge un kilogramme de verre à 86° dans 10 kilogrammes d’eau à o° , et que la température de l’eau s’élève à i°,47? on réduira d’abord à l’unité de masse, et l’on aura : îo kil. à i°47= î kil. à i4> 7 ; or^ d’après l’expérience , un kilogramme de verre à 84° 53 ( 86° moins la température de î, 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, * i4?7 la capacité de l’eau étant iooo celle da verre, est 175,90.

TRAITÉ DES REACTIFS. {[5

Enfin, pour prendre un exemple plus général, nous supposerons un corps quelconque C, dont la chaleur spécifique cherchée =: x et dont 1 kil. à6o% aura élevé

10 kilogrammes d’eau à 2°, réduisant à la même masse, on aura un kilogramme d’eau à -f- 20° = 1 kil. de C à -4-58° (ou6o°-2); la chaleur spécifique étant A on aura A * x 0 * 58 ; 20 d’ou x = si l’on fait A =

1 000 on aura x — 544? 85.

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 cette cause d’erreur, on fait le 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 120 avec un kilogramme de mercure à o°, 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 1 1 ; or, la chaleur spécifique du mercure est à celle de l’eau comme 53 à 1 , d’où , la chaleur spécifique de l’eau est à celle de l’acide sulfurique comme 1000* 55o. On voit ainsi qu’en choisissant un corps qui ne réagisse pas sur celui que l’on essaye, on pourra rapporter la capacité trouvée a la capacité de l’eau pour la chaleur (1).

(1) Cette méthode qui, comme on le voit, est susceptible de Rappliquer généralement à tous les corps, nécessite plusieurs,

Nous avons dil qu’à l’aide delà méthode des mélanges, on pouvait déterminer des températures que les thermomètres 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’êxpérience ci-dessus, nous avons dit que sa chaleur spécifique, l’eau étant ï, est o , 1769, l’élévation de l’eau 1,47? réduite à l’unité de masse, était 14% 7 ; on voit qu’il suffit de diviser la chaleur spécifique du corps immergé par 0,173g; le quotient 84,53 exprime le nombre de degrés dont le corps doit être abaissé par l’immersion; si l’on ajoute la température du mélange total 1,47, on remontera à la température primitive du corps =z86°. C’est ainsi 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 (i) ; on voit que cette méthode est susceptible

procautions importantes ; l’air extérieur, et les vases dont on se sert, doivent être à la température du mélange; le mélangé doit être fait promptement 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 approximati vemcntle nombre de dégrés dont le mélange doit s’élever; alors on abaissera la température de l’eau sur laquelle on doit opérer, de moitié d’autant de dégrés que le corps chaud doit lui en communiquer, onia mettra dans un vase à minces parois ; puis faisant l'expérience et les observations à l’instant, on obtiendra une compensation entre la chaleur que l’air aura d’abord fournie au mélange cl celle que le mélange lui aura ensuite rendue ; les. chances d’erreurs seraient donc peu importantes.

(0 Si l’on plonge dans l’ea.u un kilogramme de fer ehan ffé presque

TRAITÉ DES REACTIFS. 4 7

debcüucotlp d’applications utiles , d’autres applications quelle ne e-oinporte pas, sont du ressort des calorimètres dont nous allons donner une idée.

Calorimètre de glace. O11 a reconnu , par l’expérience , que la glace 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 capacitépour la chaleur augmente ; si donc on enlève à chaque instant l’eau liquéfiée qui en résulte, et qu’une nouvelle quantité de glace se présente sans cesse à l’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 quan tité 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 M. Laplace ont atteint en construisant leur calorimètre.

Nous ne donnerons pas ici la description 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 terme de la fusion, ou fonda et prêt de se congeler il répandra dans ee liquide une quantité de chaleur qui dépendra de sa température; supposons qu’il ait élevé de 20° la température de 9 kil. 6 1 5 grammes d’eau , ou dira : 9 kil. 6i5 grammesà 20'1 “ 192 kil. 000 grammes d’eau à i° eten établissant la relation d’aprèsla diale ur spécifique du fer. ( __t 10 l’eau étant 1000) on aura 1 10 : icoo :: 192 , 3 '.x d’où x~ 1719. La température du fer près de la fusion peut donc être évaluée à 17/19 degrés centigrades. C’est acéré* fcullat que sont parvenus MM. Dcsormes et Clément.

soumis à l’expérience dans ce calorimètre , est enveloppé de deux couches de glace, l’une extérieure qui prévient Faction 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 Feau qui s’en est écoulée durant l’expérience.

Nous indiquerons seulement ici les principales précautions que l’on doit prendre lorsqu’on veut faire usage du calorimètre, le mode de calcul à suivre pour déduire les quantités de chaleur de l’expérience que l’on a faite; 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° danis toutes ses parties, et pour cela il faut la tenir dans Feau pendant environ 20 minutes. Si les morceaux de glace étaient d’un volume trop considérable , lachaleur pourrait rayonner dans quelques-uns de leurs interstices et arriver à la deuxième enveloppe, s’ils étaient trop menus la quantité d’eau écoulée pourrait être beaucoup plus grande que celle liquéfiée par le corps; en effet, la glace introduite est mouillée de toute Feau 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-près égale

TRAITÉ DES REACTIFS. Zj9

à celle des noix est convenable, on voit d’ailleurs que dans 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 iGi , deviennent des causes d’erreurs; pour éviter la plupart d’entr’elles 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 corps dans chacun des calorimètres.

Lorsque le corps dont on veut 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 chaléur 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 7 5 degrés centigrades (60 de Réaumur) en passant à o° fond un kilogramme de glace,

c’est à 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 da

5o TRAITÉ DES RÉACTIFS.

glace en s’abaissant de 75°; il suffit pour cela de diviser la quantité d’eau 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 ^5, le produit exprimera La quantité de glace qu’un kilogramme du corps pourra fondre en passant de 7b0 à zéro; ou la chaleur spécifique pour l’unité de masse.

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

On divisera le quotient o, 148 par 100 , et on multipliera par 75 le nouveau quotient ; le produit 0 kil. 111, indiquera que la capacité de l’eau est à celle de la fonte de fer , comme * — s— * * o, o i3333 * 0,00 148, ou plus de 9 fois plusconsidérable(i). La table suivante indique la

(1) Pour généraliser 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 foudre un kilogramme de glace à o°. représentant par j nombre 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 refroidir à o°. dans le calorimètre, il fera fondre un nombre de kilogrammes N. or on sait qu’entre o°. et ioo°. 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 dekilogrammes déglacé qu ta: corps peut fondre en descendant d’un degré et

TRAITÉ DES RÉACTIFS. 5l

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

TABLE des chaleurs spécifiques de diverses substances 3 celle de l’ eau étant prise pour unité.

Suiv1 Lavoisier ctM. Laplace.

Eau. . . . . . 1,0000

Sou f re .... » • ^ . o,2ob5

Fer battu . 0,1 io5

Etain . o,o475

Plomb . . . 0,0282

Mercure . 0,0290

Oxide 1 ouge ( deuto-

xide) de mercure. . o,o5oi Minium ....... 0,0623

Chaux vive . 0,2169

Verre sans plomb . . 0,1929 Acide nitrique(ài3989) 0,6014 Aeidesult'u riq.(à i845 J 0,3346 (4 parties de ce dernier , plus 5 parties

d’eau) . o,6o3i

Nilre 1 $ 0 0

Eau 8 $ Solution. . 0,0107

Huile d’olive . .... 0,3095

Suivf. MM. Petit et Dulong.

Eau . 1,0000

Bismuth . 0,0288

Plomb . 0,0293

Or . ► . . 0,0298

Platine . o,o3i4

Etain . 0,0014

Argent . 0,0567

Zinc . . 0,0927

Tellure . 0,0912

Cuivre . 0,0980

Nickel . o, 1 o3d

Fer . . 0,1100

Cobalt ........ 0,1498

Soûl re . . . , . . . . 0,1800

(2) V oy . cette note à la pag. 53

aussi en loncliou de la même unité, le calorique nécessaire pour élever ou abaisser sa température d’un degré.

D après cela, la quantité totale de calorique contenue dans A pour toute autre température, t comprise entre les limitas de o°. à ioo° sera exprimée par x etc t la quantité de glace qu’il peut fondre on descendant à o°. sera un nombre de kilogrammes ïz et si le corps au lieu d’avoir une masse s un kilogramme était wî, il faudrait le considérer comme m kilogramme et la quantité primitive de chaleur qu’il contiendrait à o° serait m x , a t degré elle serait ~ m x ~T'.m c t et le nombre de kilogramme de glace à o°. qu’il pourra fondre , sera s met en se refroidissant de t à o°. dans le calorimètre.

52 TRAITE DES REACTIFS»

Les rapports de cette table peuvent servir immédiatement à transporter numériquement le calorique de l’une à l’autre des substances. ( Voyez dans la note la signification attribuée au Coefficient c) Ainsi , le mercure dont la température s’abaisse d’un degré, n’élèveune masse égale d’eau que de o, 029, une même masse d’étain en s’abaissant également de 1 degré élèverait la température de la même masse d’eau de o°, o4?5> de là, il suit que la chaleur dégagée d’une masse de mercure qui se refroidit d’un degré élèverait la température d’une masse égale d’étain de = o°, 61...», ou encore que la quan-*

Le nombre c varie non seulemeut d’une substance à une autre, mais il varie même jour une même substance , dans ses changemens d’état , c’est à dire lorsqu’elle est ou solide ou liquide ou gazeuse; il y a alors, comme nous le verrons plus bas, changement dans la forme, dans le volume et dans la capacité pour le calorique. Le nombre c doit donc être déterminé dans ces diverses circonstances par l’observation , et il prend le nom de chaleur spécifique des corps.

La constance de la valeur de c pour le mercure dans toute l’étendue de l’échelle thermométrique de o à 100, est une chose fort remarquable; il résulte delà que les quantités de chaleur introduites dans cette substance entre ces limites sont proportionnelles aux degrés de température , mais ces degrés sont mesurés par les dilatations du mercure et leur sont proportionnels ; donc les dilatations du mercure , dans l’étendue de l’éch elle thermométrique sont proportionnelles «aux accroissemcns du calorique qu’il renferme.

Lavoisier et M. Laplace ont trouvé qu’une livre d’eau à 6o° Réaumur ou ^centigrade fond précisément une livre de glace en descendant à o°. Donc la chaleur absolue de l’eau suivant la division Réaumur sera ~ ou o, 0166, et d’après la division centésimale -s =ro,oï333... Si l’on divise par l’une ou par l’aube

tîté de chaleur capable d’élever le mercure de 100 degrés n’échaufferait rétain qu’à 6i°., ; ou enfin que pour élever l’un et l’autre de ces métaux d’un même nombre de degrés, il faudrait pour le premier plus de chaleur que pour le deuxième dans le rapport de 100 à 61.

Le calorimètre de glace peut servir non-seulement à

de ces quantités les chaleurs spécifiques absolues évaluées dans l’un et l’autre système , on aura les chaleurs spécifiques relatives , c'est à dire rapportées à celles de l’eau. — ( Voy. la table.)

(2) D’après MM. Clément etDésorraes les chaleurs spécifiques de divers corps , seraient les suivantes , Peau étant 1000.