INTERVALLE FONDAMENTAL

51. Ordre des expériences. — Les corrections de calibre des thermomètres ont été calculées dans la supposition que l'intervalle [o« 100] correspond exactement à 100 degrés. Il nous reste à déterminer la valeur de cet intervalle.

112 THERMOMÉTRIE DE PRÉCISION.

Le système centigrade étant défini par ia diflférence entre la température d'ébullition de Peau sous la pression atmosphérique normale et la température de fusion de la glace pure, on détermine la correction dHntervalle fondamental d'un thermomètre en observant ses indications lorsqu'il est exposé à ces deux températures.

Nous avons donné, dans le premier Chapitre, les raisons pour lesquelles le zéro d'un thermomètre doit toujours être observé après la température que l'on veut déterminer. Celle règle s'applique évidemment à l'intervalle fondamental : V observation du point loo doit être faite avant l'observation du zéro,

52. Détermination du point 100. — Divers appareils ont été construits dans le but d'exposer les thermomètres à la température d'ébullition de Teau; ils dérivent, pour la plupart, de l'appareil classique de Regnault; celui de M. P. Chappuis nous paraît être jusqu'ici le plus pratique et le plus complet; il présente sur les anciens appareils deux avantages essentiels : i^ le thermomètre est soustrait à l'influence directe de l'eau bouillante; 2® il peut être placé en position verticale et en position horizontale, ce qui fournit un contrôle précieux pour les corrections de pression. En voici la description succincte.

Le thermomètre T est placé dans un tube à double circulation A (Jig-ig'y délsiil /ig, 20) long de 75*^"*, large de 6*^"*; il traverse à frottement un bouchon de liège maintenu dans une douille, et qui ferme exactement l'orifice supérieur; cette douille, indépendante du couvercle, est retenue en place par une petite tige de laiton passant sous une glissière; pour plus de sûreté, le thermomètre est suspendu par un fil à une tige métallique que l'on peut fixera une hauteur convenable; il est, en outre, guidé par deux pièces P, percées de trous et munies d'un petit enlonnoir central, tenues à frottement dans l'intérieur du tube. Le tube A est supporté par un tujau horizontal B formant axe, et qui pénètre dans les paliers M|, M2 (fig* 21); il peut être placé horizontalement ou verticalement, et sa position est déterminée par deux arrêts avec vis de réglage, dont un seul N est visible dans le dessin ; une clef de sûreté F le maintient en position verticale; un manche en bois G sert à le manœuvrer. Du côté du support M|, le tuyau B

CHAP. II. — ÉTUDK DKS THEnMOMKTRKS. Il3

est en commuoicatioD avec le tube intérieur oit esl placé le thermu- Fig. 19. Fig. 10.

mètre ; du côté de Mj, il esl relié seulement au manchoD e^téiieur.

Il4 THERMOMÉTRIE DE PRÉCISION.

La vapeur développée dans la chaudière C en cuivre arrive, par un tube de plomb D entouré de feutre, en Mi, puis entre dans l'intérieur du tube A, qu'elle parcourt dans toute sa longueur, passe entre les parois et sort en M2 ; elle se condense dans un tube vertical E, ouvert par le haut et enveloppé d'une circulation d*eau froide; Peau condensée est ramenée au fond de la chaudière par le tube K. Un manomètre à eau H indique la différence des pressions intérieure et extérieure, autrement dit la surpression dans l'appareil. Les lectures se font avec une petite lunette L fixée au tube A. La colonne mercurielle ne doit dépasser le bouchon que de la quantité strictement nécessaire à l'observation.

D'après la position du manomètre, la différence de niveau dans les deux branches indique l'excès de pression de la vapeur à la sortie de la chaudière. Dans le condenseur, cet excès est nul; or, comme sur le parcours de la vapeur se trouvent deux étranglements, à l'entrée et à la sortie du tube A, on peut conchire, a priori, que la pression dans ce tube est la moyenne entre la pression atmosphérique et la pression à la sortie de la chaudière. Des expériences directes, consistant à observer le manomètre, tandis que le tube était alternativement ouvert et fermé dans le haut, ont confirmé cette supposition. On aura donc la pression totale dans l'appareil en ajoutant à la pression, mesurée au baromètre, ia moitié de l'excès, toujours très petit, indiqué par le manomètre.

Le thermomètre doit rester exposé à la température de 100® aussi longtemps que le déplacement du zéro est encore sensible, c'est-à-dire de quelques minutes à une heure environ, suivant la nature de l'enveloppe [^voir (69)]. Après cela, la lecture du thermomètre est faite en position horizontale et verticale; la dernière est réduite à la position horizontale.

11 arrive fréquemment que, pendant l'exposition prolongée à 100**, une petite quantité de mercure distille et se dépose en gouttelettes tout près de Textrémîté de la colonne. Tant que la quantité de mercure distillé est minime, Terreur qui en résulte sur la valeur de l'intervalle fondamental est négligeable, les points fondamentaux étant déplacés sensiblement de la même quantité (*).

(*) La dilatation apparente totale du mercure dans le verre entre o'' et 100° est d'environ ~ ; une perte de mercure de 0,06 degré entraîne donc une erreur de 0,001 degi^ë.

CHÀP. II. ÉTUDE DES THERMOMÈTRES. Il5

Mais il est bon cependant de laisser pendant ce temps le thermomètre en position horizontale et de faire la lecture d*abord dans cette position; dans le cas contraire, quelques gouttelettes de mercure peuvent être reprises entre les deux lectures, de telle sorte que la détermination du point loo en position verticale ne correspond pas à la détermination du zéro faite après.

Afin d'être assuré que, dans la lecture en position horizontale, la colonne de mercure n'est pas détachée, il est bon de relever Fappareil immédiatement avant Tobservation.

Température d'ébullition de l'eau. — La température d'ébullition de l'eau varie, comme l'on sait, avec la pression. On en tient compte, dans les mesures, en déterminant, à Taide d'un baromètre de précision, la pression au moment de l'observation, et en appliquant une correction convenable à la température d'ébuUition.

Regnault(^) a déterminé la tension de la vapeur d'eau pour des pressions variant dans de très larges limites ; les résultats de ses expériences, réunis d'abord par une méthode graphique, ont été soumis, par M. Broch ( ^ ), à une nouvelle discussion et à un nouveau calcul; ce dernier a donné, en particulier, une formule d'interpolation du quatrième degré pour représenter les températures d'ébuUition de Teau; cette formule, correspondant à des pressions comprises entre 680™" et 800"**°, est la suivante :

T— 100 = a(H — 760) 4- 6(H-— 760)» -h c(H — y6oy^d(U — 760)*:

T est la température d'ébuUition en degrés centigrades normaux, H la pression barométrique réduite; les constantes empiriques ont les valeurs suivantes :

Pour les pressions voisines de ^fio™"*, on peut se servir de la

{*) Reonault, Mémoires de r Académie des Sciences, etc., t. XXI, p. 465-633;

(») O.-J. Broch, Tension de la vapeur d'eau cl Points fixes des thermomètres et températures d'ébuUition de Veau pure {T, et M.y t..I; 1881).

Il6 THERMOMÉTRIE DE PRÉCISION.

formule approximative

La Table V, en parlie extraite de celle de M. Broch et en partie interpolée d'après la Table des tensions de la vapeur d'eau, donne les valeurs de T pour différentes pressions.

53. Détermination du zéro. — On détermine le zéro d'un thermomètre en l'exposant, pendant un instant, à la température de la glace fondante. On emploie avec avantage, pour cette détermination, un appareil construit de la manière suivante : une cloche à douille A {fig- 22) en verre, d'une capacité de quelques litres ( * ), munie d'un robinet à écoulement à la partie inférieure, est maintenue verticalement par un support; celui-ci porte, en outre, deux tiges B, B, avec des entailles garnies de liège, dans lesquelles le thermomètre T est pressé doucement par un ressort C.

La glace, finement râpée, est placée dans la cloche, additionnée d'eau distillée, puis fortement tassée avec un morceau de bois; le robinet est alors ouvert pour laisser écouler l'eau en excès , qu'on a amenée à sa surface en comprimant la glace; aussitôt que la surface de la glace commence à se sécher, on referme le robinet. La masse de la glace doit rester imprégnée d'eau. Les déterminations dans la glace sèche peuvent être faussées, soit parce que le contact avec le thermomètre est imparfait, soit parce que la température de la glace est inférieure à o®; suivant les cas, l'erreur est positive ou négative. La glace étant ainsi préparée, on y perce un trou avec une baguette de verre appuyée contre les tiges B; le trou ne doit pas être prolongé jusqu'au fond de la cloche.

La détermination du zéro doit être faite rapidement, afin de réduire à un minimum l'ascension du zéro qui commence à se produire aussitôt que la température s'abaisse. Ce précepte doit être d'autant plus rigoureusement suivi que la température à laquelle a été soumis le thermomètre est plus élevée.

(«) Ud entonooir de a'** de capacité suffît lorsque la température du laboratoire est peu élevée; lorsque la température atteint la^ ou i5«, il convient d'employer un entonnoir plus grand ou entouré d'-un second cylindre concentrique.

CHAP, H. ÉTUDE DES THEEMOMÈTIIES. ilj

La vitesse de refroidissement influe foriement sur la position du léro; ii en résulte une cause Importante de divergences dans les déterminations de l'intervalle fondamental. On peut, sans danger, plonger dans la glace un thermomètre dont ta température est encore de 45" à So".

Fig. ai.

Dans toutes les déterminations du zéro succédant à des observations précises faites à une température peu élevée, il est avanugenx de se servir d'nne lunette à micromètre.

Nature de la glace. — Il est important, pour déterminer le zéro des thermomètres, de se servir de glace assez pure ; il n'est

Il8 THERMOMÉTRIE DE PRÉCISION.

cependant pas nécessaire, comme on le croit fréquemment, d^employer de la glace obtenue en faisant congeler de Teau distillée. Les expériences faites par M. Pernet et M. Marek (*) ont montré que le mode de traitement de la glace est aussi important que sa pureté, au moins dans les limites d'impureté que peuvent atteindre la neige, la belle glace naturelle ou la glace artificielle préparée avec soin. Dans les expériences de ces deux excellents observateurs, la température de fusion de la glace d'eau distillée privée d'air a été admise comme zéro normal. Voici les résultats obtenus par M. Pernet :

Nature de la glace. Température.

Glace d'eau distillée privée d'air 0,0000 \

Glace d'eau distillée —0,0014 '

Glace naturelle mélangée d'eau distillée —0,0017

Glace naturelle humide — o,ooo3

Glace naturelle râpée, sèche — o,oo35

Neige propre, sèche — 0,0060

Neige mélangée d'eau distillée —0,0004

La même après écoulement de l'eau — o,oo38

On voit que, chaque fois que la glace naturelle pure ou la neige est mélangée d'eau distillée, la température de fusion est la même dans les limites des erreurs d'observation.

Les expériences comparatives de M. Marek ont été faites avec de la glace artificielle préparée avec soin; cette glace sortait des mouleaux à — 5° C. environ. Les résultats furent les suivants :

Nature de la glace. Température.

Eau distillée au point de congélation 0,0000 *

Neige fondante, sans écoulement —0,001 1

Glace artificielle râpée, mélangée d'eau —0,0017

Glace artificielle lavée avec beaucoup d'eau,

écoulement libre — o,oi3o

Glace artificielle lavée avec peu d*eau, écoulement libre — 0,0162 /

Glace artificielle sèche, râpée — o,o5i9

Glace artificielle sèche, concassée — 0,0919

(') Pernet, Sur la manière d'éliminer dans l'évaluation des températures l 'influence de la variation des points fixes des t/iermomêtres à mercure ( T. et M., t. I, p. B.12et 13).

Oo peut souvent se procurer, dans les villes, de beaux blocs de glace très pure, provenant des lacs de la Norvège ou de la Suisse-, cette glace donne un zéro parfaitement constant.

Pour réduire rapidement la glace en fines parcelles, on la râpe dans une auge quadrangulaire, en bois, garnie de plaques de laiton et portant transversalement, dans le fond, un couteau d'acier encastré obliquement dans une ouverture.

o4. Calcul de l'intervalle fondamental; Tables. — Soient /r, /o les lectures brutes du thermomètre dans la vapeur d'eau bouillante et dans la glace fondante, t la température de la vapeur donnée par la Table. La lecture It devra subir une correction de calibre et de pression extérieure, enfin une correction de pression intérieure si elle est faite en position verticale. La lecture /o subira ces trois corrections. Soient respectivement q, c© les corrections totales. En désignant par [!•/] l'intervalle fondamental du thermomètre, c'est-à-dire le nombre de divisions correspondant à 100 degrés, on aura évidemment

(/,-f-C,)-(/o-4-Co) [T/]

d'où

Cas des thermomètres hypso métriques, — Dans les thermomètres hypsométriques, il ne peut être question, à proprement parler, d'un intervalle fondamental. La quantité que l'on détermine par les expériences ci-dessus est, dans ce cas, la correction du point 100, c'est-à-dire la quantité :rioo que nous avons gardée comme inconnue dans les formules développées précédemment (il). On a donc

Nous verrons plus lard (69) que, dans certains cas, on peut se passer de déterminer le zéro et prendre, comme point de départ, le point loo devenu suffisamment fixe; on écrit alors simplement

x^Qo OU x\qq ayant été déterminés par des expériences prélimi-

120 theumométrie de précision.

nalres dans lesquelles /est connu; celte dernière quantité devient plus tard l'inconnue que l'on détermine au moyen du thermomètre.

l^ables. — Pour les thermomètres à division purement arbitraire, on calcule une Table de coïncidence^ entre les divisions du thermomètre et les degrés. Pour les thermomètres à division équidistante adaptée de très près à Tintervalle fondamental, on aura une Table de corrections. L'indication du thermomètre étant [ly*] à 100°, la correction devra être, pour cette lecture, [!•/*] — 100. Comme elle est proportionnelle à la lecture, l'ar-

fi;ument de la Table est ^ \] T,

5o. Exemple* — Thermomètre Tonnelot, n^ 4340; détermination faite au Pavillon de Breteuil le 1 1 janvier 1886. Les pressions ont été mesurées au moyen d'une échelle en laiton. Le facteur de correction pour la pesanteur est i ,000 33 1 .