Calorimètre

“ Un calorimètre à eau recueille évidemment toute la chaleur émise par la source et, si l'on admet qu'il est entièrement protégé contre le rayonnement, on obtiendra la mesure de la chaleur produite pendant l'expérience, en multipliant le poids du calorimètre, évalué en eau, par l'accroissement de sa température. ”

“ Calorimètres. — Trois sortes principales d'appareils ont été mis en usage pour déterminer la chaleur développée par la combustion : 1° le calorimètre à glace de Laplace et Lavoisier; 2° le calorimètre de Rumford et 3° des calorimètres à chambre de combustion, tels que ceux de Dulong, de MM. Dauriac et Sahuquié et de MM. Favre et Silbermann.
10. Calorimètre de Laplace et Lavoisier. — Le calorimètre de Laplace et Lavoisier se compose de trois boîtes en fer-blanc, séparées
deux à deux par un intervalle qu'on remplit de glace fondante. ”

“ Tout le temps que la température du calorimètre reste constante, l'écoulement d'eau froide est nul ; dès que l'animal est introduit dans l'appareil, l'écoulement commence, d'autant plus rapide que la source de chaleur est plus intense.
Soit t la température constante du calorimètre et de l'enceinte dans lequel il est placé ; si P est le poids d'eau à o degré qui a traversé l'appareil pendant l'expérience, on a comme chaleur dégagée par la source : Q = P X Une condition absolue de l'exactitude de la méthode est le maintien à un degré invariable de la température
ambiante. ”

“ Dans tout calorimètre, on empêche la déperdition de la chaleur au moyen de couches épaisses de substances isolantes, et quoique l'intérieur de l'appareil soit à une température bien différente de celle de l'air ambiant, on en rend la déperdition très-faible. Ce même enveloppement du calorimètre par des substances isolantes sera bien plus efficace encore si l'appareil est placé dans une enceinte dont la température soit fixe et très-voisine de celle du calorimètre lui-même. ”

“ L'appareil que nous avons déjà décrit se prête admirablement à des expériences de ce genre : de plus, le calorimètre à température constante met à l'abri de la cause d'erreur résultant de l'élévation de température du milieu dans lequel l'animal rayonne, élévation de température qui a une influence considérable sur la radiation calorique, comme le montrent les expériences relatées plus haut, et qui est inévitable dans le calorimètre à rayonnement. Les tableaux 5 et 6 donnent les quantités d'oxygène absorbé et les calories dégagées : 1° par des lapins normaux ”

“ On le réalise : soit en plaçant le calorimètre dans une enceinte à température constante soit en opérant dans un laboratoire dont la température n'est soumise qu'à des variations très faibles qu'on pourra rendre insignifiantes en environnant le calorimètre d'un vaste récipient rempli d'eau. ”

“ Si le calorimètre est échauffé par une source de chaleur, l'air se dilate et soulève la cloche correspondante à une hauteur qui sert de mesure à réchauffement et, par conséquent, à l'intensité de la source. ”

“ La température du système calorimétrique aura alors monté, et notre connaissance des chaleurs spécifiques permettra de savoir combien
de calories il fournirait en revenant par refroidissement à son état initial. Ces calories sont achetées par l’abaissement des poids qui, pratiquement [2] n’a pas d’autre répercussion. Le changement global constitué par l’abaissement du poids et par l’échauffement du calorimètre de Joule est donc, par définition, « isolable ». ”

“ Toute cette chaleur est employée à dilater le liquide du manchon qui l'entoure, dilatation qui a pour effet de permettre l'écoulement de l'eau à zéro dans le serpentin 2-2', jusqu'au retour du liquide dilatable à la température du début de l'expérience.
Contrôle du calorimètre.
Pour contrôler l'exactitude du calorimètre, nous avons introduit dans son intérieur, comme l'ont fait MM. d'Arsonval et Ricliet, une quantité d'eau connue P à une température T.
Cette eau se refroidissant, je suppose, de (T — f) ° perd une quantité de chaleur égale à P. (T — f) calories. ”

“ Ce liquide est traversé par un serpentin dont une extrémité est reliée à la source frigorifique (eau à o degré) l'autre extrémité communiquant par un tube de caoutchouc avec un récipient destiné à recevoir l'eau écoulée. Ce tube passe à travers un régulateur d'écoulement actionné par le liquide du calorimètre, et tel que l'écoulement d'eau froide à travers le serpentin commence aussitôt que la température du calorimètre s'élève au-dessus de la température ambiante. ”

“ Pour faire une comparaison utile et rigoureuse entre la chaleur réellement émise par un animal et la chaleur calculée à partir des combustions de cet animal, il est nécessaire de disposer, d'une part, d'un bon calorimètre pour mesurer la chaleur réelle et, d'autre part, d'une base irréprochable de calcul pour évaluer la chaleur théorique. ”

“ On constitue, pour l'homme, un calorimètre simple et léger, en prenant un cylindre d'étoffe, une couverture de laine, de 2 mètres de haut, attaché à un disque de bois de 80 centimètres de diamètre. Ce disque de bois, qui constitue le plafond de la chambre calorimétrique, porte à son centre une cheminée conique ayant 20 centimètres de base et 10 centimètres à la partie supérieure sur 60 à 80 centimètres de hauteur totale.
La partie inférieure reçoit un embout métallique coudé à angle droit sur lequel vient s'adapter l'anémomètre. ”

“ Au lieu d'un vase à double paroi, on peut prendre pour compensateur un récipient fermé quelconque ayant une capacité égale à celle du manchon d'air du calorimètre proprement dit.
Le calorimètre à rayonnement de d'Arsonval peut donc fonctionner comme un véritable appareil différentiel ; en particulier, il pourra être employé pour faire l'étude calorimétrique de deux parties symétriques du corps dans certains états pathologiques, et
cette mesure calorimétrique locale remplacerait avantageusement les déterminations thermométriques. ”

“ On peut éliminer sans peine cette cause d'erreur : il suffit de disposer d'un second calorimètre, en tout semblable au premier, fonctionnant à vide, et de déterminer son élévation ou son abaissement de température pendant la durée de l'expérience, pour connaître, dans réchauffement du premier, la part qui revient à l'animal, et celle qui revient au milieu ambiant, la part de l'animal étant la différence algébrique entre réchauffement total et réchauffement du second calorimètre. ”

“ Pour arriver à celle détermination, on fait passer dans le calorimètre où l'animal est placé un courant d'air dont on mesure le volume à l'entrée et qu'on analyse à la sortie en prenant, pour effectuer ces mesures, les précautions nécessaires, dans le détail desquelles il est sans intérêt d'insister. La quantité d'acide carbonique recueillie dans les gaz expirés permet de conclure la quantité de chaleur produite à raison de 8000 calories par gramme de carbone brûlé, soit pour 3gr, 67 d'acide carbonique recueilli. ”

“ GG, électrodes isolées recevant le courant induit, quand on veut diriger sur l'animal des excitations électriques.
ll. Face supérieure de l'appareil. — Les lettres ont la même signification que ci-dessus.
Calorimètres à masse liquide. — Dans les calorimètres de ce groupe, la chaleur produite par la source se mesure à l'échauffement de la masse liquide formant les parois de l'appareil. Tels sont le calorimètre à eau imaginé par Despretz et le calorimètre à mercure de Dulong. Celui-ci n'est plus en usage, mais le calorimètre à eau
est fréquemment employé. ”

“ Dans le genre de recherches dont il s'agit, et quand l'expérience se fait sur un individu en repos, la valeur de Q', ou de la chaleur développée effectivement dans notre corps en un temps donné, peut être déterminée aussi approximativement qu'il est nécessaire avec un calorimètre bien conditionné et bien employé. ”

“ Le tuyau de sortie de l'air doit également traverser de la glace pilée, mais cette dernière portion de glace doit être comprise dans l'intérieur de la capacité ffff du calorimètre, & l'eau qui en découle doit faire partie de celle que l'on recueille, parce que le calorique que contenoit l'air avant de sortir fait partie du produit de l'expérience.
La recherche de la quantité de calorique spécifique contenue dans les différens gaz, est un peu plus difficile à cause de leur peu de densité ”

“ Le desideratum serait : 10 que l'animal ne fut pas à une température trop basse; 20 que l'enceinte calorimétrique ne changeât pas de température. Il faut donc opérer à la température ordinaire, et il est nécessaire que la chaleur produite soit enlevée au fur et à mesure par une source de froid compensatrice. On peut employer avec avantages le calorimètre compensateur à circulation d'eau de d'Arsonval (fig. 3oi) , qui peut, d'ailleurs, être
enregistreur comme ceux que nous décrirons tout à l'heure. ”

“ Schéma d'un calorimètre à rayonnement.
F, source de chaleur; t,t', tubes pour la ventilation ; th, thermomètre.
au calorimètre. L'intensité de l'échauffement est nécessairement proportionnelle à l'intensité de la source, et si on connaissait la relation constante de ces deux termes, on obtiendrait le second à partir du premier. De là la nécessité d'une graduation. Précisons ces points essentiels. Soient une chambre circulaire (fig. 123) , à parois métal-
liques, et une source calorifique F placée au centre. ”

“ Veut-on, par exemple, connoître ce qui se dégage de calorique d'un corps solide, lorsqu'il se refroidit d'un certain nombre de degrés? On élève sa température à 80 degrés, par exemple, puis on le place dans la capacité intérieure ffff du calorimètre, figures 2 & 3, planche VI, & on l'y laisse assez long-tems pour être assuré que sa température est revenue à zéro du thermomètre: on recueille l'eau qui a été produite 397 par la fonte de la glace, pendant son refroidissement ”

“ Pour éviter les effets dus au rayonnement, d'Arsonval dispose les choses de telle manière que la chaleur cédée au calorimètre, par l'animal, est emportée, au fur et à mesure, par un courant d'eau froide dont l'intensité est réglée automatiquement par la température de la masse liquide. 11 est impossible de décrire la méthode sans recourir à un schéma comme celui de la figure 130. Soit un calorimètre rempli de pétrole ou d'alcool à la température t. Si l'on introduit une source de chaleur (lapin ou chien) , la température de la masse tend à s'élever. ”

“ Appareil pour l'étude simultanée de la radiation calorique et des combustions respiratoires.
culation de l'air. L'épaisseur de paroi du tube 1 = omm5. Il nous a semblé qu'on était plus sûr, avec ce dispositif, de ne laisser sortir l'air expiré qu'après avoir cédé toute sa chaleur au liquide contenu dans l'espace annulaire. Nous avons donné au calorimètre une forme cylindro-sphérique qui empêche les déformations possibles lorsqu'on introduit l'animal dans son intérieur, déformations qu'il est, comme on le verra plus loin,
absolument essentiel d'éviter. ”

“ G'est pourquoi nous avons préféré employer le calorimètre à rayonnement.
Principe cle la méthocle. — Le principe de la méthode est le suivant : Supposons qu'une source de chaleur quelconque soit enfermée dans un vase métallique à double-paroi, de forme cylindrique par exemple, l’environnant de toutes parls. Dans la dou-ble paroi se trouve une couche d’air atmosphérique communiquant avec rextérieur par rintermédiaire d’un manomètre à air libre contenant du mercure ou tout autre liquide. ”

“ Nous ayions essayé, au cours de nos expériences par la méthode de condensation, de relier la paroi métallique du calorimètre à l’un des pôles du solé-noïde, de manière à ce ciue cette paroi représentât l’une des armatures du condensateur. Nous avions placé à rintérieur du calorimètre un demi-cylindre en ébonite destiné à servir d’isolant. ”

“ La mesure la plus récente du débit de chaleur est celle de MM. v. Schweidler et Hess [5] , effectuée sur un gramme de chlorure de radium appartenant à l’Académie de Vienne. La pureté de ce sel était garantie par la détermination de son poids atomique, qui a donné le nombre 225. La méthode de mesures était la même que dans les expériences de M. Angström, avec les dimensions suivantes des calorimètres en cuivre : diamètre extérieur, 2cm,5 ; hauteur, 6cm ; épaisseur des parois, 0cm,5. Le métal était poli et doré ; un couvercle épais était posé sur chaque calorimètre. ”

“ C’est-à-dire soit à trouver la valeur du changement thermique subi par 1 gramme de ce métal quand sa température varie de 1° au voisinage de 15°. Soit la température initiale. Nous trouverons que grammes de ce métal à la température , immergés dans le calorimètre, l’amènent à la température , une fois l’équilibre établi. Le changement thermique de la masse immergée est alors , celui de l’eau est et celui du vase est . Donc, écrivant que la somme des deux changements thermiques payés l’un par l’autre est nulle, on a :
ce qui donnera , soit 0,1 calorie dans le cas du cuivre. ”

“ Quel est le degré exact de cette température ? Il faudrait pouvoir disposer d’énormes grêlons, les creuser convenablement et introduire dans la cavité la boule d’un petit thermomètre,... circonstances rares et opération peu pratique. Mais les savans tournent la difficulté ; ils pèsent simplement le grêlon et l’introduisent dans un « calorimètre. » Un équilibre se produit, dont toutes les conditions se trouvent établies d’avance ; on observe la température finale à l’aide d’un thermomètre très exact et on dégage l’inconnue par un calcul numérique fort simple ”

“ Après s'être refroidi dans le serpentin, l'air retrouve dans l'enceinte du calorimètre, et au contact de la source, tout ou partie de la chaleur perdue. Dans le premier cas, le circuit reste ouvert et les choses demeurent dans l'état. Si l'air se réchauffe imparfaitement, il est trop froid au moment de son passage dans le tube de sortie C et il agit sur l'explorateur e' dont la pression diminue. De là une dénivellation dans le manomètre M, qui assure le contact de la tige b et ferme le courant. ”