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Submitted on 1 Jan 1912
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Nouvelle bombe calorimétrique
Ch. Féry
To cite this version:
Ch. Féry. Nouvelle bombe calorimétrique. J. Phys. Theor. Appl., 1912, 2 (1), pp.550-556.
�10.1051/jphystap:019120020055001�. �jpa-00241776�
Étant donné le peu de ténacité de la matière crue, il est permis de
supposer que la constitution moléculaire du caoutchouc naturel,
difficile en effet à observer avec une matière peu tenace ou peu
homogène, n’est pas, sans doute, éloignée de la constitution cellu- laire que nous avons précédemment indiquée; cette constitution
change nécessairement sous l’influence du travail mécanique antérieur
à la vulcanisation : le caoutchouc vulcanisé aurait alors recouvré
l’état moléculaire initial, qui serait en même temps considérablement renforcé.
Les recherches précédentes ont été faites par le Service d’études du caoutchouc à l’Office colonial, dans le laboratoire du caoutchouc créé par le Comité Biologia.
NOUVELLE BOMBE CALORIMÉTRIQUE ;
Par M. CH. FÉRY (1).
On sait combien il est important, au point de vue industriel, de
connaître avec précision le pouvoir calorifique des combustibles :
charbons, tourbes, pétroles, etc. Au point de vue théorique, la dé-
termination des quantités de chaleur dégagées pendant la réaction
des divers éléments entre eux a permis à Berthelot, Thomson, Favre, etc., de créer une science nouvelle la thermo-chimie qui a
doté les physiciens et les chimistes d’un grand nombre de valeurs
numériques dont l’importance est capitale.
La bombe qui fait l’objet de cette communication est destinée plus spécialement aux usages industriels où lps qualités indispensables
d’un tel appareil sont l’exactitude, la robustesse et l’absence de
manipulations délicates ou comportant des calculs compliqués.
A part l’exactitude, ces qualités, qui peuvent également présenter quelque intérêt pour un appareil de laboratoire, y sont cependant
moins indispensables.
La nouvelle bombe thermo-électrique présente sur les appareils similaires, bien qu’utilisant le même principe consistant à brûler le combustible dans de l’oxygène comprimé, un certain nombre de modifications ayant pour but d’en rendre l’emploi plus commode et plus rapide, et de supprimer toute espèce de correction.
(1) Communication faite à la Société française de Physique : séance du
17 mai 1912.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019120020055001
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L’obus en acier A 1) peut recevoir par le pointeau p de l’oxy- gène à 25 kilogrammes par centimètre carré ; la coupelle C a été garnie au préalable de l’échantillon du combustible, très exactement
pesé. Au moyen d’un accumulateur ou d’une pile extérieure P, on peut provoquer l’inflammation de l’échantillon.
FIG. 1.
Dans les bombes généralement en usage, le poids de l’obus est de
et le système est immergé dans un calorimètre de Berthelot contenant 2 litres et demi d’eau.
Le nouvel obus a été très allégé, il ne pèse que 1 kilogramme, et
on a supprimé la masse d’eau.
Dans ces conditions, l’élévation de température, qui n’était que de
2 à 3° en employant 1 gramme des charbons industriels ordinaires,
est multipliée ici par le rapport inverse des masses calorifiques,
. 2.850 soit
10ù
°
On obtient ainsi facilement comme élévation de température 50 à
60°, et l’usage de thermomètres de précision n’est plus indispen-
sable.
Cependant cette élévation de température pourrait ne pas être
proportionnelle à la quantité de chaleur dégagée pendant la comb us-
tion si quelques précautions, sur lesqueltes nous allons insister,
n’avaient été prises.
L’obus A est maintenu au centre d’une enveloppe métallique exté-
rieure B, formant enceinte protectrice, par deux disques métal- liques K, K ; il se trouve donc soumis par ce fait à une cause de
refroidissement, due à la tonductib£lité de ces disques. La perte de
chaleur par conductibilité est, on le sait, proportionnelle à la diffé-
rence de température existant entre les deux extrémités du corps conducteur.
Cette cause de refroidissement ne ferait donc, si elle étaitseule, que diminuer d’un certain pourcentage l’élévation qui serait obtenue si les supports de la bombe n’étaient pas conducteurs de la clialeur.
Il n’en est pas de même des deux autres causes de refroidis- sement :
La première est due à la convection qui s’exerce autour de tout
corps chaud. Des filets d’air s’élèvent autour de ce corps avec une vitesse qu’on peut supposer sensiblement proportionnelle à la diffé-
rence de température entre le corps et l’air ambiant; de plus, la quantité de chaleur ainsi enlevée est le produit de la chaleur spéci- fique de l’air par l’excès de température ainsi gagné. On peut donc d ire, comme première approximation, que cette perte serait propor- tionnelle au carré de l’excès de température de la bombe sur son
enceinte.
La deuxième et dernière cause de refroidissement est due au rayon-
nenaent; celle-ci, d’après la loi connue de Stefan, est proportionnelle
à T4 - t4, où T est la température absolue de la bombe et t celle de l’enceinte.
En désignant par Q les calories dissipées par unité de temps, on
aura donc :
Q = A (T 2013 ~) + B (T 2013 ~2 ~ c (T-: 2013 ~:).
Il est donc impossible, théoriquement tout au moins, d’obtenir
avec un tel système des élévations de température proportionnelles
aux quantités de chaleur dégagées dans la bombe.
Pratiquement, on dispose des coefficients A, B et C et on peut en
particulier rendre A extrêmement grand. Dans ces conditions,
comme T et t ne sont pas très différents, le produit B (T - t)2 peut
devenir négligeable, il en est de même de C (TI - t4).
Nous indiquerons plus loin comment cette hypothèse a été vérifiée expérimentalement. Les disques supports de la bombe, K, K, sont
en constantan, alliage utilisé couramment aujourd’hui pour la cons- truction des éléments thermo-électriques. Il en résulte que la bombe constitue la soudure chaude d’un gros élément thermo-électrique,
l’enceinte B (dont la température ne varie pas sensiblement pendant
les quelques minutes qui suivent l’allumage) forme la soudure froide.
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Le couple constantan-cuivre (1) ainsi réalisé donne 40 microvolts par degré. Un millivoltmètre industriel portatif donnant 200 milli-
mètres pour 2 millivolts permet donc d’effectuer facilement la lecture de la température, puisqu’un millimètre lu sur l’échelle vaut 0°,~~,
ce qui
représente £
200de la déviation obtenue avec la plupart descombustibles.
Pour s’assurer que le refroidissement est dû presque exclusive- ment à la conductibilité des disques-supports, on a suivi la marche du refroidissement de l’appareil pendant vingt minutes, afin de cons-
tater que la courbe de descente est bien une exponentielle.
Voici les résultats obtenus :
(1) La nature de la soudure n’a aucune influence sur la force thermo-électrique,
la déviation ne dépend donc pas du métal dont est faite la bombe, mais bien des fils reliant le système au galvanomètre.
On voit qu’environ une minute et demie après l’inflammation la dé- viation maxima est atteinte; c’est cette valeur qui constitue la lec- ture, qui peut être effectuée dans d’excellentes conditions, car l’ai- guille du millivoltmètre y reste pendant près de trente secondes.
Ce n’est que vers la sixième minute que les gaz ayant cédé toute
la chaleur aux parois de la bombe ne modifi ent plus l’allure du re-
froidissement. A ce moment, l’expérience montre bien qu’on a :
c’est-à-dire : d qui est proportionnel à
dD
(déviations observées)q D
CI’, les intervalles de temps dt, séparant les mesures, étant eux-
’
mêmes constants.
Il reste cependant encore une incertitude relative à la perte par conductibilité pendant la période séparant le moment de l’inflamma- tion de celui où le millivoltmètre atteint sa déviation maxima. Que
se passe-t-il pendant cette période où les gaz chauds de la combus- tion transmettent leur chaleur aux parois de la bombe ? Peut-on admettre que la somme des chaleurs perdues pendant cette période
variable reste bien proportionnelle à la quantité totale de chaleur
dégagée par l’échantillon ?
Il semble bien difficile de faire des hypothèses pour un régime
aussi troublé et le plus simple est de s’adresser à l’expérience.
J’ai demandé dans ce but un essai au laboratoire d’essais des Arts et Métiers, et voici les résultats obtenus en faisant varier le poids du
combustible qui est passé de 0xr,312 à 091,616 et dont le pouvoir calorifique a été de 6.330 calories pour l’acide benzoïque, 7.240 ca-
.. lorias pour deux charbons et 9.690 colories pour la naphtaline :
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Ces résultats montrent que la constante de l’instrument est bien en
effet invariable avec le poids de l’échantillon et son pouvoir calori- fique. Les petites différences observées, tantôt positives ou négatives
par rapport avec la moyenne 40cal,44 par division, n’ayant aucun rapport systématique avec le poids de matière brûlée, son pouvoir calorifique ou-même le produit de ces deux éléments donnant le nombre de calories dégagé dans la bombe.
La déviation maxima est atteinte dans tous les cas entre une
minute et demie et deux minutes, ce retard semblant dû à la mau-
vaise conductibilité de l’oxygène remplissant l’appareil, et ne paraissant pas influencé par la quantité de chaleur produite, qui a
varié de :
Il semble donc acquis que, dans les limites de l’emploi pratique,
cet appareil présente les qualités de proportionnalité indispensable
pour l’usage auquel il est spécialement destiné.
