PRODUITS PAR UNE QUANTITE DE TRAVAIL DÉ- TERMINÉE

I.a mesure du travail quo peut produire l’unité de chaleur est le mode qui se présenta le plus naturellement à l'esprit, pour calculer la valeur de l'équivalent mécanique de la chaleuf. Mais, on y réfléchissant un peu, on voit qu’il doit exister une méthode inverse, ou, si l’on aime mieux, quo l'on peut se proposer de rechercher l'efuira/enf calorifique du trarail mécanique, de mesurer le résultat de la transformation du travail en chaleur, au lieu de celle de la chaleur en travail.

Le problème de déterminer la chaleur produite par un travail semble devoir simplement conduire à reprendre inversement le» expériences ou les applications des données expérimentale» exposées ci-dessus, et par suite ne fournir aucun résultat. Cela est évident pour le» calculs que l'on voudrait faire à l'aide des données de la physique ; aussi ne nous proposerons-nous -pas de

Equivalent de la chaleur. 245

reprendre ces calculs, mais bien de passer on revue les expériences directes qui out pu Être tentées dans cetto voie, plu» simple évidemment en co qu’elle n'exige pas In réalisation de véritables machines à feu, comme cela est nécessaire pour faire des expérience*, des déterminations directes dans la première voie. 11 ne s'agit plu» que de simple* expérience» de mécanique dont les résultats doivent être interprétés k l'aide du thermomètre,.le vais rapporter les expériences connues depuis longtemps, et terminerai par la description de celles que j’ai tentées; j'exposerai les raisons qui m’ont fait préférer la voie que j’ai suivie, et qui o*t fort différente, on le verra, de celle adoptée par mes devanciers.

Il faut remarquer nu»M que si des expériences directes dans la première voie doivent pécher en moins, c'està-dire que la chaleur communiquée étant connue, l’équivalent mécanique de la chaleur, exprimé en kilogrammètres, doit être trop faible de tous les kilogrammètrcs qui n’auront pu être enregistrés ; au contraire, dans la voie que nous allons suivre, on aura sûrement des chiffres trop fort», puisqu'on port d'un nombre certain de kilogrammètrcs, et qu’on ne pourra reconnaître, par de» observation* thermométriques, qu'une partie de la chal'ur dégagée.

•I . Memire de la chaleur prolutte par tm travail déterminé appliquée à un gaz.

Nous ne connaissons pas d’expériences satisfaisantes faite* sur le* gaz. M. Joule parait en avoir tenté en comprimant de l’air dans une pompo métallique plongée dans un calorimètre k eau ; nous n’avons pas rencontré un détail suffisant de ces expériences pour le* bien analyser, mais nous ne doutons pas que le chiffre 4 14 obtenu ne résulte delà lenteur de la propagation de la chaleur dan* la masse liquide, élément important que nous reucontrcrons ci-après.

Le mode d’opérer consisterait évidemment à comprimer nn gaz, en employant b cet effet une quantité de travail déterminée, puis, observant -l’accroissement de température ( l'expérience bien connue du briquet pneumatique constate cet échauffeinent), n en déduire la quantité de chaleur dégagée à Laide de la connaissance de la chaleur spécifique du gaz et des substances en contact avec lui, C'est ce qu'ont fait MM. Favre et Silbermnnn, en employant un thermomètre métallique de Hréguct, qui convient .très- bien j«*ur indiquer le* moindres variations de température, mais e>t défectueux pour indiquer le» quantités de chaleur, sa masse étant plus grande que celle du gaz. 11 o*t regrettable qu’il» n’aient pas leuté de calculer approximativement le» quantité» de la chaleur, connaissant la masse du thermomètre.

Co mode d'expérimentation, excellent en co sens que le travail de lu compression vient contre-balnncer des action» purement extérieures, e<t d'un emploi difficile dan* la pratique lui masse sur laquelle on peut expérimenter est si faible, les frottements des piston* qu’il faudrait employer pour comprimer le gaz produisent des quantité* de chaleur tellement comparables k celle qu’il s’agit de mesurer, que l'observation peut difficilement donner -quelque résultat satisfaisant.

Nous admettons donc, jusqu’à la découverte d’un nouveau mode de disposition de l’expérience, que nous n’entrevoyons pas, que ce n'e*t quo par des détermination* indirecte* de» éléments de la question, par l'emploi dos coefficients de dilatation, d’accroissement de pression, résultant des expérimentations les plus délicate* de la physique, que l’on peut calculer avec quel-* que approximation le résultat mécanique do l'action du la chaleur sur les gaz et inversement. C’est ce que nous avons tenté précédemment; nous n’avons pas h y revenir.

, 2. Mesure de la chaleur produit# par un travail déterminé , appliqué à un liquide.

Si l'on veut utiliser les liquides pour déterminer l'équivalent mécanique de la chaleur, ce n'est pas mie action de compression que l’on peut employer. Presque incompressibles, les liquides lésistent à dos pressions considérables comme le Tait le sable, et au lieu de produire des actions intérieures, celles-ci sont reportées du point d'application sur les diverses parties de l’enveloppe C’est de cette manière que les liquides sont employés dans la presse hydraulique, et c'est peut-être le principal mérite de cette belle machine, que le travail consommé par la compression de l'enu y est presque nul.

Ce seul exemple montre, ainsi que les oWrvations faites précédemment, que los compressions des liquides ne conviennent nullement pour les expériences que nous avons en vue, qu'elles ne correspondent pas à un travail moléculaire pouvant se convertir en chaleur. On ne produit ainsi que des pressions sur los enveloppes, et par suite des phénomènes d'élasticité d'une analyse impossible.

Si cela est vrai pour des compressions énergiques de liquides, si celles-ci sont peu convenables pour déterminer l'équivalent mécanique de la chaleur, parce qu'elles n'engendrent pas d'actions moléculaires, peuton espérer de meilleurs résultats de compressions faibles, de simples frottements, c’est-à-dire de modifications d'un ordre inconnu des actions presque nulle» des molécules liquides les unes sur le» autres? Il semble, à priori, qu'elles sont encore bien moins convenables, I et que leur étude constitue l'expérimentation la plus défavorable, correspond au cas où la chaleur produite , parla compression de» molécules est un minimum pour une quantité donnée de travail. Un semblable mode d'opérer e.-t donc tout à fait imparfait : les mouvements imprimé» se communiquant aux support», se disséminant dans la masse liquide, ne produisant que d'autres mouvements et non de la chaleur, la nombre fourni par l’expérience est aussi éloigné qu'il est possible du nombre exact.

C’est pourtant ce système défectueux qui a été employé pour les seules expériences dont les résultats aient été adiuisjusqu’ici parles savants, malgré nos ancjenncs critiques, trop fondées ce nous semble. Rappelons en quelques mots la plus célèbre de cês expériences :

Expérience de M. Joute. M. Joule suspend un poids à une corde, qni fait tourner, en descendant, un axe garni d'ailettes qui plongent dans l'eau. La chute du poids donne la mesure du travnil ; le mouvement do» ailettes dans l'eau dégage de la chaleur en raison du travail moteur. De là il déduit la chaleur correspondant à un travail donné et inre rsement. C’est ainsi qu’il trouve 434 kilog. mét. pour le travail d'one calorie.

Il n’est pas besoin de grande attention pour recod naître qu'on ne peut obtenir ainsi qu’une approximation grossière, et que dans ces expériences la partie mécanique est moins bien traitée que la partie physique. En effet, de co qu’il finit une grande quantité de travail pour produire une calorie, il est erroné de conclure qu'une calorie pourra engendrer cctto grande quantité de travail. Si l'appareil de M. Joule devait servir à faire mouvoir une roue destinée à élever de l’eau, il faudrait lui appliquer, pour obtenir l’cfTct utile, le coefficient 0, 10 ou 0,5i*. Rien probablement la transformation du travail en chaleur, loin de donner nnc perte moindre, en occasionne une beaucoup plus grande ; et loin que l'expérience de M. Joule prouve l’exactitude ^lu chiffre 434, elle nous semble indiquer qne lo chiffre éxact ne doit pas atteindre -00.

Ceci est indiscutable en principe, et lorsque l’on réfléchit comment des quantités de travail considérables «ont rapidement absorbées par les mouvements orbi-

taires des liquides, un des plus puissants moyens d’amortir la force vive qui se rencontre dans la nature, on est forcé d'admettre qu’en no tenant pas compte de la vitesse, de In force vive du liquide, qui continue à tourner sans donner de chaleur, M. Joule n’a pu obtenir nécessairement qu'une limite supérieure, très-éloignée de la valeur réelle, de l’équivalent mécanique de la chaleur. Ces observations infirment d’une manière si radicale les résultat» de l’expérience de M. Joule, qu’elles prouvent que les vérification» faite* depuis, à ]<oitcriori, par d'autre» voies et d'autres expérimentateur», ne méritent qu’un« confiance très- modérée.

Nous ferons bien apprécier l'influence du mode d’o* pérer, nous montrerons de suite la grande importance de ne pas employer le mode imparfait de produira la chaleur à l'aide d'un travnil mécanique àppliqité à produire un frottement sur les surfaces lubrifiées, pour en déduire des conséquence» théoriques erronées, eu citant le rappport fait à l’Académie dos sciences sur l'appareil de MM. Beaumont et Mayer.

Appareil de MM. Beaumont et Mayer — MM. Beaumont et Mayer, reprenant la voie dans laquelle Rumford avait obtenu de curieux résultats, ont combiné un appareil destiné à engendrer de la chaleur par le frottement, en faisant tourner à frottement un axo garni d'un corduge graissé, dans un cylindre en cuivre pincé au centre d’un réservoir d'eau. D’après los commissaires de l'Institut, voici les résultats obtenus :

• Le travail moteur étant do 8,50 chevaux, la production de vapeur par heure serait, avec l’appareil de ces messieurs, de 6,1.6 kilog. Une bonne machine à vapeur à détente prolongée et à condensation, consommant 2 kilog. de bouille par force de cheval et par heure, il faudrait 17 kilog. de houille par heure pour la force motrice de 8,50 chevaux, quantité qui produirait 116 kilog. de vapeur, 1 kilog. de houille vaporisant 8 kilog. d’eau. Cet appareil n'utilise doue que 1/21 environ de la chaleur développéo par le combustible employé pour le faire murcher. Il faudrait une force motrice de 21 chevaux pour produire la vapeur correspondant à la force d'un cheval. »

Nous citons ce rapport parce qu’il montre bien comment le raisonnement de M Joule est erroné lorsqu’il propose de prendre le travail capable de produire une calorie pour celui que la calorie peut engendrer, sans s’inquiéter de la manière dont le travail se transforme en chaleur.

Ainsi dans le cas actuel 8 chevaux 50, o’est-à-diro 8,50 X75 X 3600 kilogrnmmètres produisant 6 kil. 56 de vapeur, c’est-à-dire 6,56 X 636 calories, on devrait conclure de ces résultats (sauf quelques corrections pour tenir compte des calories perdues par le refroidissement) que l'équivalent mécanique de la chaleur

est L= — — — =5o0 k uograinmètrcâ, tout

comme M. Joule a trouvé E = 434.

C'est ainsi qu’ou obtiendrait des chiffres croissants avec l'imperfection des appareils, chiffres qui son! des limites très-supérieures de la valeur réelle de l'équivalent mécanique de la chaleur, mais non de» valeurs exacte» de cet équivalent.

Si nous sommes près de la vérité, les résultats d'expérience doivent l'indiquer. C'est ce qu’il est facile de dé'Luire do la précédente.

Le chiffre 550 serrant à produire une calorie est trop voisin de 430 pour ne pas démontrer combien ce dernier est trop élevé. Comment le travail ainsi calculé, n'étant que de 25 p 100 plus fort que lo travail théorique, l'appareil ne reproduirait cependant que

de la chaleur dépensée dans la machine à vapeur actuelle? Ne sont-ce pas là doux faits complètement

incompatible s, forçant d’admettre que les travaux des ingénieurs ne sont parvenus à faire de la machine à vapeur qu’une bien pitoyable machine?

En admettant, au contraire, le nombre 440, les pertes de l’appareil réduisent le travail utile obtenu par le frottement n une proportion acceptable, aussi bien que l’imperfection de la machine à vapeur. N'est -ce pas un résultat bien plus probable que le précédent, ■ une approximation grossière qui vaut une démonstra- # tion?

Erpèritncet de M. Him sur le$ huiles.

Dans nue étude fort intéressante sur les huiles et les corps lubrifiants, M. Him, l’ingénieux expérimentateur dont nous avons déjà rencontré les intéressants travaux, a cherché à mesurer les phénomènes calorifiques qui se produisaient dans ses expériences. Elles se sont trouvées constituer un mode de détermination de l'équivalent mécanique de la chaleur analogue à celui de M. Joule, permettant do mesurer la chaleur produite par l'emploi d’un travail mécanique pour comprimer et fairo frotter entre elles des molécules d’un fluide.

Cest dans le Bulletin de la Société industrielle de Mulhouse (n*1 428 et 429. 4855) que se trouvent rapportées ces curieuses expériences Comme elles sont peu connues, nous en extrairons ici ce qui a trait à la détermination de l’équivalent mécanique de la chaleur. ( Nous y reviendrons à un autre point de vue à l'article GRAISSAGE.)

L’appareil adopté par M. Hirn, qu’il appelle balance de frottement, et qui lui servait pour expérimenter la valeur des différentes huiles du commerce, au point de vue de leur emploi dan» le graissage, est représenté par la fig. 3529.

JV

TT est un tambour creux on fonte, parfaitement cylindrique et poli extérieurement, calé sur l’arbre FF. Le diamètre extérieur de ce tambour est de 0m,23, sa longueur de 0™,22; il est fermé, à l’une de ses extrémités, par un fond en fer-blanc, formé d’une partie plane annulaire et d’une partie centrale en tronc de cène ouvert, de manière à laisser libre nn espace annulaire entre sa circonférence et l’arbre FF ; à l’autre extrémité, par nn fond formé, comme le premier, d’une