ÉQUIVALENT DE LÀ CHALEUR. EQUIVALENT DE LA CHALEUR

chute, du travail total correspondant à la chute totale <în mouton, on a bien le travail qui a produit l'écrasement, les ruptures moléculaires, source de la chaleur.

Malheureusement dans la sonnette à battre les pieux que j'ai employée, le mouton n'étant pas guidé de manière à tomber toujours parallèlement, ne permet pas de faire bien convenablement cette correction. I^c plomb étant attaqué obliquement par une partie variable de la surface supérieure, il se produit de petits écrasement partiels qui empêchent de faire une observation exacte. Pour ce point comme pour arriver expérimentalement à un chiffre plus approché de l'équivalent mécanique, il nous faudra construire un appareil plus précis que celui que nous avons employé.

Quelques expériences nous ont indiqué une autre voie pour déterminer cette correction en raison de la surface qui reçoit le choc. Nous avons reconnu que (P*, 35 étant, d’après M. Ardant, la résistance vive d’un millimètre carré de rupture pour un fil plomb de 4 mètre de long, celle-ci ne peut descendre au-dessous de 0kn,,07 pour un fil très-court, de 0,01 par exemple. Prenant la valeur de O1", 06 jour la résistance de la rupture à l'écrasement f toujours plus grande que la rupture par traction) d’une section d'un millimètre, nous trouvons, en mesurant la surface supérieure du plomb écrasé, une valeur de la correction dont il s'agit ici, double de celle que nous avons admise dans l'expérience ci-après, ce qui prouve tout au moins qu’elle est loin d'Otre trop forte.

Expérience». Voici les chiffres d'une de nos expériences les plus nettes, choisie parmi plusieurs concordantes :

L» «Un*Mrt S»jb(ii- 4* rkjUvr

CMirBâit Cbitfir fit r*rrr*fM4 I k>it« rt.kicf-M'M *t t*.

Plomb

Eau

l.aiton dncalorimèt.

Plaque en fer posée

sur le plomb. . . .

0,Mi

Poids du mouton. 440' I

Chut. 1-.0J5 [T™'-»'1. «9,8 kilog.met.

Indications du thermomètre :

avant la chute 1 1" i j

après la chute J 2**1

Gain.

Quantité do chaleur pour § de 1* = 2,33x2 = 1M\8&* Équivalent (sans correction), 459,8 : 4 ,86 = E = 247.

Nous avons ern reconnaître clairement que le mouton ne produit d’écrasement qn’à des chutes supérieures à 0,26; ne produit donc aucun écrasement pour chute de 0,245. Ios véritable travail produisant de la chaleur n'est donc que 440X0.60 = 352, et le véritable équivalent fourni par l’expérience est 352 ; 1,86=E=489.

Ainsi la production d'une calorie pour moins de 250 kilogrammètres, voici es que le thermomètre montre, ce qui infirme sans contestation possible le chiffre de M. Joule, abstraction faite de toute correction. En tenant compte de la plus importante qu’il y ait à faire, E = 4 90 est une valeur supérieure à l'équivalent mécanique de la chaleur, d’une quantité sûrement notable, h cause de la rusticité de l'appareil servant h produire le choc, dont les résistances intérieures de l’appareil qui naissent pendant la chute du mouton sont négligées, et à cause aussi de la difficulté d'observer sans pertes sensibles des différences de température peu considérables.

Je résumerai l'esprit do cette expérience capitale en quelques mots :

| Sans se faire aucune idée préconçue de îa nature de ' la chaleur, sans formuler aucune hypothèse, on ne ' peut se refuser à admettre comme un résultat direct et | expérimental que les effets de la chaleur, ce qu’on ap- ' pelle la répulsion calorifique et l'attraction qui produit la ; cohésion, sont de même ordre, lo travail de l’iine étant | de sens opposé du travail de l’antre, comme le prouve I l’écartement, sous l'influence de la chaleur, des molécules des corps solides réunies par des forces de cohésion, dont la résistance de ces corp3 à la traction montre la grandeur.

| Ceci étant posé, et l’écrasement du plomb fondu (dont la densité reste constante) dégageant de la chaleur, nul doute que celle-ci ne doive être eu quantité égale h celle qui so dégagerait par le refroidissement (déduction faite de la chaleur spécifique propre aux molécules) après un échauffcinent qui eût produit par dilatation un I mêmecffetmécaniqnequc l’écrasement, qui eût surmonté I la cohésion des molécules séparées par le choc, qui les

Icût amenées à un état moléculaire identique. C’est une conversion de travail en chaleur par l’intervention des | forces moléculaires d'une grande netteté (inverse delà fusion qui consomme la chaleur latente pour détruire la cohésion, exemple capital de conversion de chaleur en travail, sans variation do température), ne donnant pas lieu à des phénomènes secondaires, à des déperditions de travail pouvant en altérer la valeur. Il n'y a pas là rien do complexe, d'incomplet comme on l’a dit, rien qui tende, taut s'en faut, & donner un chiffre trop faible. C est une expérience de pfiyeique dywinûr/ue qtit mot en présence quantité de travail et quantité de cba leur correspondante, c’est-à-dire dos unités complètes, à l'inverse de nombre d'expériences qui ne donnent qu’tin de.* facteurs de la quantité de travail ou de chaleur, an élément dont l‘utili*ation est souvent erronée. De plus, ce ne sont plus des actions moléculaires faibles, peu connues, comme celles mises en jeu dans Ica expérience» qu’on nous oppose ‘et qui reposent sur le battement de l'eau, les frottements, etc., action* qui n'engendrent que pou de chaleur pour un travail notable qui donne lieu à dos pertes certaines, dont il y aurait à tenir compte pour conclure avec exactitude de la chaleur produite le travail quo colle-ci peut théoriquement engendrer.

Rreume'.

Si nous résumons les résultats obtenus dans cette seconde voie, en déterminant la chaleur produite par un travail donné, ce qui fournit une limite très -supérieure,

Suisqu’on ne peut jamais enregistrer la totalité absolue o la chaleur dégagée, que dans tous les cas rapporté* ci-dessus les pertes de travail sont sûrement importantes, nons pourrons tracer le tableau suivant :

Gar. — Pns d’expériences connues en détail. Liquide*. — Frottement entre molécules liquides ou entre surfaces de solides avec interposition do liquidos, valeurs de E : Joule, 430 ; — Beaumont et Mayer, 550; — Htm, 370.

Solides. — Mes expériences d’écrasomcnt , 189.

Il est bien évident qu’à moins de nier complètement la théorie de l'équivalent de la chaleur et la réduction à l'absurde, si logique do'S. Carnot, il faut admettre les chiffres les plus faibles comme ayant seuls de la valeur; les plus forts correspondant à de» expériences tout à fait grossières, soit quant aux mesures, soit surtout parce que le travail s'est dispersé sans produire d'effet calorifique mesurablo dans l'appareil.

§ IV. VKROTCATlOJf .

Il semble que j'aie épuisé les modes de détermination possibles de l'équivalent mécanique de la chaleur, des limite* supérieures et inférieures, à l’aide desquelles ou

232 ÉQUIVALENT DE LA CHALEUR. ÉQUIVALENT DE IA (llALEUK.

pout arriver & un chiffre definitif. En effet, cc n’est qu’en produisant de la chaleur h l'aide d’un travail mécanique ou inversement, qu’on peut obtenir une rcla- ' tion dans laquelle l'équivalent mécanique entre comme facteur. Quelques-uns dé# calculs précédent* n'ont qu'uuo valeur médiocre lorsque, comme duns le cas intérusi-ant dc< vapeur», noos n'avons pu obtenir de résultat qu'en posant un chiffre hypothétique sur la quan- ( tité de chaleur absorbée par l'augmentation de volume. ' Cette difficulté peut être levée dans un cas où nous |Hmvons avoir la mesure du travail produit par la dé- • tente totale, ce qui nous conduit k une vérification trèsprécieuse qui revient en réalité à la combinaison «les ; «leux méthodes suivies séparément dans le* recherches précédentes, c'est-à-dire en appliquant tantôt In chaleur, tantôt le travuil mécanique à produira des effets inverses et identiques. 11 en ressortira bien nécessaire- I ment l'équivalence absolue do causes produisant des j effets identiques; il n’y aura pas alors d'objection po*- . aihle en raison de phénomènes intérieurs, puisqu'ils seront les mêmes dans les deux cas.

Nous réalisons cette ex(>éricnce avec le gaz sulfureux, gaz parfaitement permanent, qui n’a aucun caractère propre aux \n|>»urs voisines de l’état de saturation, qui est une vaponr bien surchauffée à la température ordinaire à laquelle nous opérons, et qui cependant se liquéfie facilement, tant par compression à une température constante que par refroidissement à pression constante, c’est-à-dire passe «le l'état de gaz à l'état liquide, d'états moléculaires identiques au départ et à l'arrivée par des quantités de travail mécanique cl de chaleur nécessairement équivalentes.

Nous savons que les tensions du gaz sulfureux liquide 6onJ :

à 4", 4 1,80 ail). (Faraday),

à 8° 2,50 — (Fouillet).

à 32° 4,30 — (Faraday).

Far interpolation nous aurons approximativement 3 nth. 60 pour la température du 15u, h laquelle AIM. Favre et Silbcrmnnn ont trouvé pour In chaleur sensible et latente de <8 d'acide sulfureux liquide

Le travail correspondant à la chaleur latente est donc pour 48 0,094 X 440 sa 43km,25, et pour 4 litre de gaz sulfureux à lu pression atmospbériqno pesant 2*85, 43*-,ï5 X 2,85 & ?7*»,73. Tel est le trava 1 qui corro»]»oiidraità la suppression de la chaleur qui liquéfierait le gaz, comme la communication de cotto même quantité gazéfic le liquide.

En faisant, d'autre part, le calcul du travail mécanique d'après la formule indiquée à Llqn.t action

PV ^2-4-log. hy.^^ on a t

40,33 (2 + log. hy. 3,60) = 40,33 x 3,28 = 33‘-,38 jxrnr un litre de gaz. A cette quantité il faudrait ajoutcrlc travail correspondant au refroidissement de l'acide sulfureux liquide pour le ramener de 45° » — 10", température de son ébullition. Nous avons vu que sa chaleur spécifique est de 0/256, on aura pour 48 0,256 X 25 X 0,00 1 X 440 = 4,036, et pour 28,85, V". Le chiffre correspondant au travail mécanique est donc très- approximativement 36*“, 88, c’est-à-dire ne diffère dn premier que 0k",87.

Ta vérification du chiffre 4 40 est donc très-satisfaisante; le calcul donne 437, et on peut songer à la remplacer par le chiffre 430.

I-o seule objection a faire à co calcul, c'cst que la formule avec laquelle on calcule le travail mécnnique suppose l’exactitude de la loi do Mariottc, dont le gaz sulfureux s'écnrto qnelqno peu. Mais comme il est fttvt compressible que l'air, le travail évalué est trop I

grand, ce qni tendrait à prouver qnc le chiffre 4 40 cit un peu fort.

g V. CONCLUSION*

Rien de plus facile maintenant que de tirer les conclusions qui ressortent de tous les chiffres précédents, et d'en déduire une vnlenr bien approchée de l’équivalent méraniqae de la chaleur. Nous avons passé en revue tous les moyen» qni peuvent permettre de le déterminer, no laissant de côté que des expériences nouvelles qui nous sont peu connues et à l'uule desquelles ou prétend iléduire cetto valeur de 1a chaleur dégagée des combinaisons chimiques qui engendrent l’électricité «lans la pile et du travail par l’éleetro-magnétisme, c’est-à-dire de moyens se rattachant à des théories plus obscures encore dans l'état actuel de la science que celle qn’il s’agit d’éclaircir.

Dans une première voie, nous avons trouvé qnc des déterminations fondées sur les chiffres les plus certains Je la physique nous menaient à des valeurs de l'équivalent mécanique de la chaleur, variant de 125 à 436.

Far une roule inverse et «les expériences fuites avec des appareils un peu grossiers, nous avons trouvé des valeurs voisines de 180, sûrement trop fortes et même d'uuc quantité notable. Nous sommes donc fondés à prendre, pour l'équivalent mécanique de la chaleur, un chiffre compris entre ces deux limites inférieure et supérieure, non pas la moycuno arithmétique 425 -h 180

- =452,5, mais un nombre plus rapproché de

la première qno de la seconde. Nous devons considérer E = 4 40 comme tri- s- rapproché de la valeur exacte; elle est voisine des valeurs qui nous paraissent les meilleures, notamment celle que donne la vérification que nous fournit lo gaz sulfureux.

Ainsi donc, en résumé, le chiffre 430, introduit dans la science par M. Joule, doit être rejeté et remplacé I»ar le chiffra 440. Il n'y a pas à discuter pour prouver que le chiffre 430 est possible, lorsque le thermomètre marque une calorie produite par un travail do 240 kilog. mètre», dans une expérience dans laquelle on n’enregistre pas la totalité de la chaleur produite et où l'on tient compte de quantités «le travail qui ne produisent sûrement pas de chaleur. Des déterminations trèsprécises, des vérifications indirectes pourront sans doute montrer que la valeur de E, que nous adoptons, «loit être corrigée de quelques unité» ; mais il est, dès aujourd'hui, bien certain que ces modifications seront de peu d'importance, et qu’il devient possible dès au jourd’hui, à l’aide de cette valeur très-approchée, de tirer parti d'une des lois les plus importantes do la physique , ce qui ne peut avoir lieu utilement qu'autnnt que la valeur admise est suffisamment exacte. Une valeur erronée est, au contraire, une source d’erreurs, faisant éclore une foule de projets d'applications qui ne peuvent réussir, comme l'expérience l’a déjà démontré surabondamment.

La loi de la transformation de la chaleur en travail, et, réciproquement, la conversion d'un «les phénomènes dans l’autre par lo jeu des forces moléculaires ou la variation de* états moléculaires, parait une des plu» générales, et c’est sûrement une des plus importantes auxquelles l’esprit humain se soit élevé. Nous vivons an milieu de phénomènes continuellement manifesté* à nos youx, tantôt par la chaleur, tantôt par le mouvement. C’est donc une découverte d’une grande fécondité que de montrer que ces phénomènes sont, sous des apparences diverses, des effets produits par une même cause, et d'en obtenir la mesure ; ce qui procure la possibilité de suivre les résultats de leurs métamorphoses sans la compréhension desquelles une foule «le lois no peuvent être constatées.

!.n parfaite correspondance qu’il devient possible d’é-

ÉQUIVALENT I>E L'ÉLEÇTRKTTÊ.

tublir entre* les «leux unit«)s complète*», quantité «le cnnleur et quantité de travail, permet d'accomplir ce grand progrès, sans s’égarer dans «les recherches sur les modes de production des phénomènes.

Parmi les applications nombreuses de ces résultats aux sciences physiques, il faut surtout citer celle qui s'en fait directement à la machina à vapeur. La loi do la production du travail, il raide de la chaleur, réalisée dans l’industrie directement par la machine à vapeur (car indirectement on retrouve toujours In chaleur comme source première de tout travail), est renfermée presque tout entière dau» la détermination de l'équivalent mécanique. En permettant do comparer les résultats obtenus de tout système, do toute combinaison, il un maximum théorique parfaitement déterminé, cette notion donne le moyen d'évaluer exactement le mérite de chacun d'eux, d'étudier les moyens «lo les perfectionner, et grâce il ce point fixe ne |*as s’égarer dans les routes, en nombre infini qui conduisent vers «les résultats chimériques.

Tout ceci prouve surabondamment, ce nous semble, V utilité et l'importance des recherches dont nous terminons l’exposé, et qui, complétant les lois de Carnot et «le Maver. données pins haut, forment un ensemble comprenant toutes les règles pouvant servir n l'établis* sèment «lo tout genre de machines n feu, à l'étude des phénomènes calorifiques et mécaniques dons leur» rapports mutuels. •

ÉQUIVALENT DE L'ÉLECTRICITÉ. L’équivalence «le la chaleur et de l'électricité qui doit mener à cet «ajuivalcnt a été indiquée par plusieurs savants dans ces dernières années, et les résultats déjà obtenus no laissent plus aucun douto sur la vérification expérimentale de cotte importante loi naturelle. Nous rappellerons ici doux principales séries de travaux sur re sujet.

Le premier est celui de M. Potiillct qui, après avoir cherché h définir l’unité do quantité d’électricité en mesurant, à l’aide de la boussole des sinus, l’intensité du coûtant qui parcourt pendant l'unité de temps l'unité de section d'un fil qui a l’unité «le longueur, a trouvé cette vérification que la quantité d’eau décoin • posée pnr le courant était constante pour un même produit de l'intensité, mesurée comme ci-dessus pur le temps pendant lequel agit le courant.

Un p«>urra déduire de ce résultat l'équivalent do l’électricité et du calorique, car il existe une relation intime entre la quantité d'électricité et la quantité de chaleur produite par la combustion de l’hydrogène et de l'oxygène rendus libres. (Vojr. pbodüctiok i>e la