LA QUANTITÉ D'ÉNERQIE ET SA TENSION

Précisant certaines notions un peu confuses dans l'ancienne mécanique, la théorie énergétique montre que l'énergie à quelque force naturelle qu'elle se rapporte, est le produit de deux facteurs : la tension ou intensité et la quantité. La tension règle le sens du transport de l'énergie. Suivant les formes d'énergie, elle est représentée par une vitesse, une pression, une température, une hauteur, une force électromotrice, etc.

En reprenant la comparaison avec l'écoulement d'un liquide, qui servit à Carnot à expliquer son principe, on comprend facilement le rôle de ces deux facteurs : quantité et tension. Dans un réservoir, la quantité est représentée par la masse du liquide, la tension par sa hauteur au-dessus de l'orifice d'écoulement.

Toutes les formes d'énergie n'étant mesurées que par le travail qu'elles produisent, et rien ne différenciant le travail des diverses forces, électriques, mécaniques, thermiques, etc., il s'en suit qu'on peut les exprimer toutes dans la même unité de travail : le kilogram-

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mètre. Pour la commodité on en emploie parfois d'autres, mais elles peuvent toujours se ramener au kilogrammètre. C'est ainsi, par exemple, que le Joule usité en électricité comme unité de travail représente environ le 1/10 du kilogrammètre. Dans le langage des physiciens actuels, énergie est devenu synonyme de travail évalué en kilogrammètres.

Les deux facteurs quantité et tension sont des grandeurs dont on ne peut donner d'autres définitions que leur mesure. Dans la pesanteur, la^ quantité est représentée par des kilogrammes, la tension par le nombre de mètres de hauteur de chute, leur produit représente l'énergie graviflque. Pour l'électricité, la quantité est représentée par le débit de la source en coulombs, la tension par la pression électrique mesurée en volts. Pour l'énergie cinétique la quantité est représentée par la masse et la tension par la vitesse, etc.

Donc, d'une façon générale, si on désigne par Ë l'énergie exprimée en unités de travail, par Q la quantité et par T la tension, on a E = Q X T. Il s'en

suit que Q = - . La quantité est donc représentée

par l'énergie divisée par la tension ^

1. Pour l'énergie thermique on donne généralement le nom d'entropie au quotient-^ dans lequel Q représente l'énergie thermique, T la température abso-

lue et qu'on exprime d'une façon plus générale par l'intégrale

• fil-

Quand une certaine quantité d'énergie thermique passe d'un corps chaud à un corps froid son entropie diminue et celle du corps froid augmente. On peut faire varier l'entropie sans changer la température. C'est donc une variable qyi dans certaines conditions peut changer d'une manière indépendante.

De cette notion d'entropie divers physiciens semblent vouloir faire une grandeur physique spéciale pouvant être généralisée aux diverses formes d'énergie. Nous avons vu que par un artifice consistant à exprimer les formes les plus diverses d'énergie en travail mesuré par des kilogrammètres, on rend toutes les énergies équivalentes, ce qui permet de les additionner arithmétiqnement. Mais il n'y a pas de bases d'équivalence pour les facteurs dont elles se composent. On ne peut donc faire la somme des entropies des diverses énergies d'un corps pour

On retrouve bien dans les formes diverses d'énergie des choses qui semblent analogues, mais ces analogies sont souvent assez superficielles. Eu électricité, l'élément résistance correspond à peu prds à la masse dans Ténergie cinétique, mais à quoi correspond-il dans l'énergie thermique ? Est-ce à la chaleur nécessaire pour faire changer d'état un corps sans madifier sa température et vaincre simplement la résistance de ses molécules au changement ? Sur ces points importants les livres sont muets.

Quoi qu'iren soit, dans toutes les formes d'énergie apparaissent toujours ces deux éléments : la quantité et ta tension dont le produit représente le travail. Sans tension il ne saurait y avoir de transmission d'énergie.

C'est en électricité surtout que la différence entre les deux facteurs, quantité et tension, s'aperçoit nettement. Les machines statiques de nos laboratoires débitent de l'électricité sous une tension très élevée

obtenir son entropie totale. Il est visible que les facteurs des diverses énergies expriment des choses en réalité fort différentes. Dans l'énergie thermique, par sxemple,le facteur tension est représenté par une température; dans l'énergie cinétique par une' vitesse, dans l'énergie graviflque par une hauteur, etc.

On est sûr de l'obscurité d'une notion quand eUe est comprise différemment par les savants qui en font nsage. Poincare considère l'entropie comme un « concept prodigieusement abstrait », et il faut qu'il le soit singulièrement pour que les physiciens les plus célèbres l'entendent de façons très diverses. On en pourra Juger par une longue discussion publiée par les Journaux anglais : Nature, EteO' iricël Review et Electridan^ en 1903 et 1904. Des physiciens éminents y ont énoncé des opinions contradictoires en paraissant s'étonner d'ailleurs de leur ignorance réciproque. Pour les ingénieurs, le concept d'entropie est chose très limple, calculable en chifli'es, parce qu'ils fne l'ont appliqué qu'an cas de la machine à vapeur. Pour eux, l'entropie d'un corps représente simplement la variation (évaluable en calories) de son énergie thermique utilisable en travail extérieur par degré de température et par kilogramme de matière, quand on n'ajoute ni ne retranche de chaleur.

Les difficultés relatives à l'entropie dérivent de l'impossibilité de définir en quoi consiste la quantité des diverses formes] d'énergie. En ce qui concerne l'électricité et la chaleur par exemple, on peut faire remarquer avec Lucien Poincare, « qu'il « n'est pas possible d'établir un rapprochement qui se traduise par des relations « numériques exactes entre une quantité de chaleur qui est J équivalente à une « quantité d'énergie et une quantité d'électricité qui doit être multipliée par un « potentiel pour exprimer un travail. »

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puisqu'elle peut atteindre 50.000 volts; mais leur débit est insignifiant puisqu'il ne s'élèye jamais à plus de quelques dix millièmes d'ampère. Une pile, au contraire, a un débit en [ampères élevé alors que l'électricité en sort avec une tension très faible ne dépassant guère 2 volts.

Les anciens électriciens, ne connaissant 'pas ces distinctions, croyaient très à tort que les machines statiques de nos laboratoires constituaient, en raison de leurs bruyantes étincelles, des générateurs puissants d'électricité. La tension j est énorme, mais le débit infime, en sorte que le produit de ces deux grandeurs représente une puissance insignifiante, et c'est pour cette raison que leurs étincelles produisent de faibles effets, alors que dans les appareils industriels dont la tension ne dépasse guère une centaine de volts, mais qui possèdent un débit élevé, les actions calorifiques et lumineuses sont considérables.

Dans l'étude de la chaleur, la différence entre les deux grandeurs, tension et quantité, peut également être mise en évidence. La tension y est représentée par la température du corps, la quantité par le nombre de calories qu'il peut produire. Un exemple très simple montrera la différence des deux facteurs.

Faisons brûler une allumette de sapin ou une forêt entière du même bois, le thermomètre plongé dans la flamme de l'allumette, ou dans celle de la forêt, indiquera une température identique. Il est évident cependant, que la quantité de chaleur engendrée dans les deux cas sera fort différente. La chaleur produite par la combustion de Tallumette] pourrait seulement porter à l'ébullition quelques gouttes d'eau, alors qu'avec la quantité de chaleur résultant de la combustion de la forêt on ferait bouillir plusieurs tonnes du même liquide.

50 l'évolution des fqbces

§ 3. - transformation de u quantité en tension

et inversement.

Le produit de la quantité par la tension, c'est-àdire le travail, est une grandeur constante ; mais on peut, sans changer ce produit, augmenter un des facteurs en diminuant l'autre. L'industrie a journellement recours à ces opérations.

Les comparaisons hydrauliques données plus haut — et auxquelles il faut toujours revenir quand on veut bien comprendre la distribution de l'énergie — permettent de concevoir comment la quantité peut se transformer en tension ou inversement, sans que leur produit total varie. U est visible, par exemple, que sans faire varier la quantité du liquide d'un réservoir et simplement en modifiant la hauteur et la largeur du récipient, on peut obtenir à volonté un débit très grand avec une pression très faible ou, au contraire, un débit très faible avec une pression très grande.

La transformation de la quantité en tension ou inversement est d'un usage constant en électricité. Avec une pile dont la tension est de quelques volts seulement, mais le débit en ampères assez grand, il est possible, en faisant passer le courant dans une bobine d'induction, d'amener l'électricité à une tension de 20.000 volts, en réduisant beaucoup son débit. L'opération inverse peut se faire également. Dans certaines installations industrielles on arrive à produire l'électricité sous une tension de 100.000 volts, puis cette tension, beaucoup trop grande pour la pratique, est transformée de façon à obtenir un grand débit sous un faible voltage. Dans toutes ces opérations le produit de la quantité par la tension, c'est-àdire des coulombs par les volts, reste invariable.

En les jugeant par leurs effets, on pourrait croire que la quantité et la tension constituent deux élé-

l'explication énergétique DBS PHÉNOMÈNES 51

ments très différents. Ils ne sont en réalité que deux formes d'une même chose.

La transformation de la quantité en tension résulte simplement du mode de distribution de la même énergie. On réalise cette transformation en concentrant l'énergie sur un faible espace, ce qui revient à élever son niveau au-dessus du zéro énergétique. L'opération inverse transformera au contraire la ten* sion en quantité.

Un coulomb réparti sur une sphère de 10.000 kilomètres de rayon, ne déterminera sur elle qu'une pression de 1 voit. Répartissons la même quantité d'électricité sur une sphère d'un diamètre 100.000 fois moindre, c'est-à-dire de 100 mètres, et cette même quantité d'électricité produira un potentiel 100.000 fois plus fort, c'est-à-dire une pression de 100.000 volts.

Il en serait de môme pour toute autre forme d'énergie, la lumière par exemple. Si, possédant un faisceau lumineux éclairant faiblement une surface de grandeur déterminée, nous voulons accroître l'éclat d'une partie de cette surface, nous n'aurons qu'à concentrer le faisceau sur un petit espace au moyen d'une lentille. L'intensité de la partie éclairée sera considérablement accrue, mais la surface illuminée sera notablement réduite. Par la même opération, nous aurions pu accroître la température produite par un faisceau de chaleur rayonnante au point de déterminer la fusion d'un métal. Par une opération inverse, c'est-à-dire en dispersant un faisceau de radiations aii moyen d'un prisme ou d'une lentille divergente, on augmente la surface éclairée ou chauffée, mais en réduisant l'intensité par unité de surface.

Aucune des opérations précédentes n'a fait varier la quantité d'énergie dépensée, sa répartition seule a changé .

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