TRANSFORMATION DU MOUVEMENT EN CHALEUR

Vïi ancien axiome dit : Le mouvement est cause de chaleur. Nous avons chaque jour l'occasion de vérifier l'exactitude de cette assertion en observant les phénomènes de frottement et le choc des corps. Hais personne avant Joule n'avait cherché dans quel rapport le mouvement, considéré sous sa forme ordinaire, correspondait à la chaleur développée; autrement dit, personne n'avait calculé le nombre de kilogrammètres de travail correspondant à une calorie y c'est-àdire à combien de force mesurable par la hauteur à laquelle on devait élever un certain nombre de kilogrammes correspondait la force qui, engendrée par des actions mécaniques, peut élever dans le même temps de 0<* à !<> centigrade une masse d'eau de 1 kilogramme. Joule détermina expérimentalement ce i apport au moyen de la maclu'ne dont nous avons dit un mot plus haut dans laquelle une roue immergée dans une masse d'eau est mise en mouvement par la chute d'un poids. Contrairement à Topinion admise, il trouva que les liquides s'échauffent par le frottement, et malgré la faible quantité de chaleur dégagée, grâce à la sensibilité de ses instruments, il démontra que, pour produire une calorie, il fallait dépenser 428 kilogrammétres *.

* Indépendamment des recherches de Joule, M. Bianconi, en Italie, avait constaté réchauffement des liquides par le mouvement. Les marins savent parfaitement qu'après une tempête la mer est plus chaude»

TRANSFORMATION DD MOIYEMEKT EN CUALEDR. 17

Cette force est énorme et équivaut à six chevaux-vapeur. Ainsi une machine qui aurait en chevaux-vapeur la force indiquée, en employant toute son action à édiauffer i kilogramme d'eau, élèverait la température de cette masse d'un seul degré par chaque seconde de temps; et, d*une manière générale la force* qui transporterait 428 kilogrammes d'eau à 1 métré de hauteur dans un temps quelconque, si elle était employée à élever la température de la masse d'eau elle-même ne produirait qu'une variation tbermomètrique de 1® centigrade dans le même temps. On construisit dans la suite d'après ces principes quelques machines dans lesquelles, utilisant la chute de l'eau, on réduisait ce liquide en vapeur par la force mécanique développée avec ces machines. Mais on reconnut généralement que, en raison de la valeur considérable de l'équivalait mécanique de la chaleur, ces machines étaient pratiquement inutiles et qu'il vaut mieux employer leur force à comprimer l'air, puis utiliser cet air comprimé comme moteur au lieu de la vapeur obtenue par le moyen précédent.

Dans l'opinion des premiers physiciens, il fallait un frottement très-considérable çt un éttit rugueux trèsmarqué des surfaces frottantes pour qu'il y eût dégagement de chaleur par ac!ion mécanique. Si, en effet, les aspérités augmentent dans les machines ordinaires la dépense de la force motrice pour produire des frottements au lieu d'un effet utile, en développant une plus grande quantité de chaleur dans les parties qui manquent de substances lubrifiantes; cependant ces aspérités ne sont pas nécessaires et une machine développe de la chaleur malgré les corps gras employés pour en éviter la prompte détérioration. Ainsi M. Joule et, plus tard, Foucault, ont fait voir que la force mécanique peut se convertir en chaleur par le moyen d'une résistance exercée sans contact d'aucun genre : à l'aide de la manivelle M, on fait tour-

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ner(flg.l) un disque de cuivre D entre les deux pAles A et B d'un puissant éleclro-aiinanl Irès-rapprochès de la surface du disque. Le disque s'écliaufCe â un point tel qu'il devient impossible d'appliquer la main h sa surfacp, mais en marne

temps il faut déployer une énorme force mécanique pour le mettre en mouvement. Et cette force évaluée en kilogrammétres reproduit le nombre indiqué plus baut comme représentant l'équivalent mécanique de la chaleur.

Toutes les fois qu'un corps en mouvement vient â choquer un autre corps , il su produit de la chaleur, et tout le monde sait que sous les marleaux des forgerons le fer reste incandescent plus longtemps que s'il était abaii' donné à l'air libre. Les plaques des navires blindés, frappées par les boulets lancés à l'aide des énormes canons modernes, deviennent ronges de feu. Toute masse d'eau qui tombe dégage delà chaleur, et voilà pourquoi les eaux en mouvement gèlent moins facilement que si elles sont stagnantes. On croit communément que dans ces diverses

TRAHSFORHIIION DD NOUVEHeNT EN CHikLBDR. 10

cîrconslances le moUTement est détruit, lundis qu'il etl ri'eliement transfonné en une quantité de chaleur équiralente. Les moteurs hydrauliques fournissent le moyen de faire loucher du doigt, pour ainsi dire, cette production de la

r par la pesanteur. On fixe le frein de Prony sur l'aie d'un de ces moteurs ', lorsque la tenaille est libre, le levier avec le poids reste vertical et glisse sur l'axe ; mais N on exerce une pression à l'aide des boulons, le levier est soulevé et se tient horizontal malgré l'aclion de son propre poids et de celui qui lui est fixé. Ainsi l'effet produit par la chute de l'eau est tout enlier employé à soutenir un poids proportionnel à la masse d'eau qui tombe -, or, pendant que ce travail s'accomplit sur l'axe, les mâchoires du frein sont fortement échauffées et prendraient feu promptement si on ne les maintenait pas mouillées d'eau froide. H. Joule ayant imaginé une disposition qui lui permettait de calculer dans cette expérience la quantité de chaleur en laquelle se converlissait la force mécanique, trouva une valeur très-sensiblement égale k celle indiquée plus haut.

Il était de la plus haute importance de déterminer Téquivalent mécanique de la chaleur par des procédés dissemblables afm de reconnaître s'il conservait une valeur constante. M. Hirn a mis à profit le choc ordinaire des corps en faisant en grand un appareil ressemblant au pendule balistique employé dans les expériences sur le choc des corps. Les poids étaient : l^une masse de bois pesante, suspendue horizontalement à des cordes verticales et nommée béiier ; 2^ une masse de pierre suspendue aussi de la même manière et nommée enclume. Les deux poids étaient garnis d'armures en fer à leurs extrémités, et on plaçait entre eux une masse de plomb présentant une cavité dans laquelle on introduisait un thermomèlre pour examiner la température avant et après le choc. Cet appareil permettait de calculer avec une suffisante exactitude la force vive de la chute et du rebondissement des deux poids, puis d'évaluer celle qui dans le choc' s'était perdue, c'est-à-dire transformée en chaleur. Après plusieurs expériences de ce genre, on trouva pour l'équivalent mécanique de la chaleur le nombre 425 kilogrammètres.

D'autres expériences sur la condensation des gaz, sur

de tôle articulées les unes dans les autres et garnies en dedans de plaques de bois qui s'appliquent sur la partie inférieure de Tarbre ; cette chaîne est fixée au levier par des boulons et des écrous, de façon à former une espèce de tenaille qui peut enserrer Taxe du moteur; au levier est attaché un plateau P chargé de poids.

Les praticiens ont établi ainsi la théorie du frein de Prony. Lorsque le levier est en équilibre, il y a égalité des moments, c'est-à-dire des produits du levier / par son poids p et du frottement / par le rayon r de l'arbre. Ainsi pl=fr; d'où ^npl=^nfr. Le second membre exprime le travail de la machine (résistance />< par le chemin parcouru 2rcr}. Par conséquent, le premier exprime aussi la puissance de la machine. Mais ce travail de frottement dégage pré-^ cisément la quantité de chaleur qui correspond à l'équivalent caloriûque de la puissance ; par conséquent, le nombre de calories produites sera égal au produit du nombre de kilogrammètres 2npl par

l'équivalent caloriUque de i kilogrammètre j^* On aura ainsi -^.