CHAPITRE III

TRANSFORUATION DU MOUVEMENT EN CHAXBUR.

Un ancien axiome dit : Le mouvement engendre la chaleur. Nous Le mouve-

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avons deja vu quels faits conduisirent les physiciens a regarder le ^ chaleur. calorique comme un mouvement ; mais la question ne consiste pas à dire d'une manière générale que tout se fait avec matière et mouvement, il faut encore préciser le mode de transformation d'une espèce de mouvement en une autre.

A première vue, la chose semble assez ardue, parce que dans le mouvement ordinaire d'impulsion et dans les puissances tout se réduit à des mesures de masse et de vitesse, mais dans la chaleur on ne voit rien de semblable, et, au contraire, la chaleur se mesure à Taide de la dilatation d'un corps; avec le thermomètre, par exemple, quelle relation peut donc exister entre deux phénomènes en apparence si différents? Si cette relation existe, assurément elle

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doit être difTicile à trouver; car nous ne pouvons évaluer avec précision ni les masses infinitésimales des molécules ébranlées par la vibration thermique, ni les espaces parcourues par ces molécules. Cette difRcullé est réelle, et c'est elle qui reUrda assez longtemps le progrès de la théorie mécanique de la chaleur, et fit dire H quelques-uns que la théorie vibratoire était par elle-même insiifiisante à fonder la thermodynamique.

■ Mais dans d'autres branches de la mécanique il ne manque pas d'ciiemples de transformation de mouvement de translation en vibration qui peuvent nous éclairer. Considérons par exemple la production du son par une cloche : là la force vive du marteau s'éteint en produisant la vibration du corps sonore. Il n'est pas facile d'établir le rapport entre les excursions de la cloche et l'intensité du son, mais on pourrait, à l'aide d'un procédé micromélrique approprié, déterminer l'expansion que le coup fait naître dans la cloche elle-même. On sait en effet que la cloche sous l'action du choc se déforme, et que sa section, de circulaire qu'elle était, devient elliptique, si bien que les corps mis au contact d'une cloche vibrante sont lancés au loin. Une telle variation de forme équivaut en somme à une dilatation du corps, de sorte que la cloche peut arriver en résonnant au contact d'une poinle C {ù^. i) qu'elle ne touchait pas quand elle était immobile.

■, Toute molécule d'un corps

' ébranlée par le choc méca-

nique d'une masse en mouvement, entre en vibration p. j comme la cloche, par suite

elle a besoin d'un plus grand espace pour osciller ; et par suite en choquant et en éloignant les voisines tout le système se trouve dilaté. Mais autant la mesure directe de l'encur^ion serait facile avec un corps unique, autant elle est diflicilc avec un agrégat d'une quantité iunombrable de molécules, et la seule chose praticable est de trouver quelle au^'-

TRANSFORHATlOiN DU MOUVEMENT £N CHALEUR. 17

mentation de volume produit une force choquante déterminée. Travail de uî-

Or, pour mettre en vibration les molécules des corps, on a souvent à vaincre des résistances intérieures d'intensité inconnue, cela arrive par exemple dans les solides et dans les liquides; ou tout au moins on a à vaincre l'inertie des molécules quand elles sont libres, comme dans les gaz; cela constitue un travail, nous sommes donc conduits forcément à déterminer à quelle force vive du corps choquant équivaut le travail intérieur qui se produit par une augmentation de volume déterminée. En d'autres termes, il faut savoir quelle force vive est nécessaire de la part du corps choquant pour produire une tension calorifique déterminée et Taccroissement d'un degré de température donné.

La question étant ainsi envisagée, on voit qu'il doit exister un Équiv^icui rapport entre les puissances mécaniques ordinaires et le dévelop- aHa"?!"pement des quantités de chaleur, lequel rapport nous nommons *^"''' équivalent mécanique de la chaleur, ou inversement équivalent thermique de la puissance mécanique.

Telle est l'idée générale qui se présente immédiatement pour étudier ces deux relations. Et comme la force ne peut ni se créer ni s'anéantir, la force vive devra se trouver égale dans les deux extrêmes entre lesquels survient la communication du mouvement. Par suite, la mesure naturelle de la quantité de chaleur est la force vive communiquée au corps, de sorte qu'à une même force vive correspondra toujours une même- quantité de chaleur produite. En d'autres termes, Téquivalent mécanique de la chaleur sera constant pour toutes les substances.

Cela ne veut pas dire que les phénomènes physiques produits Travail de seront toujours les mêmes dans tous les corps, mais au contraire ils seront différents selon les travaux qui doivent avoir lieu à l'intérieur de ces corps, selon les résistances qui devront être surmontées. Ainsi les dilatations, et les élévations de température elles-mêmes, ne sont pas égales dans tous les corps pour une même force vive communiquée ; mais elles différeront suivant les liaisons moléculaires à vaincre. Bien plus, il pourra arriver que tout le travail extérieur soit employé à vaincre ces liaisons intérieures. Ou s'explique maintenant comment, pour produire la même élévation de température, il faut aux différents corps des

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quantités de chaleur diverses, c'est-à-dire pourquoi les capacités calorifiques sont inégales. (Chap. I, n** 2.) On s'explique encore pourquoi la température ne varie pas pendant tout le temps qu'une masse passe d'un état à un autre (ibid^ u? 4), et il en est de même pour d'autres phénomènes étudiés dans la théorie de la chaleur, et que nous ne pouvons énumérer tous du premier coup. Il doit arriver ici, chacun le comprendra aisément, ce que Ton observe sur les cloches, à savoir que le même coup de marteau ne produit pas la même oscillation dans toutes, bien qu'il transmette à toutes la même force vive. Il faudra donc distinguer la force vive communiquée à toute la masse de celle qui revient à chaque molécule. 11 pourra se faire que, ou à cause de la masse à mettre en mouvement, ou en raison du travail à accomplir, une grande quantité de force vive agissant sur le corps ne communique à chaque molécule qu'une faible force vive. Que si nous considérons les molécules isolées, leur force vive individuelle sera la mesure naturelle de la température tant de celle qui leur est propre que de celle du corps entier auquel elles appartiennent.

On voit donc que de sa nature la théorie vibratoire du calorique était capable de suggérer de nombreuses conséquences que des expériences convenables pouvaient confirmer dans la suite. Toutefois il est certain que la marche de l'esprit humain a été différente dans cette étude et que la voie suivie par les expérimentateurs a été autre, ou que du moins s'ils ont été guidés par ces idées, ils n'en ont laissé aucun souvenir. Quoi qu'il en soit, l'expérience a confirmé toutes les conclusions théoriques exposées ici avec une extrême concision, mais que nous développerons plus lard chacune en particulier.

Détermina- Si Mayer aconçu l'idée de l'équivalent mécanique. Joule, de son côté, est le premier qui se soit appliqué à déterminer rigoureusement h combien de kilogrammètres de travail correspondait une calorie^ c'est-à-dire 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 1° centigrade Une masse d'eau de 1 kilogramme. Joule détermma expérimentalement ce rapport au moyen de la machine dont nous avons dit un mot plus

tion de Joule.