DU TRAVAIL

Nous placerons dans une caisse environnée de glace de toutes parts notre machine à air, dont la dimension peut êlrr très-aisément réduite pour cet usage. Suivons sa dcscriplion sur les figures 2 et 2 bis, où la machine est représentée en perspective et en coupe. Elle se cx)mpose de deux cylindre de cuivre, verticaux, réunis par un tuyau. Dans le plus petL est im piston plein qui, en s*élevant et s'ahaissant alternativement, fait tourner à Taide d'une bielle et d'une manivelle ini axe horizontal appelé arbre de la machine. Sur cet arbre est ajustée une roue de fonte, appelée volant, qui sert h régulariser le mouvement de rotation, puis un treuil (ce treuil n'est pas rc[)résenté sur la figure) sur lequel est enroulée unt corde tendue par un poids. Le travail de la machine doit consister à soulever ce ix)ids. Quand la machine fonctionne industriellement dans un atelier, au lieu de ce treuil et du poids à élever, ou a une poulie et une coun'oie qui transmet le mouvement à l'outil. Le travail produit par l'outil est équivalent à l'élévation d'un poids à une certaine hauteur, et on est convenu de multiplier le nombre de kilogrammes élevés par le nombre de mètres qu'il a parcourus, pour mesurer le travail. Par exemple, une unité de travail est l'élévation de 1 kilogr. à 1 mètre de hauteur. Un travail dix fois plus graud est l'élévation de iO kilogr. à 1 mètre, ou bien de 1 kilogr «'i 10 mètres, et ainsi de suite. On appelle kilogrammèlre l'unité de travail.

Voyons comment l'action de la chaleur déterminera le mouvement du piston. I

IjC plus grand des deux c^lmdtea eç»V. coxîx^V^V^twiwi fermé. I

Pig' 1. — Machine i air chaud de S, Lauherena.

PHÉNOMÈNES GÉNÉRAUX DE LA CHALEUn. i»

Sa base inférieure est arrondie en forme de cloche afin qu'on puisse la chauffer avec des charbons posés sur une grille, ou avec tout autre combustible. Dans la machine représentée sur la figure, c'est un bec de gaz qui sert à chauffer. La base supérieure a une forme analogue, mais elle est munie d'un double fond, afin qu'un courant d'eau froide, passant entre

les dcu\ fonds, puisse empêcher cette base de s'échauffer. Le courant d'eau est amené par une pompe très-simple que l'arbre de la machine met en mouvement. On voit cette pompe au bas de la figure 2 à droite, ainsi que les tuyaux deslinés à l'introduction et à l'expulsion de l'eau. Enfin, dans le cylindre est une masse de plâtre disposée entre deux surfaces métalliques, qui peuvent recouvrir exactement les deus bases, lorsque la masse est amenée en haut ou en has. Celte masse est portée par une tige qui traverse le double fond fi l'aide d'une boite à ctoupes, et la tige est mise en mouvement par une came triangulsùre aàaçVfea a. \ îA«ft ^t^'WQ^

20 LA CilALEUn.

chine. Le mécanisme est disposé de telle sorte que la masse de plâtre s'élève brusquement, dès (jue le piston arrive au bas de sa course, et descend brusquement (juand le piston en atteint le haut.

Nous avons ainsi une masse d'air confinée dans les dem cylindres, dont la pression est exercée de bas en haut sur le piston, tandis que celle de l'atmosphère est exercée de haut en bas. On conçoit que ce piston s'élèvera si la pression intérieure est plus grande que la pression a'mosphorique, et s'abaissera si elle est plus petite. C'est l'action du foyer ef celle du réfrigérant qui opèrent ces changements de pression. Pour bien comprendre ces actions, supposons dans une première période la masse de plûlre appliquée contre le réfrigérant ; la chaleur du foyer échauffe l'air de la machine, augmente sa force élastique, et le piston monte. Lorsqu'il esti un point convenable de sa course , une deuxième période commence; le plaire vient s'appliquer contre la paroi du foyer, et comme il conduit très-peu la chaleur et ne se laisse pas traverser [)ar elle, le foyer cesse d'agir sur l'air ; celui-ci se refroidit en cédant sa chaleur à l'eau froide, sa force élastique diminue, et le pistou descend, soit parce (jue le volant lui transmet l'impulsion qu'il avait reçue dans la première période, soit parce que l'atmosphère presse le piston plus que l'air de la machine. Le plâtre remonte ensuite : la chaleur du foyer agit librement sur l'air, le réchauffe, et le mouvement continue par le simple déplacement de la masse de plâtre, sorte d'écran, qui intercej)te alternai ivement raction du foyer et celle du rofrigéraut, et dont la forme en cloche sert à éloigner le plus possible Tair intérieur, tantôt du contact de la paroi froide, tantôt de celui de la paroi chaude.

hi mécanisme étant compris , procédons à notre expérience.

La petite machine est placée «Lvec sow fo^ev bien allumé

PHÉNOMÈNES GÉNÉRAUX DE LV CIIALEUIl. 21

dans noire caisse entourée de glace. On a pesé les charbons, et on s'est assuré que la glace est bien sèche, en ouvrant un robinet par lequel Teau provenant de la fusion antérieure peut s'écouler.

Des ouvertures convenablement disposées permettent à l'air d'entrer pour faire brûler le charbon, et les gaz développés par la combustion sortent par la cheminée après avoir parcouru un serpentin plongé dans la glace, de sorte qu'ils sont bien refroidis. La machine est mise au repos. Alors la chaleur du foyer n'a d'autre effet que la fusion de la glace. Au bout d'un certain temps, pesons d'un côté les charbons qui reslent; nous aurons, en retranchant ce poids de celui que nous avions quand Texpérience a commencé, le poids du charbon consumé, et ce nombre sert à mesurer la quantité de chaleur développée par In combustion. D'un autre côté, recueillons l'eau qui provient de la fusion de la glace et pesons-la : son poids est évidemment proportionnel è la quantité de chaleur développée, et par conséquent au poids de charbon consumé, de sorte que si, dans une autre expérience semblable à la précédente, nous faisions durer l'opération plus longtemps, afin de fondre une quantité double de glace, nous trouverions une dépense de charbon également double. Pour mieux fixer les idées, nous dirons que, d'après des expériences faites par divers physiciens, on peut, en brûlant un poids donné de charbon, faire fondre un poids de glace environ cent fois plus grand.

Après celte première observation, mettons la machine en activité et mesurons comme précédemment le poids du charbon consumé et le poids de la glace fondue ; joignons-y la hauteur à laquelle a été porté le poids que soulève l'arbre de la machine, ainsi que la valeur de ce poids. Supposons pour simplifier que le poids de charbon consumé soit le même que précédemment. Aurons-nous le même poids de glace fondue ?

22 U CHALEIR.

Il y a quelques années, un savant auquel on eût adressé cette question eût très-probablement répondu oui. Car h quantité de chaleur développée par la combustion d'une quantité donnée de charbon est la même, que la machine soit en repos ou en mouvement, et l'on ne pensait pas aloi-s qu'il pût y avoir une relation intime entre la chaleur et le mouvement. Aujourd'hui on est plus avancé, grâce aux recherches d'un grand nombre de physiciens i'rançais et étrangers, b quantité de glace fondue pendant la combustion d'un poids égal de charbon est moindre lorsque la machine travaille que lorsqu'elle est au repos. Si le travail pioduit est de i kilogr. élevé à une hauteur de 400 mètres environ, il manque 12 gr. de glace fondue; si le travail était de 2 kil. élevés Ti la même hauteur, il manquerait 24 gr. , de sorte que cette perte est proportionnelle au travail.

On conclut de ces deux observations comparatives, que la chaleur peut disparaîlro, être dépensée défînitivcmtint en même temps qu'un travail mécanique est produit, c'est-àdire qu'une résistance est surmontée par le système matériel dans lequel a lieu cette disparition ; et nous devons ajouter à notre liste des phénomènes de la chaleur ses effets mécaniques. Nous l'avons vue employée à changer le volume des corps, puis à fondre les solides et à vaporiser les liquides ; elle peut encore être employée comme une force motrice, et alors aucun des effets précédents ne peut déceler sa présence. Lorsqu'on a égard stiulement à ces effets, on est conduit à dire que la chaleur employée au travail mécanique disparaît ; mais en réalité rien ne saurait être anéanti. La matière est incapable de se mouvoir d'elle-même ; elle ne peut qu'obéir aux forces qui régnent dans l'univers. L'élévation du poids opérée dans noire expérience est un mouvement visible, occasionné par un autre mouvement invisible, qui est produit par la chaleur. Nous ne pouvons le concevoir qu'en

appelant notre intelligence au secours de nos sens. Un tel travail est long et pénible, et avant de chercher à remonter des effets à leurs causes, il est nécessaire de connaître ces effets. C'est seulement la description des effets qui est le but de cet ouvrage.

Après l'expérience que nous venons de décrire, la question suivante sera aisément résolue, et elle nous découvrira un horizon nouveau.

Un homme se place dans une caisse disposée de manière que l'on puisse mesurer la chaleur naturelle qui se dégage . de son corps et la quantité d'oxygène qu'il prend à l'air pour respirer. Dégagera-t-il la même quantité de chaleur, pour une même quantité d'oxygène qu'il consommera, s'il reste en repos, ou s'il produit un travail mécanique en élevant par exemple un poids à l'aide d'un treuil ?

Il faut savoir que la respiration est une fonction de notre organisme qui a pour but d'introduire dans notre sang Toxygène de l'air. Cet oxygène opère dans notre corps une combustion lente, et par suite une production incessante de chaleur. On peut évaluer la chaleur réellement mise en jeu d'après la quantité d'oxygène consommée. Or, s'il y a un travail mécanique produit, une partie de la chaleur employée est définitivement dépensée pour cet effet, et ne peut servir à échauffer d'autres corps. Ce qui prouve ce fait, c'est que nous trouverons un déficit proportionnel au travail produit, quand nous comparerons la quaYitité de chaleur employée à échauffer les corps environnants à celles que le corps a fournie par la respiration. Ainsi l'homme se c,o\sv^Q.\V«t^vy5fasssv^^5»&.

2i LA CHALEUU.

macliiiic à feu, et le résultat de rcxpéricnce sera le même clans les deux cas. En consommant la même quantité d'oxygène et créant par conséquent la même chaleur par la respiration, il dégagera moins de chaleur s'il travaille que s'il est en repos.

Celte expérience a été tiite par M. Hirn sur lui-même et sur plusieurs individus d'Ages et de sexes difîérents, et tous les résultats auxquels il est arrivé sont bien conconlants.

Il faut se garder de croire que la disparition de chaleur occasionnée par le travail mécanique soit nécessairement accompagnée d'un refroidissement du corps. Un travail un peu vif échauffe en général notre corps, et, dans cet état, il dégage plus de chaleur que dans le repos. Mais aussi il cousomme plus d'oxygène, et notre principe suhsisie toujours. Aussi à l'ouvrier qui travaille de ses mains fuut-il plus d'air pour respirer qu'à l'homme de cabinet. Que les ateliers soient vastes, bien aérés, qu'il n'y ait jamais trop d'individus rassemblés dans un étroit espace, si vous voulez que leur travail soit suffisamment productif et que leur santé soit bonne ! Ajoutons encore que leur nourriture doit élre saine et abondante, afin qu'ils soient dans de bonnes conditions pour produire du travail.

Et, en effet, nous venons de voir que l'oxygène de l'air sert d'agent de combustion dans notre sang : mais c'est l'aliment que nous digérons qui fournit les éléments combustibles. S'il fait défunt, l'air devient inutile : le sang, qui circule dans toutes les parties du corps, prend alors li substance même de nos tissus, l'entraîne au contact de l'oxygène qui la brûle; le corps s'amaigrit; comme il est formé de carbone et d'hydrogène principalement et que ces deux substances constituent avec l'oxygène le gaz acide carbonique et la vapeur d'eau, on peut dire que, par le défaut de nourriture, le corps d'un animal se consume lentement.

l'IIÈNOMÈNES GÉNÉRAUX DE LA CHALEUR. 25

Les aliments destinés spécialement à la chaleur animale sont les matières sucrées et les spiritueux, parce que le carbone et riiydrogène y dominent. Voilà pourquoi l'ouvrier qui travaille beaucoup trouve un soutien dans l'emploi des liqueurs alcooliques. Il est inutile d'ajouter que Tusage de ces liqueurs doit être très-modéré : le mauvais effet produit dans l'organisme par l'abus que l'ouvrier est trop souvent tenté d'en faire, détruit tout le bien qu'il pourrait attendre d'une petite quantité.

Nous voilà donc amenés à regarder l'homme et les animaux comme des moteurs qui produisent le travail à l'aide de leurs muscles, en dépensant de la chaleur, exactement comme les machines à feu. Ixur volonté détermine le mouvement et l'entretient , à condition qu'ils puissent consommer de la chaleur dans leurs muscles en quantité proportionnelle au travail produit. Admirons ici la supériorité des êtres vivants sur les machines. Lorsqu'une machine à vapemr travaille, toute la chaleur qui est développée dans son foyer ne peut être employée à l'effet mécanique : une partie considérable sert à échauffer les corps voisins, et la machine ressemble en cela à un calorifère. On a reconnu que cette partie est presque égale à vingt fois la première. Supposons que le travail mécanique produit par une telle machine soit l'élévation de 69 kil. à4800 mètres de hauteur; il faudrait brûler 1835 gr. de charbon sous la chaudière. Le poids que nous avons choisi est celui d'un homme ordinaire, et la hauteur considérée est celle du mont Blanc. Lorsqu'un voyageur fait l'ascension de cette montagne, il élève son propre poids et produit avec sa force musculaire le travail que nous venons d'évaluer. Parti de Chamonix le matin, il va passer la nuit aux Grands-Mulets, se remet en route le lendemain et arrive au sommet vers midi ; il est de retour à Chamonix à la nuit tombante. L'excursion dure environ 28 heures*, mavç» o\\ w«^.\x\a^^^ v^N.^^

LA CIIALElîIl.

conséquent on ne produit du travail que pendant 17 heures. D'après M. Ilirn, un homme robuste qui monte consommG i32 gr. d'oxygène par heure, soit 2214 gr. en 17 heures. La combustion qui s'opère dans son corps é([uivaut à celle de 833 gr. de charbon, c'est celte quantité qu'il faut comparer à celle que consommerait notre machine à vapeur. Ou voit qu'elle est inférieure à la moitié de celle que nous avons calculée plus haut.

ta. ELECTRrClTE PRODUITE PAR LA CHALEUR.

Là ne se termine pas le lôle de la chaleur. Elle est capable de produire rélcctricilé sous ses deux formes princi-

jKdes. Au dix-septième sièxîlc, des voyagcnus aï)p()rtèrenl de l'île de Oylan de petites jaerres vertes, ayant la forme d'aiguilles prismati- (jues, (pii ac(jnièrent par réchauffement hi propriété d'attirer les / Il \ corps légers. Liîs natui'els du pays

9 II (J :i])p(*lai(Mit ces pierres Towniamal

(lire-cendres), jiarce que, étant posées sur des cendres chaudes, elles 1( s attirent. De ce nom on a fait Toiunialine. Aujourd'hui nous avons des tourmalines ipii proviennent de diversi's locahtés : celles du Brésil qui sont vertes ou bleues, sont îes meilleures pour les expériences. La figure 7} montre les dispositions adoptées par le célèbre Haiiy. On commence par chauffer la tourmaline, puis on

Fig. 7>. — Aiipareil à touriiiuliiic de Ilai'iv.

•il

la place sur un petit support, lesté par deux boules de métal, de sorte qu'il puisse rester horizontal quand on le pose sur une pointe. Si on présente aux extrémités de la pierre un bâton de verre frotté, on observe que Tune d'elles est attirée, tandis que l'autre est repoussée. C'est un des effets de l'électricité. La tourmaline prend donc un état électrique par réchauffement.

Depuis 1 821 , ou connaît une autre manière de produire l'électricité par la chaleur. C'est sous la forme de courant, et

Fig. i. — Pile thermo-électrique.

on utilise très-souvent cette propriété de la chaleur pour étudier quelques-unes de ses lois, particulièrement le rayonnement. Prenons de petits barreaux de deux métaux différents, tels que le fer et le cuivre, et soudons-les alternativement par leurs extrémités, de sorte que chaque soudure soit toujours faite entre fer et cuivre, et que les soudures paires se trouvent du même côté et les impaires du côté opposé, figure 4. Réunissons les extrémités de ce faisceau par un fil de cuivre, et nous aurons constitué un instrument appelé pile thermo-électrique. Pour la mettre en activité, il n'y a qu'à chauffer les soudures de même ordre, en laissant les autres froides. Le fil de cuivre prend alors un état électrique particulier qu'on appelle un ooi/ran^ Dn de ses effets consiste à dévier l'aiguille aimantée de sa dvtec.\ÀavvTûX.\\\^^^ ^^ssîà^

on l'en approche. Oti peut rendre cet effet excessive sensible en suspendant très-délicat«inent l'aiguille aima et en donnant au AI une disposition convenable ; l'iiistru ainsi construit porte le nom (le galvanomètre. Il sulï toucher avec le doigt un des systèmes de soudures poiii

l'aiguille aimantée soit vivement dévi^. La ligure 5 tr la pile et le galvanomètre disposés pour une expérience. Nous n'avons pas à nous occuper de ce genre de p mènes, qu'on étudie avec l'électricité. Nous ne les sigti que pour envisager la chaicQT sows taij* \es asçoals ,

Ici se présente encore à notre esprit une de leurs conséquences bien digne de frapper notre imagination.

Le globe terrestre est un assemblage de substances différentes soudées entre elles en quelque sorte. Lorsqu'en exécutant autour de la ligne de ses pôles sa révolution diurne, il présente successivement au soleil les diverses parties de sa surface, les rayons de chaleur émanés de cet astre les échauffent et y développent de Télectricité. L'action électrique circule ainsi chaque jour sur la terre, et le résultat est un immense courant pouvant produire des effets permanents, tels que la direction de la boussole. Nouvel enchaînement harmonique, qui nous montre combien grand est le rôle de la chaleur dans l'univers, combien le mouvement et la vie sur la terre sont liés étroitement à l'action solaire.*