ÉQUIVALENT MÉCANIQUE DE LA CHALEUR

de chaleur, une calorie par exemple, on peut obtenir une certaine quantité E de travail : l'expcnence montre que cette quantité est constante ; réciproquement une quantité E d'énergie sensible qui disparaît, sans produire aucun travail, donne naissance à une calorie. Il y a donc équivalence entre la chaleur et le travail, et le nombre E qui représente le travail correspondant à une calorie s'appelle Véquivalent mécanique de la chaleur. Le principe de l'équivalence est la première grande loi de la théorie mécanique de la chaleur.

682. Déterminai ion de l'équivalent mécanique de la chaleur. — Toutes les expériences que nous avons signalées permettent de déterminer l'équivalent mécanique de la chaleur. M. Joule l'amesuréau moyen delà chaleurdueaufrottement; ses expériences ont porté sur le frottement de l'eau contre des palettes en laiton, celui du mercure contre despalettes en fer, et sur le frottementmutuel de deux pièces de fonte.

Pour ces premières, l'eau était contenue dans un calorimètre traversé par un axe vertical portant huit rangées de palettes en laiton. L'axe vertical portait à sa partie supérieure un cylindre de bois, sur lequel s'enroulaient en sens contraire deux cordons qui passaient sur des poulies et portaient des disques de plomb à leurs extrémités. On mesurait dans chaque expérience réchauffement du calorimètre, et l'on en déduisait la quantité de chaleur produite. D'auti^e part, le travail moteur s'obtenait en multipliant la somme des poids des disques de plomb par leur hauteur de chute. Mais il faut remarquer que ce travail n'était pas entièrement employé à échauffer le calorimètre ; on ne pouvait éviter complètement les frottements en dehors de ce vase, quoiqu'on eût cherché à les rendre aussi faibles que possible ; on calculait l'énergie absorbée de ce fait. D'un autre côté les disques de plomb venaient toucher le sol avec une certaine vitesse, et perdaient ipar le choc la force vive correspondant à cette vitesse. On 'tenait compte également de cette correction.

M. Hirn a déterminé l'équivalent mécanique au moyen de lia perte de force vive due au choc. Un blocprismatique de grès ■des Vosges, d'une masse de 941 kilog., était soutenu horizon- 'talement et servait d'enclume; on appliquait contre l'une de >ses extrémités un cylindre de plomb que venait frapper une imasse cylindrique de fer forgé, soutenue horizontalement par ideux cordes, el servant de bélier. Ce cylindre pesait 350 kilog. (On mesurait la température du bloc de plomb avant et après He choc, en introduisant un thermomètre et un poids d'eau

connu dans une cavité pratiquée à cet effet. La force vive disparue se calculait à l'aide du poids du cylindre de fer et de la hauteur verticale dont il tombait.

M. Vielle a mesuré V équivalent mécanique à l'aide de l'expériencede Foucault(§342).Le mouvementdudisqueétantproduit par la chute d'un poids, le travail était mesuré facilement. On évaluait la chaleur produite par les procédés calorimétriques.

Enfin M. Hirn l'a déterminé au moyen d'une machine à vapeur, dans une filature de coton des environs de Colmar ; il évaluait le travail produit et la chaleur dépensée, en tenant compte aussi exactement que possible des nombreuses causes d'erreur.

Ces différentes séries de mesures ont donné pourE le nombre 42o ; une calorie correspond donc à un travail de 423 kilo o-rammè très. Si l'on exprime le travail en unités pratiques GGS, c'est-à-dire en watts, l'équivalent mécanique devient 4,17 ; une petite calorie, ou calorie-gramme, équivaut à 4,17 watts.

683. Unités thermiques absolues. — Il comiendrait, pour le système d'unités absolues dont nous avons indiqué les bases (§ 43), de faire choix d'unités thermiques reliées aux unités fondamentales que nous avons définies. Les rapports qui existent entre les phénomènes calorifiques et les phénomènes mécaniques se prêtent à ce choix. L'unité de quantité de chaleur devrait être la quantité qui équivaut à Un travail d'un erg; l'équivalent mécanique de la chaleur serait i, et l'on prendrait pour degré la variation de température subie par 1 gramme d'eau quand il a transformé en chaleur un travail d'un erg. Mais il y a si longtemps qu'on fait usage des unités actuelles, et elles ont servi à déterminer un si grand nombre de données numériques, qu'il devient bien difficile de les remplacer par d'autres.

684. Lia chaleur est une des formes de l'énergie. — La possibilité de transformer le travail mécanique en chaleur a fait considérer la chaleur comme due à un mouvement des particules, qui paraît être, au moins pour les corps solides, un mouvement oscillatoire ou rotatif extrêmement rapide, mais de très petite amplitude. En effet, uous avons vu plus haut que la lumière est considérée comme un mouvement vibratoire, propageant à travers l'espace gi'àce à un milieu élastique qu'on nomme l'éther. Or, tout corps chaud rayonne de la chaleur, dont les propriétés sont, comme nouS le verrons plus loin, identiques à celles de la lumière. Pour qu'un corps chaud puisse émettre les vibrations qui constituent la chaleur ou la