ÉQUIVALENT MÉGANIQUE DE LA CHALEUR

qui se prolonge au-dessus du vase, deux cordons sont enroulés, qui passent sur deux poulies et se terminent par deux poids M,M ; le chemin parcouru par ces moteurs se mesure sur deux règles verticales, et le travail s'obtient en multipliant les poids par le chemin parcouru. L'agitation du liquide produit un échau Sèment que M. Joule apprécie avec le thermomètre, et la quantité de chaleur dégagée s'obtient en multipliant le poids du liquide et la valeur en eau des parties métalliques par réchauffement. En opérant ainsi, M. Joule trouva que 424 kilogrammètres produisent une calorie, c'est-à-dire que le travail nécessaire pour élever 1 kilogramme à 424 mètres de hauteur est dépensé pour échauffer de 1° un kilogramme d'eau.

La môme expérience fut répétée en remplaçant l'eau par l'huile de baleine , puis par le mercure ; d'autres travaux mécaniques furent employés, et toujours M. Joule reconnut que le rapport entre le travail dépensé et la quantité de chaleur produite est constant.

Parmi les recherches de M. Joule , il en est qui intéressent beaucoup le physiologiste : ce sont celles dans lesquelles on a déterminé la production de chaleur par les résistances de frottement que les liquides éprouvent en circulant dans les tubes ; le travail effectué se mesure en multipliant le poids du liquide qui circule en un temps donné dans les tubes par l'excès de la pression, évaluée en colonne du môme liquide au commencement du tube, sur la pression à la fin : ce travail est converti en chaleur. C'est ainsi que dans l'organisme le travail accompli par le cœur est employé à vaincre les résistances offertes au cours du sang, et ce travail est tout entier transformé en chaleur, et il nous est facile de calculer approximativement quelle est la quantité de chaleur produite dans le système circulatoire par cette cause. En effet, nous avons évalué approximativement le travail du cœur chez l'homme à 43 800 kilogrammètres en vingt-quatre heures ; ce travail donnera un nombre de calo-

43 800 ries égal à — - — = 103, nous pouvons dire, à peu près

100 calories.

»étormta*tloa de M. Mayer. — Le problème inverse de celui qui a été résolu par M. Joule, c'est-à-dire la détermination de la quantité de travail qui correspond à la dépense d'une calorie, présente des difficultés.

Nous n'avons aucune machine assez parfaite pour convertir complètement en travail la chaleur employée pour la mettre en mouvement.

Toutefois un médecin, M. Mayer, a pu le premier évaluer l'équivalent mécanique de la chaleur par des considérations théoriques, en utilisant la différence entre la chaleur spécifique de l'air à volume constant, et la chaleur spécifique de l'air à volume variable, c'est-à-dire de l'air pouvant augmenter de volume et opérer le travail mécanique nécessaire pour déplacer l'atmosphère.

Supposons 1 mètre cube d'air à 0° et sous la pression de 760 millimètres, contenu dans un vase à parois non extensibles ; pour élever de 1° sa température, il faut lui donner une quantité de chaleur égale à lk,293 X 0,1686 = 0C,21799, puisque 0,1686 est la chaleur spécifique de l'air à volume constant. La force élastique de l'air s'est accrue, mais elle n'est pas employée, puisque le vase est inextensible.

Considérons, en second lieu, un mètre cube d'air à 0° et sous la pression de 760 millimètres, mais contenu dans un vase cylindrique comme un corps de pompe de machine à vapeur, présentant une paroi mobile, soit un piston, que nous pouvons théoriquement considérer comme ayant un poids négligeable et jouissant d'une mobilité parfaite. Échauffons l'air de 1°, il faudra lui donner une quantité de chaleur égale à lk,293 X 0,2374 = 0^,30696, puisque 0,2374 est la chaleur spécifique de l'air à pression constante ; par réchauffement, l'air se dilate, le piston est soulevé. De combien? Le coefficient de dilatation cubique de

l'air est — , c'est-à-dire que pour 1°, le volume du mètre cube de-

Ajo

vient lmc -I .

Nous supposons un cyliudre ayant 1 mètre carré de base et 1 mètre

lm de hauteur, le piston sera élevé d'une hauteur égale à -— ; mais ce

Ai o

piston supporte la pression de l'atmosphère, qui égale sur sa surface 10 330 kilogrammes; le travail mécanique effectué pour le soulever est

10330k X im

— = 37km,83. Ce travail aura employé une quantité de

Ai ô

chaleur égale à 0C,30696 — 0^,21799 = 0C,08897. Quel sera le travail

37km,83 . .

correspondant à une calorie? Ce sera -— = 425km. Ce nombre

est presque identique avec celui que M. Joule a déduit d'un grand

nombre de recherches expérimentales (424km).

Quantité de chaleur utilisée par une machine A vapeur. —

La machine à vapeur nous offre un exemple de la transformation de la chaleur en travail mécanique.

La vapeur arrive dans le co ps de pompe avec une pression