Premier prlnelpe de la théorie mécanique de la clialemr

— Lorsqu'un corps s'échauffe par son contact avec une source de chaleur, on constate que la chaleur totale qui est absorbée par le corps pour passer d'un état (p^, v^) à un état différent (/;, v) n'est pas toujours la même. Elle varie dans des limites très-étendues. En étudiant le phénomène de plus près, on s'aperçoit que toutes les fois qu'il y a un travail mécanique extérieur produit pendant réchauffement, une certaine quantité de chaleur a disparu. Au coniraire, si le corps a subi Vaction d'un travail mécatiique extérieur^ une certaine quantité de chaleur qui n'est pas empruntée à la source voisine apparaît.

On peut encore caractériser ce phénomène en disant que la production d'un travail positifs dans le changement d'état, coïncide

* JltCA.MIlLK LNlri-STRIELLE.

avec la disparition d'une cerlaine quantité declialeur, tundis qu'au contraire la production d'un travail néyalif coïncide avec l'apparition i'unc certaine quantité de chaleur.

Une expérience Irès-simpIe met ce fuit en évidence. Deux cylindres A et B (fig. i) sont l'un, le cylindre A rempli . d'air atmosphérique à 10 at-

J ^ \ mosphères, l'autre le cylindre

^ jip [ - ^"1 -i""| L'appareil est placé dans un

~=M ^ ! - -I '■ calorimèlre. Si l'on ouvre

b?usquoment le robinet C qui iMablit la communication entre les deux cylindres, l'air du cylindre A remplira Irês-rapidemcnt les deux cylindres. Au lieu d'un volume v b id atmosphères, on aura finalement un volume 2 r à 5 atmosphères. Il n'y aura pas eu de travail extérieur produit, aussi le calorimèfre n'indiquera-t-il ni chaleur créée, ni chaleur perdue. Au lieu de cela qu'on place dans le cylindre B (lig. 2) un piston chargé d'un poids convenable, et qu'on établisse encore la communication entre les deux cylindres en ouvrant le robinet C. Celle fois l'air soulèvera le piston et remplira peu à peu l'espace laissé vide au-dessous.

11 y aura un travail mécanique produit, consistant dans l'élé' vatton du poids P. On consia* tera en môme temps un abaissement de température dans le calorimètre. Il y aura eu disparition de chaleur.

En réalité, dans la première période de Texpérience, il y a production de travail mécanique extérieur au cylindre A, puisque la tension du gai y descend de 10 à 5 atmosphères ; mais il y a pareitlç consommation de travail mécanique dans le cylindre B,

puisque la lension du gaz y monte tie à 5 almosphùrcs. Aussi dans l'expérience de Gay-Lussac, voit-on d'un côté abaissement, de l'autre élévation de température, mais les deux effets calorifiques inverses sont parfaitement égaux, leur résultante calorifique est nulle.

Dans le second cas, au contraire, il y a comme résultat définitif production d'un travail mécanique extérieur, et par suite disparition de chaleur.

Des expériences précises ont démontré que la corrélation qui existe entre la création d^un travail mécanique et la disparition de chaleur subsiste dans tous les cas et que le travail mécanique produit ou consommé évalué en kilogram mètres est toujours proportionnel à la quantité de chaleur disparue ou créée, évaluée en calories.

Une calorie disparue ou créée correspond à 424 kilogrammèlres produits ou consommés, quel que soit le corps intermédiaire et quel que soit le changement d'état.

Ce nombre 424 serait, d'après des expériences de M. Regnault, susceptible de subir des variations selon les circonstances. Mais il serait possible aussi, que les phénomènes de chaleur fussent accompagnés de phénomènes accessoires inaperçus dans les expériences , tels que dérangements moléculaires ou déformations persistantes quand il s'agit des solides, ou, dans certains cas, production d'électricité au contact de corps de nature différente, circonstances desquelles résulterait une consommation de travail difficile à évaluer.

La loi de V équivalence se vérifie parfaitement sur les gaz permanents, et cette loi doit être considérée comme une loi naturelle applicable dans toutes les circonstances où l'on peut écarter l'influence des causes perturbatrices. Elle serait probablement rigoureusement exacte si l'on pouvait tenir compte de ces causes perturbatrices, les mesurer, et les évaluer en calories ou en kilogrammèlres.

Les considérations qui précèdent nous permettent maintenant de formuler le premier principe de la théorie mécanique de la haleur.

Premier principe. — Toutes les fois qu^un corys change d'état en

produisant un travail mécanique extérieur positif ou négatifs le phénomène est accompagné d'une consommation ou d*une création de chaleur. Cette quantité de chaleur peut être considérée comme équivalente au travail mécanique^ et V équivalence a lieu sur la base de une

calorie pour 424 kilogrammètres (*).

Nous désignerons par j le nombre 424. D'après cela -r est IV-

quivalent mécanique de la chaleur^ el A est Véquivale^it calorifique du travail.

[') Tout changement d'état comporte un travail intérieur de séparation ou de rapprochement des molécules. L'énoncé du premier principe devrait donc être ainsi complété : La c/ialeur disparue est équivalente au travail intérieur -\- au travail extérieur. Mais dans la plupart des cas, et notamment pour les corps fluides, le travail intérieur est à peu près nul, et l'énoncé peut être réduit à celui du texte. Le travail intérieur est encore nul lorsque le corps, après avoir accompli une série plus ou moins complète d'évolutions, revient à son état initial. On dit alors que l'évolution est complète ou que le cycle est fermé. Cette circonstance se présente dans toutes les machines.

La constance de la valeur de Téquivalent mécanique de la chaleur, quel que soit le corps qui serve d'intermédiaire, a été établie de la manière suivante par Glapeyron. — Supposons que l'équivalent soit A pour un corps et A' pour un autre corps.

Au moyen d'une quantité de chaleur 7, on pourra produire, avec le premier corps,

un travail j, au moyen d'une quantité de chaleur q\ on pourra produire, avec le

second corps, une quantité de travail y,-

Si Ton prend m évolutions du premier corps et n évolutions in}>er8es du second, on pourra produire un travail

el recevoir un travail

mq ,

— -^ avec le premier corps,

-^ du deuxième corps.

Au total, on aura produit un travail définitif égal ù

tnq nq*

et on aura dépensé une quantité de chaleur égale à

tnq — nq\

On peut choisir m et ii, de manière que mq = nq'. Alors la chaleur dépensée sera nulle. Donc le travail produit devra être nul également, car s'il en était autrement, on pourrait produire du travail mécanique sans consommation de chaleur, conséquence qui parait absurde, donc

mq nq' ^ » •. * *.

-—i j^ = 0, et par suite A = A'.

Donc réquivalent est un nombre constant pour tous les corps. Cette démonstration s'appuie sur un prétendu axiome de pliysique qui n'est pas évident. C'est pourquoi nous ne la considérons pas comme rigoureuse.