LE TRAVAIL INTERNE GO.NSIUÊRÉ EN LUI-MÊME

Avant de décomposer la grandeur H en ses deux éléments, résistance surmontée et chemin parcouru, nous allons l'étudier en elle-même dans les divers corps. Sous cette forme déjà et sous sa seule dénomination de travail interne, son emploi dans l'interprétation et dans l'analyse des phénomènes physiques constitue un fait tout moderne et un progrès immense dans la Science.

Travail interne et capacité calorifique absolue des gaz .

Très-grand dans les corps solides, très-considérable encore dans les liquides, le travail interne n'est absolument nul même dans aucun gaz, si raréfié qu'il soit. I^orsque l'air atmosphérique, lorsque Thydrogène passent brusquement d'une pression à une autre plus faible, sans rendre de travail externe, il s'y manifeste toujours un refroidissement, assez notable dans l'air très-comprimé, très-faible, mais non pas nul, dans l'hydrogène. Ce refroidissement ne peut être dû qu'au travail interne qui s'opère pendant que les molécules s'écartent les unes des autres.

Je dis : sans rendre de travail externe. C'est là le premier

Eût à bien mettre en lumière. Ses conséquences sont faciles à tirer et presque évidentes.

Il y a un grand nombre d'années déjà que Gay-Lussac avait remarqué que, quand on laisse Tair atmosphérique pénétrer par un très-petit orifice dans une cloche de cristal où Ton maintient une raréfaction constante en faisant jouer les pompes d'une machine pneumatique, le thermomètre suspendu dans la cloche indique, pour ainsi dire, la même température que celui qui se trouve dans l'air ambiant. La température marquée dépend d'ailleurs, dans une certaine mesure, de la position du réservoir thermométrique par rapport à la veine de gaz en mouvement. Ce fait, à l'époque où Gay-Lussac l'a observé, a étonné au plus haut degré tous les physiciens. Il semblait en contradiction formelle avec cet autre fait connu bien antérieurement, à savoir, que l'air qu on refoule fortement dans une pompe sans orifice s échauffe (briquet pneumatique), et que celui qu'on raréfie dans la même pompe se refroidit. Faute d'une explication plausible, l'observation de Gay-Lussac est demeurée longtemps dans l'ombre et a été même prudemment passée sous silence dans la plupart des Traités de Physique de l'époque. Elle a reçu sa solution presque dès la naissance de la Thermodynamique.

Ce genre d'expériences a été repris depuis (i853) par M. Joule, sur la plus vaste échelle. Tout le monde aujourd'hui connaît ce remarquable travail; il constitue certainement Tun des plus beaux titres scientifiques du grand physicien ^lais. Je n'ai besoin ici que de rappeler très-sommairement comment les expériences étaient conduites.

lie gaz soumis à l'expérience (air, hydrogène, acide car- Wique) était foulé, régulièrement et à une pression voulue, P^ une pompe dans un long serpenteau de cuivre placé dans

une cuve d'eau dont la température ne variait que peu et très-lentement. A l'extrémité de ce serpenteau était adapté un ajutage particulier par lequel le gaz s'échappait après avoir été en quelque sorte filtré à travers du coton ou de la soie, et tombait à une pression très-peu différente de celle de l'atmosphère même : par cette disposition fort ingéaieuse, la vitesse du gaz détendu était réduite à un minimuFn, et les indications du thermomètre placé dans le courant de gaz ne pouvaient plus être faussées par suite des chocs, etc.

Les résultats des expériences de M. Joule sont des plus frappants. Sur les trois gaz essayés, c'est l'hydrogène dont la température change le moins par la détente spontanée ; en passant de 4^*", 65 à i atmosphère, le refroidissement était à peine de 0^,076, la température initiale étant 10 degrés. L'acide carbonique, au contraire, était celui qui se refroidissait le plus; en passant de 5**™, 12 à i atmosphère, ce gaz se refroidissait de 5**,o5, la température initiale étant 12**, 84- Le refroidissement de l'air, beaucoup moindre que celui de l'acide carbonique, était cependant (pour une même chute de pression) près de treize fois supérieur à celui de l'hydrogène.

Ni quant à l'expérience isolée de Gay-Lussac, ni quant au vaste ensemble d'expériences de M. Joule, on n'aperçoit à première vue qu'il ne peut se produire aucun travail externe auquel on puisse rapporter la variation de température. Le gaz, en passant du volume V© qu'il occupe à P© au volume V, > Vo qu'il occupe à la pression P, <! P©, soulève de fait toute la colonne atmosphérique qui pèse sur lui et exécute un travail total V^ V, , et l'on ne voit pas, a priori^ que ce travail soit le même que le travail total de compression VqVq qu'a coûté le refoulement. Rien n'est plus facile à démontrer pourtant que cette égalité (très-approximative). Reprenons, en effet, l'appareil à pistons solidaires qui m'a servi à la

iémonstration de l'une des propriétés fondamentales des rapeurs. Supposons que le piston du petit cylindre ait juste

le cinquième de la surface de celui du grand, et que,' lorsqu'il se trouve tout au haut de sa course, le cylindre soit rempli d'air ou d'hydrogène, ou d'acide carbonique à 5 atmosphères. Lorsque nous ouvrirons un tant soit peu le robinet r, le gaz passera graduellement dans le grand cylindre, dont le piston niontera, tandis que son opposé descendra. La démonstration que j'ai donnée quant aux vapeurs s'applique ici dans loute son intégrité. A la fin de l'opération, comme pendant

toute sa durée, la pression en B sera^;^» tandis que le volume

qui passe à chaque instant s'élèvera de i à 5. On a, en un

«Dot : P,V| = PoVo, et il n'y a aucun travail externe produit

en plus ou en moins.