CHAPITRE PREMIER

EFFETS GENERAUX. THERMOMETRIE.

605. Définition et origine de la chaleur. — Théorie dynamique. — La chaleur est, avant tout, la cause de nos sensations de chaud et de froid; mais cette cause a des effets plus variés et plus puissants, par lesquels on peut aussi la définir : c'est elle qui fait fondre les corps solides, tels que la glace, bouillir les liquides, tels que l'eau, qui fait dilater tous les corps, et qui rend le fer et les autres métaux incandescents.

De nombreuses hypothèses ont été émises sur l'origine et la cause de la chaleur; deux systèmes principaux, — les mêmes que pour la lumière, — ont été soutenus par les physiciens : le système de Yémission et celui des ondulations.

Dans le premier, on attribuait les phénomènes calorifiques à un fluide matériel, impondérable, incoercible, qu'on nommait calorique. D'après cette hypothèse, les atomes du calorique, étant dans un état constant de répulsion, seraient projetés dans toutes les directions et à toutes les distances, s'emmagasineraient en quantité variable dans les corps, et s'opposeraient au contact immédiat de leurs molécules. L'hypothèse de la matérialité de la chaleur fut adoptée par les savants les plus illustres, tels que Newton, Lavoisier, Laplace, Gay-Lussac. Elle est abandonnée aujourd'hui par tous les physiciens et remplacée par l'hypothèse des ondulations.

Les dernières molécules des corps sont animées d'un mouvement vibratoire de très faible amplitude, mais très rapide, d'où résulte la chaleur; ce mouvement est transmis à distance par l'intermédiaire d'un milieu infiniment élastique, Véther, le même dont les phénomènes lumineux nous ont démontré l'existence. L'éther, répandu dans tout l'univers, et remplissant les espaces intermoléculaires, aussi bien que les espaces interplanétaires, est choqué par les molécules vibrantes des corps, et ce choc y fait naître des ondulations qui transmettent le mouvement et par suite la chaleur, de même que les ondes sonores de l'air propagent le son. En sorte que, dans la théorie des ondulations (ou théorie dynamique, ou thermodijnamique), tous les phénomènes calorifiques sont ramenés à une cause unique, le mouvement, les corps les plus chauds étant ceux dont les molécules vibrent avec la plus grande vitesse et la plus grande amplitude, et les corps qui s'échauffent ou se refroidissent ne faisant que gagner ou perdre du mouvement.

ganot M

La chaleur et la lumière seraient donc dues à une seule et même cause : les vibrations des molécules des corps, transmises par l'éther. Il n'y aurait entre les vibrations qui produisent la chaleur et celles que produisent la lumière qu'une différence dans leur vitesse : c'est la même différence qui existe, en acoustique, entre les vibrations qui produisent les sons graves et celles qui produisent les sons aigus.

Remarque. — Tout en adoptant la théorie dynamique, on a conservé le langage usité dans la théorie de l'émission, et l'on dit encore, d'un corps qui s'échauffe ou se refroidit, qu'il gagne ou perd de la chaleur; mais en réalité on doit entendre par là que ses molécules reçoivent ou cèdent du mouvement, et tous les phénomènes de la chaleur peuvent s'expliquer par une communication ou une transformation de mouvement1.

604. Travail interne et travail externe de la chaleur. — D'après la théorie dynamique, les molécules des corps possèdent toujours une certaine quantité de force vive ; quand celle-ci se communique à un autre corps, elle se partage en deux parties : l'une qui échauffe le corps en augmentant la vitesse et l'amplitude des vibrations moléculaires; l'autre qui disparaît en tant que chaleur sensible, et n'échauffe pas le corps, mais le dilate, c'est-àdire écarte ses molécules. Celles-ci se déplaçant alors, et exerçant un effort capable de vaincre les forces qui les lient, il y a un véritable travail produit, dans le sens qu'on attache à ce mot en mécanique (48). Or ce travail se divise évidemment en travail interne et en travail externe.

Le travail interne est celui qui est consommé pour vaincre les forces moléculaires unissant les dernières particules des corps. Ce travail est très grand dans les solides, faible dans les liquides, et nul dans les gaz.

Le travail externe est celui qui est employé à surmonter les résistances extérieures qui s'exercent sur les corps. Par exemple, un corps ne peut se dilater qu'en repoussant la pression atmosphérique qui le comprime en tous sens.

En résumé, le mouvement calorifique communiqué à un corps se résout : 1° en échauffement, ou chaleur sensible au thermomètre : c'est de la chaleur communiquée ; 2° en travail interne, ou écartement des molécules : c'est de la chaleur transformée, insensible au thermomètre; 3° en travail externe, ou action contre les résistances extérieures : c'est encore de la chaleur transformée.

La portion de chaleur qui produit réchauffement persiste donc à l'état de force vive moléculaire. Quant à celle qui disparaît pour produire le travail tant interne qu'externe, elle n'est pas détruite, mais transformée en travail; car tout mouvement est indestructible, et ne peut que se modifier ou se communiquer d'un corps à un autre. Dans tous les cas, la chaleur ainsi transformée en travail est soumise à cette loi qu'on observe dans tous les phénomènes de thermodynamique : à toute quantité de chaleur disparue correspond un certain travail produit; et réciproquement, à tout travail dépensé correspond un dégagement de chaleur déterminé. On verra, en outre, qu'il y a toujours un rapport constant entre les quantités de chaleur et de travail ainsi transformées l'une dans Vautre : c'est ce qu'on appelle l'équivalent mécanique de la chaleur.

1. Après Mayer et Joule (qui définirent et déterminèrent Y équivalent mécanique de la chaleur), les savants qui, par leurs travaux, leurs écrits ou leur enseignement, ont le plus contribué à l'adoption de la théorie dynamique de la chaleur sont : Colding, à Copenhague: M.Clausius, à Zurich; Macquorn Rankine, à Glascow; W. Thompson, à Edimbourg; Tyndall, à Londres; M. lliin, à Colmar; Dupré, à Rennes; Cazin, Regnault et Verdet à Paris. Le livre qui a le plus popularisé la théorie dynamique est : La chaleur considérée comme un mode de mouvement, de M. Tyndall