THÈOIUE MÉCANIQUE DE LA CHALEUR

Cette élévation de température, qui est très-faible dans le &is (le l’expérience précédente, serait très-considérable au contraire si le corps en mouvement avait une grande masse, et si la vitesse de rotation était elle-même très-considérable

Si on imagine, par exemple, (jue la terre vienne à cesser de se mouvoir dans son orbite, ce phénomène, autiuel on pourrait au premier abord ne pas attacher de conséquence bien précise, serait accompagné d’une prodigieuse élévation de température; c’est par millici’s de degrés (|u’il faudrait la compter, il y aurait de quoi fondre le globe, le volatiliser et en disséminer les éléments dans l’espace.

357. Équivalent mécanique de la chaleur. — Puisque le travail et la chaleur peuvent .se transformer l’un dans l’autie, il est

Fig. 313. — Octcrminatioii do rôquivalent mécanique de la clialcur.

naturel de ebereber <iuelle est la quantité de chaleur ((u’il faut employer pour produire une quantité de travail déterminée, ou réciproquement. .M. Joule a fait cette détermination de la manière suivante : Son appareil se compose (lig. 313) d’un arbre vertical sur lequel se

trouvent implantées des palettes. Cet arbre est placé dans un calorimètre <i eau et peut être mis en mouvement par un poids

I. Il est facile de calculer d priori cette dlévation de tcmpC'raturc. Kn effet, ai ti est la vites.se du corps considéré, le travaii produit par la force qui l'a mis eu mouvement

est, comme on le dcmonlrc en mécanique, - mr>, rn désijainnt la masse du corps. Or on verra plus loin qu’une calorie est l équi\alcnt d'un travail égal à 42.‘i kilogramméires; donc la chaleur produite esprimée en calories sera - me* : 425. Si on appelle p le poids du corps, c sou calorique spécilique et 3C l'élévation de température, on devra avoir la relation : S'iû = Pcx, d’où on déduira x.

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fiQLMVAI.ENT MÉCANIQUE DE LA CIIALELK. 463

imssaiit sur une poulie. Le poids est abandonné à lui-inénie et parcourf sous l’action de la pesanteur un certain esj)ace qui correspond à un travail déterminé. Quant .'i la quantité de chaleur, elle est donnée par l’élévation de température du calorimètre. M. Joule a trouvé par cette expérience qu'une quantité de chaleur égale à une calorie correspond ù un travail de ti25 kilogrammètres. C’est ce nombre que l’on appelle Y équivalnU mécanique de la chaleur.

Remarquons qu’on peut faire appel, pour déterminer ce coefficient, à des phénomènes divers, tant pour la production de la chaleur que pour la manière dont elle se transforme en force motrice. Le résultat est toujours le même, au.v erreurs inévitables d’expérience près. Il n’y a donc pas en physiiiue de proposition plus soli

dement établie que celle-ci : .1 une dépense de travail cqale à l2o kilo-

(jramm'etres correspond une production de chaleur cqale a une calorie, et réciproquement, pour une calorie dépensée, il y a i2.~> kilogrammètres de travail produit.

Parloul donc, lorsque du travail sera absorbé, il y aura produclion de chaleur ou production d’un nouveau travail, mais la somme du nouveau travail et de la chaleur produite est loujours égale au travail primitif. Ainsi, par exemple, dans la machine qui sert à frapper les médailles, lorsque le coin arrive armé d’une certaine vitesse, il se i)roduit un double phénomène : d’abord, impression sur la médaille, c’est un travail qu’il est facile de concevoir, quoique d’une évaluation difficile; en second lieu, la pièce s’échauffe. Réunissons la quantité de tiavail effectué par le coin A celui que représente, à raison de ti‘25 kilogrammètres par calorie, la chaleur produite, et nous aurons une somme égale au travail employé pour mettre le balancier en mouvement.

Lorsque, dans l’essai d’une plaque de blindage, on tire sur elle un boulet, il peut arriver que le boulet perce la plaque; si la plaque n’est pas percée, le phénomène mécanique est moindre, mais est compensé par une production de chaleur plus intense, le iMJulet s’échauffe jusqu’au rouge. La transformation de la chaleur en travail ou réciproquement, suivant une mesure déterminée et invariable, telle est l’essence de ce qu’on appelle la théorie mécanique de la chaleur, théorie qui ne soulève aujour-

PMVS. DCsatASEl,. 30

THÈOlUli .MÉCA.NIQLE DE l.A CHALEIU.

d'hui aucune coulradiction sérieuse. Nous allons en indi(iner queli|ues applications.

358. Applications à la machine à vapeur. — On appelle en général machines ihermiqnes les machines dans lesquelles la force motrice est empruntée à l'action de la chaleur-, parmi elles, la machine à vapeur occupe inconleslahlement le premier rang; nous la décrirons en détail dans le cha|)ilre suivant. Elle se compose essentiellement d’un cylindre aj)pelé corps de pompe, dans lequel se meut un piston. La vai)cur, arrivant alternativement d’un côté et de l’autre de ce piston, détermine un mouvement de va-et-vient siisceptihlc d’étre transformé d’une manière quelconque.

On peut calculer avec la plus grande e.vactitude la quantité de chaleur nécessaire pour la production de la vapeur è l’origine de la machine. On peut calculer aussi celle qui serait nécessaire pour produire la vapeur dans l’état où elle se trouve quand elle .sort de l’apiiarcil. Pendant lougtem|)s on a ern (|uc ces deux quantités étaient égales; il n’en est rien, la première de ces quantités est supérieure à la seconde ; il y a tlonc destruction d’une certaine ([uanlité de chaleur, mais à sa place se trouvent et le travail effectué par la machine et celui que cousommeut les organes acce.ssoires qui constituent le méainisme.

359. Application à la chaleur animale — Lavoisier a fait voir le premier que les animaux peuvent èlic assimilés ii <les sortes de machines vivantes, dans le.squelles la chaleur s’entretient par diverses réactions chimiques, combustion dn charbon, de l’hydrogène, etc. ; l’ensemble de ces réactions constitue le phénomène de la respiration. Quand l’animal est au repos, il y a équilibre entre la chaleur produite et celle (jui se perd par échange avec l’extérieur; mais s’il exécute un travail quelconque, il doit y avoir disparition de chaleur. Cette idé<! parait étrange au premier abord, car l’accroissement de fhaleur chez l'homme qui travaille est une chose incontestable. .Mais il faut remaniuer que lorsqu’on travaille la respiration s’accélère; or, si l’on tient compte du charbon brûlé dans le cas du travail et dans le cas du repos, on peut constater que dans le premier cas la même quantité de charbon a produit une chaleur moindre-, la portion <|ui mampie est l’équivalent du travail produit.

r.OMIllNAlSONS CHIMIQUKS. iti/

Cfci a élé donioniré par une curieuse expérience de M. Hirn. Il a enfermé un homme dans un calorimèire analogue à celui qui a été décril (352), ce (|ui lui a permis de mesurer à la fois et la chaleur produile et la (luantilé d’acide carhoniipie exhalé. Dans une première expérience, l’homme était au repos; dans une seconde, il s’élevait sur une roue mobile et par cousé(iuent il eflectuait un travail mécanique ; or la quaulilé d’acide carbonique exhalé dans le second cas est plus forte, mais elle donne lieu è une produclion de chaleur proportionnelleineut luoiuilre. Ou peut donc conclure que dans les animaux la puissance motrice, le mouvement musculaire, sont au même titi'e que dans les machines lhermi(iues la représenlalion d’un phénomène calorifique.

360. Chaleur dégagée dans les combinaisons chimiques. — Les principes de la théorie mécanique de la chaleur permetlent de se faiie une idée rationnelle de la cause de la chaleur dégagée dans les comhinaisons chimiques. Les molécules des corps qui se combinent obéissent à des forces attractives moh'culaires, il y a donc un certain travail eiïectué que l’on retrouve sous la forme calori- Ihiue. Dans le cas d’une décomposition, il faut surmonter raflinité et séjKirer les molécules soumises à leur altraction ; il faut pour cela, ou effectuer un travail proprement dit, ou dépenser une ((uantité équivalente de chaleur. Il est évident d'ailleui-s, et cela résulte des expériences de MM. Favre et Silhermann, que la quantité de chaleur qui se dégage dans la formation d’un composé est exactement égale à celle (ju’il faut employer ])our en effectuer la décomposition.

361. Chaleur solaire. — La quantité de chaleur due aux radiations solaires est extrêmement considérable. M. Pouillet a essayé de la mesurer à l’aide d’un appareil appelé pyrhHiomilre. Il se compose (flg. 31/i) d’un cylindre plat, de cuivre ou d’argent, mince, plein d’eau et servant de calorimètre. Dans ce cylindre est logé le réservoir d’un thermomètre dont la tige est engagée dans le tube évidc qui sert de support au cylindre. En arrière du cylindre se trouve un disque de même diamètre et placé parallèlement, qui permet d’orienter l’appareil de façon ((ue les rayons arrivent perpendiculairement à la surface du cylindre; celle-ci est d’ailleui-s noircie

m THÉORIE MÉCANIQIE DE LA CHALEUR.

pour (pie son pouvoir absorbaiil soit le plus grand possible. Voici la manière d’opcirr. On place le pvrbélioinèlre à l’oinbre pendant ciii([ minutes cl on observe son ècliaulTement ou son refroidis.senienl; supposons, par e.vemple, que ce soit un refroidissement de Ù degrés; on le place ensuite cinq minules au soleil et on note l'écbaulTemenl T; enfin on le reporte à l’ombre et on trouve qu’en cinq minutes il ,se refroidit de 0’ degnis. On conclut de là t|ue l’écliauffemenl propre produit par le soleil

est sensiblement égal à T + — - — , et, jiar

conséquent, la (juantité de chaleur, en appelant 1* la valeur en eau du CHilorimètre. / 0 + \

est P I T -i — j . Cette e.vprcssion ne re-

présente que la quantité de chaleur reçue par le pvrbéliomètrc; il faudrait y ajouter, pour avoir l’eiïet total, la portion qui a été absorbée par ratmospbère. En comparant les resiiUats oblenus aux diverses heures de la journée, pour lesquelles l'épaisseur de l’atmosphère traversée est très-différente, ,M. Pouillol en a déduit une formule empirique (pii permet de tenir compte de l’absorption atmosphérique et qui l’a conduit finalement au résultat suivant : La quanlité de chaleur envoyée annuellement par le soleil à la terre serait capable de fondre à la surface de celle-ci une couche de glace de :iO métrés d'épaisseur.

Ce n’est là qu’une très-minime partie de la chaleur émise par le soleil, puisque la terre n'occupe évidemment qu’une bien petite étendue de l’espace dans lequel a lieu le rayonnement; la quantité totale de chaleur émise est 2 ou 3 milliards de fois celle que la terre reçoit.

On a dû naturellement se demander quelle est l'origine de celle chaleur; quel est le phénomène qui l’entretieune à un degn* de température sensiblement constant, car depuis les temps historiques on n’a pas observé de variation appréciable dans la température (lu globe terrestic. Divei-ses hypotlu'-ses ont été émises à ce