DÉTERMINATION DE L'ÉQUIVALENT MÉCANIQUE DE LA CALORIE

497. Expérience de Joule. — C'est une application de la p mière méthode : transformation en chaleur, par l'intermédiaire J frottement, du travail effectué par la chute d'un poids.

Appareil. — Dans un calorimètre C rempli d'eau tourne un i vertical I muni de palettes de laiton G, mobiles dans les espa laissés libres par des cloisons verticales échancrécs H (fig. i et 330).

CHALeUR

La partie supérieure c de l'axe de rotation se continue par une pièi-e de bois b. sur le i)rolongeinent de laquelle un treuil T est fixé •xec une goupille a. Sur ce treuil s'enroulent en sens contraires deux

Wrdons dont les extrémités sont assujetties sur les circonférences de wux poulies A. Sur les axes e de ces poulies s'enroulent deux autres fofdous portant deux masses de plomb P de même poids (fig. 331).

KiR. 331.

*^hute do ces masses le long de deux règles divisées R entraîne la ^^îon des poulies et en mâme temps du treuil, et de l'axe qui porte

le«

Puleltes. Quand les deux poids ont atteint le sol, on interrompt

COUBS DE PHYSIQUE

pour un instant, en enlevant la goupille a, la liaison du treuil etdi l'axe à palettes et, à l'aide de la manivelle M, on remonte les poid^ sans mettre en mouvement les palettes. Pour obtenir un dégagerneni de chaleur mesurable avec précision, la chute des poids est répété* une vingtaine de fois. Un thermomètre très sensible t, plongé daa calorimètre, fait connaître l'élévation de température.

Principe de la méthode. — Pendant la rotation de l'axe, le vement de chute des poids tend à s'accélérer, mais la résis' opposée par le frottement des palettes croît avec leur vitesse et a rapidement à absorber à chaque instant tout le travail des poidi partir de ce moment, la vitesse de chute reste uniforme (53) force vive du système entraîné ne varie plus. Le travail moteur duit par la chute des poids est dès lors égal au travail résistant, oi travail de frottement des palettes contre le liquide, et celui-ci est gralement converti en chaleur.

Désignons par T la fraction du travail (en kilogrammétres) poids qui est dépensée pour vaincre la résistance du frottement ( le calorimètre, par Q le gain de chaleur du calorimètre (en Calor on trouve, en désignant par E l'équivalent mécanique en kilogi mètres :

Calcul du travail employé a vaincre le fk-ottement. — Pour chuie lie hauteur H, le travail total des poids est 2M$rH (2^t en gran H en centiinctres, travail cii ergs) ; ce travail est employé à communiquerl force vive aux poids et au reste du système, b, entretenir un frottement le calorimètre et des frottements accessoires (dans le mouvement du des poulies, des cordons, etc.).

Force vive des poids. — La force vive qui a été communiquée aux ]

est annulée au moment de leur choc contre le sol ; u désignant la vîtes

■j poids quand ils louchent le sol, celte force vive est g 2Mt)* ^ Me*.

La différence 2MgII — Mo' représente le travail de froltement T da calorimètre, le travail des frottements accessoires t et la force vive ( système (sauf les palettes et les poids). La force vive des palettes s'an par le choc contre l'eau dans le calorimètre au moment de l'arrêt et est prise dans le terme T, la force vive du reste du système se perd da supports nu moment de l'arrêt.

2M(7H— Mi'î = T + r + tï. (1)

Calcul des travaux accessoires. — Pour évaluer ( + lo, Joule détaohd goupille a, abaissait l'axe à palettes et altaobaic les cordons uu treuil de I

CHALEUR

({ucl'un des poids en descendant fit monter l'autre; les poids se faisaient alors t<{ailibrc comme dans la machine d'Atwood. Dans ces conditions, on déterniiniil par tâtonnement quelle masse m il fallait ajouter à l'un des poids pour 1^ le système se mit en mouvement et eût la vitesse v au moment du choo eont/p le sc)l-

Dwis cette expérience auxiliaire, le poids m était le poids moteur, il elTeciiuit un travail mgll qui était employé à vaincre les résistances accessoires et t communiquer aux masses 2M + m une vitesse qui s'annulait par le choo et

qui éqaiTulaii A un travail g — v*; le reste du système était entraîné avec

hnttnc vitesse t'.

Oq avait rwall v" = I + w (2)

En combinant (1) et (2) (ÎM — m) ffR + ™ »«= T. O

S'il )f a ao chutes, on multipliera T par 20.

Calcul de la chaleur gagnée par le calorimètre. — Appelons K la papaciit' calorilique du calorimètre et de tout ce qui s'échaulTe, soient < et 9 les ^•«•np^rMiires initiale et finale; K (6 — () est le gain de chaleur du calorirc. On aura la chaleur totale due uu frottement en y ajoutant la perte de

'lenr par refroidissement [tendant l'expérience.

Correction du refroidissement. — L'expérience a duré environ 30 minutes

^ cimes). Un aide a noté la température du caloriniélre au commencement

* la Dn de chaque minute. On calcule pour chaque minute les excès

~**yw» de la température du calorimètre sur le milieu ambiant, t,, t.j. . tb.

'^ somme des abaissements de température correspondants du calorimètre

j^*^f». d'après la loi du refroidissement de Newton (4©7)

Ar, + At, -H ... + Ar,= AST.

i do connaître A, on effectue une expérience auxiliaire en portant le n<!tre et son contenu U une température un peu dilTérente de celle de Péricuce principale, et, sans produire le mouvement des palettes, on *<: l'abaissement de température (' pour une durée de 5 minutes et un

• moyen ■:' du calorimètre sur le milieu ambiant ; l'ëquatiun r = At' per- Mtr» de calculer A.

Q = K [0 — » + ASt].

Ultat.

ÎO^ÎM — w)tfri H- ^vA '' K [0 — / + AïtJ