PRINCIPE DE LA CONSERVATION DE L'ÉNERGIE

503. Nous avons précédemment appelé énergie d'un système capacité de travail (54) ; on dislingue deux formes d'énergie, l'énerj de mouvement ou énergie cinétique, et l'énergie potentielle (56'. ( deux formes d'énergie peuvent se transformer l'une dans l'autre \S1

504. L'énergie d'un système isolé reste constante. — C'est l'éndl lia principe de la conservation Je l'énerf/ie. Cette proposition, déduitel l'observation, exprime nue, pour un système isolé, c'est-à-dire sousB toute influence eiti-rieurc, la somme de 4'énergie de mouvement etj l'énergie potentielle de l'ensemble des points est invariable. Ce systtaiv .peut offrir que des changements de distribution et des transformât) d'énergie; si une énergie disparaît, il s'en produit une autre équwalenti

Il résulte de là que si un .système revient à son état initial avec la tn6m< vitesse, son énergie de mouvement el son énergie potentielle ayant repn^ les mêmes valeurs, il ne peut avoir accompli un travail sans qu'on lui Ù0 fourni une énergie étrangère; c'est l'Impossibilité du mouvement per-* pétnel (ou l'impossibilité d'un Iruvuil efTectué sans dépense correspondante d'énergie). Dne machine tie crée pas d'énergie, elle ne fait i]uc la transfoq^H

505. Énergie calorifique. — La constance de l'énergie d'un système parait sujette à des exceptions. Considérons, par exemple, une pierre qui tombe. Par une compensation qui s'établit entre son énergie potentielle et sa force vive (57), son énergie totale est constante tant qu'elle n'a pas touché le sol; mais, au moment du choc, toute l'énergie parait atiéaH/ic-'V

(I) S'il s'agissait d'un corps ëlostiqus tombao*. d'une certaine hauteur, son Éaergn aa serait pas amiantie, le corps reboudirait et la force vive qu'il possédait au moment da rlioc se transformerait en travail.

CHALEUR

|Bn tiïel, la pierre n'a plus d'énergie potentielle, [luisqu'clle ne peut plus Itsabcr; en outre, sa force vive, qui était maximum, s'est annulée, puisque la Ipietrcest nu repoa. Mais, en général, à une disparition [lar le choc ou par le [boltnnenl de la force vive d'un corps en mouvement, correspond un déve- «menl de chaleur. Nous avons vu que la chaleur créée est proportion- ImU( a la force vive disparue (496) et qu'il s'agit d'une transformation l(i|UTaleDte. Cela nous permet de considérer cette chaleur comme une énergie IcompcDsatrice, se substituant à une énergie mécanique. Ainsi la chaleur se UKMote comme une forme de l'énergie, et la création de chaleur par une I de travail ou de force vive confirme le principe de la conservation fie.

Nous exprimerons dès lors plus explicitement le principe de la c«nserva- Plion de l'énergie en disant que, dans un système isolé, la somme des éner- \pnit mouvement, potentielle et calorifique est coiistante.

L'mlroductiou de l'énergie caloriliiiuc explique le fonctionnement des rao- ^cunihcrtni(|ues. Un système qui revient périodiquement & son ^(a( int(ia{ impositions et mêmes vitesses pour les organes) et accomplit un travail Minn, comme une machine à vapeur, ne peut être considéré indépendamnl du fojer; il utilise une énergie calorifique empruntée aux combustions «on foyor, et il y a équivalence entre le travail externe effectué et la char dépensée (498).

li»s phonumènes calorifiques nous offrent de nombreux exemples de trans-

Mtious d'énergie. Les chaleurs de fusion, de vaporisation, de dissolution

■prtMotent des quantités de chaleur qui disparaissent par conversion en

■tûl mécanique, en augmentant considérablement l'énergie |iotcnlielle du

I auquel elles sont appliquées; u-es quantités de chaleur reparaissent

i<UK transformation d'énergie potentielle on chaleur, quand les molécules

*'itnnent i leurs positions primitives.

L'énergie calorifique est à la fois potentielle et cinétique. —

"l'est potentielle par la variation de position des molécules du corps chauffé,

|*tcin«iiqm; par l'accroissement de leurs excursions.

506. Le .ion, la lumière, l'électricité, les phénomènes chimiques corres-

l'^dent, comme In chaleur, soit a des mouvements, soit à des groupements

It^itux Je la matière; il y a donc des énergies sonore, lumineuse, élec-

'"T"!. chimique , mais toutes ces énergies peuvent se ramener aux énergies

'•ique et potentielle.

^07. énergie chimique. — La combinaison de deux corps dégage lu l(tia»javeQt de la chaleur; avant cette combinaison, le système des deux r"^ potsédait de l'énergie potentielle ; par suite du déplacement et du choc ■••m molécules, cette énergie potentielle se transforme, au moment de la l^^mbuusuon, en énergie calorifique. La combustion du charbon ou sa combi- I "ï'tou «vcc l'oxygène est un exemple de cette irnnaformation.

Jf^- Énergie électrique. — L'énergie électrique est spécialement une inturmidiaire. Diverses énergies sont converties par les sources

CODUS DE PHYSIQUE

d'électricité m éneriîie électrique : l'c-neryie oliimique par les piles. IV mécanique par les niacliines électrostatiques cl éleclronio£rriélic)ucSi Ht L'énergie électrique se transforme h son tour par Viutertnédiaire du evunui en diverses formes d'énergie (calorifique, cliimique, mécanique). ^

509. Comme l'étude des phénomènes physiques, l'analyse des pluM mènes vitaux offre des applications constantes du principe de la ccaserv» tiou de l'Onergio. L'homme et les animaux sont des transformateurn J'i^iiergie ils convertissent en énergie calorifique et en travail mécanique rénergi£|ji mique que les aliments dégagent dans leurs tissus. H

510. Énergie solaire. — L'énergie solaire est la source de toute éaer gie à la surface de notre glohe.

Les moteurs animés ou inanimés ne sont que des Iransfnrmati l'énergie solaire. Le végétal vit en elTectuant des transformations cbimitfiii avec le secours des radiations solaires. L'anùnal renouvelle l'énergie qu' dépense aux dépens de l'énergie du végétal ou de l'animal dont il se nourri' C'est la chaleur solaire qui réduit en vapeur les eaux des mers et des lno Les pluies dues à la condensation de l'Cs vapeurs entretiennent les omu d'eau qui transportent les navires et les chutes d'eau qui mettent en rauuvt ment les roues hydrauliques. C'est encore â l'énergie solaire des siècU passés que nous devons les combustibles qui servent à alimenter IK machines k feu. ^m

511. Mesure de la chaleur solaire. — Une boîte plat^ laiton mince est remplie d'eau. On y plonge le réservoir d'un ihei raomèire. Elle est exposée normalement aux rayons solaires penil* un temps délerminé. La face chauffée a une surface connue et fl recouverte de noir de fumée. L'élévation de température de Tel permet de calculer le nombre de calories reçues par la surface de boite et de là par centimètre carré et par seconde. La chaleur totc versée en un an sur la surface du globe est un nombre exlrémeme grand de calories'",

La contraction progressive de la masse solaire pendant son refr* dissement peut rendre compte de la façon dont s'entretient la châles solaire. Celle contraction est accompagnée d'une diminution d'énerg potentielle et il'un dégagement équivalent de chaleur. Une dimin tion de son rayon de 30 mètres par an suffît pour maintenir sa tetnp rature constante. Ce décroissemenl du rayon n'entrafnp en deux siècl qu'une diminution d'une seconde pour le diamètre apparent du sole:

(il La cUoIeur que notre globe reçoit du Soleil, iniction extrêmement petite de radiation lotiik- émise par le Soleil, aérait capable de fondre en un au fine couche glaco de près de 50 mètres d'épaisseur qui envetopperail In Terre de toute part. Terre est ausni par elle-mt'nic un« source de chaleur (eaux thermales, volcaos), mbeaucoup moins importante.

CHALEUR

Applications. — I* I*' d'&lr est chanlTê rie 0" à imi" snui une preKsiun île 70 cea- ^llarlrri. Uuel est le travail externe de dilatation? La densité de l'air k d" et 76 eut

^«ll^».l.

h Du mercure tombe de 5 mètres sur une tarfiioo dépourvue de condiiotibiliUS. De iMBlicD lie il«^4a «'élèvera sa températuro après sa chute? Chaleur spécifique du merart (1,1)33.

l'Ui' bslle de ploinb dont la vitesse est de .'lOO mètres par secoode vit-nl choquer un '■DMÙtLial. Quelle sera l'cilévation de tempuraturc?

''Kileur spécifique du plonih solide, i),ii3l4. Chaleur spécifique du plomb liquide, ""*'■' Point de fusion, 33»". Chaleur de fusion, S,37. (' bu mercure lomliant d'un» hauteur do 1"".'7J sur une surface diSpourvne do conduc-

tMUli t'iicbâulTe de p de degré. Dédiiin- de cette expérience l'équivalent mécanique

[h k aloric.

(N'I ' .rcure fuudrail-il lui.'i'îcr tomber dans ces conditions pour produire If

|an>)> nécessaires ;\ la transformation d'un gramme d'eau à l.'<*' en vapeur

'En iilnirtliint que la chali^ur du combustion de 1" d'bydrog^me est 3i .'>(>U calories, 'ifiiiur vu joules la travail qui peut être produit par la combustion do 5 grammes iïyJrogtne.

l' II* d'au charbon donne en brillant 7850 calories : quel est l'équivalent mécanique de kf^ttielulrur «a «rf(s et en kilogrumraetres?

3' Si 1" lie gaz d'éclairage développe en brillant 0000 calories, quel travail pourra-t- >rtodDlre en utilisant cuniplétement ^a chaleur?

I' Use sphùre de plomb, non eluslique, dont la température initiale est 70'*, tombe Itltnitiil d'une hauteur de KM) mètres sur un plan parfaitement résistant. On suppose ***• r>i»rgie perdue transformée en chaleur ab&orbt'e par la sphère et on demande : '' ^ tsnpénture de la sphère aussitAt upres le cboc : 2* quelle vitesse il faudrait lui ■priDir an départ, de haut en bus, pour porter lu métal à sa température de fusion ?

** (hitl «t le travail externe effectué par I Icilogrammc d'eau à d" qui passe & Véinl

•tlHlt i il aiAme température? Densité de la glace, i<, 92. Ou prendra I pour la di'iisilo

h\,u i ni.

tir !•■ lie glace i O" exige pour fondre 80 calories. Quel est l'accroissemeot d'énergie

|l<l<tliellii de l'eau de fusion eo négligeant la trè.s petite variation de volume au momi>ut

*' la Auiun •

II' StelianI que l'eau, en passant de l'état liquide à HiO" à l'état de vapeur it la mime ••■(«Riiiir» et u lu pression 711, prend un volume tufiiifois plus grand, évaluer le Irolil tllrrnt >|ue la \~apeur d'eau elTectue eu se dilatant et la chaleur correspondante.

'^Qual rut l'accrDlssenieot d'énergie potentielle de l'eau qui passe de l'état liquide ^^lO* t Ktal du vapeur â la même température et à la pression 7G?

1^ l'a récipient métallique renfermant de l'air comprimé est place dans uu calori-

**''<' !■* vairur en eau du calorimètre et de son contenu est lu 7ùU grammes ; on luisite

l >m •«ctiappcr brusquement : l'air écoulé occupe 4( litres à la pression 7(1. On observe

L^eilorisirtre un refroidissement de 0*>l. En déduire l'équivalent mécanique de la