CH.\PITRE V

ORIGINE DE LA CHALEUR ET THÉORIE DES PHÉNOMÈNES aUX)RinQUES.

279. Sources de chaleur. — Nous avons passé en revue, dans les chap. Il et III, une série de phénomènes où nous avons pu constater la production de cbsleur. C'est ainsi qu'il s'opère un dégagement de calorique pendant les changements d'état inverses^ liquéfaction d'un gaz ou d'une vapeur, et solidificata d'un liquide. Il sufQt même de réduire le volume d'un gaz par la compressioB pour en élever la température. Enfin, nous avons dans les combinaisons chimiques une puissante source de chaleur. Mais, pour comprimer un corps, il faut dépenser un certain travail extérieur; pour qu'une combinaison s'effectue, U faut qu'il existe entre les éléments qui s'unissent une force d'affinité ot éfiergie potentielle. Les sources de chaleur se réduisent donc à deux : le tn- ^-ail mécanique et Faction chimique ; de tous les phénomènes de combiniisoe. c'est la combustion qui a le plus d'importance, en tant que source générale de chaleur.

280. Production de la chaleur par le travail mécanique. — Un grand nombre de faits nous montrent le travail mécanique engendrant de la chaleur. Quand on fait du feu, par exemple, soit au moyen du briquet, soit au moyen des allumettes, la chaleur qui détermine l'incandescence du fer ou l'inflammation du phosphore est produite par le frottement. On voit quelquefois le moyen àa roues prendre feu, lorsque celles-ci sont animées d'un mouvemrat rapide de rotation ; c'est encore là un effet de la chaleur développée par le frottemeirf- Dans le martelage des méUux, le choc produit souvent des élévations de tem* pérature considérables. Des appareils thermométriques délicats permettent de reconnaître que les actions mécaniques peu intenses mettent auesi de la du*

leur en liberté : on peut ainsi constater que Peau s'échauflc quand on Tagite dans un vase ou qu'elle s'écoille dans un tuyau ; Tous les gaz s'échauflent par la compression ; les ondes sonores même élèvent la température de Pair au sein duquel elles se propagent [ou, du moins la demi-onde condensante dégage de la chaleur qui est de nouveau absorbée par la demi-onde dilatante , en sorte que Teffet thermique produit est à peu près nul.]

Pour évaluer la quantité de chaleuf correspondante à une certaine dépense de travail mécanique, M. Joule a eu recours à divers moyens, le frottement des solides, celui des liquides et la compression des gaz. Un premier procédé consistait à appliquer Tune contre Tautre deux plaques métalliques et à faire tourner rapidement l'une d'elles, de manière qu'il y eût un frottement énergique; les deux plaques étaient plongées dans un bain de mercure : on évaluait le travail dépensé pour produire la rotation de la plaque, et on mesui-ait l'élévation de température prouvée par le mercure ; cette dernière donnée permettait de calculer, à l'aide de la chaleur -spécifique du mercure, la quantité de chaleur produite. On obtenait ainsi le nombre de calories engendrées par le travail mécanique dépensé dans le frottement de deux métaux l'un contre l'autre. Dans une autre série d'expériences, M. Joule a déterminé la quantité de chaleur dragée par le mouvement des liquides : dans ce but, il faisait tourner une roue à palettes plongée dans l'eau ou le mercure, et il calculait comme ci-dessus, d'après l'élévation de la température du liquide, la quantité de chaleur produite par le travail dépensé. Le physicien anglais a aussi mesuré la température dégagé^ par la compression de l'air.

Des recherches de M. Joule et de celles d'autres savants, parmi lesquels nous citerons MM. Mayer, Clausius, Hirn, etc., il résulte que l'équivalent mécanique de la chaleur est d'environ 424 kilogrammëtres , c'ést-à-dire que pour produire une calorie , il faut dépenser un travail mécanique correspondant à 424 kilogrammètres.

281. Prodaction de traTail mécaniqae par la chaleur. — La transformation de la chaleur en travail mécanique se trouve réalisée dans les machines à feu et à vapeur, qui représentent de nos jours les moteurs les plus puissants que nous ayons à notre disposition. On s'est demandé si dans cette transformation il disparut une quantité de chaleur équivalente au travail effectué ; l'expérience a répondu aflûrmativement : quand la chaleur produit un effet mécanique, il disparaît une calorie par 424 kilogrammètres de travail accompli. M. Him a démontré cette équivalence pour la machine à vapeur, en comparant la chaleur de la vapeur , après qu'elle a agi sur le piston , avec le nombre de calories qu'elle possédait avant sa transformation : le savant français tenait compte, dans cette comparaison, de la perte de chaleur due au rayonnement et au contact du milieu ambiant.

Uije méthode de démonstration encore plus rigoureuse consiste à mesurer l'abaissement de température qu'éprouve un gaz quand il se dilate. On sait que les gaz, en vertu de leur force expansive, occupent toujours tout l'espace qui est mia à leur disposition. Or, dans ce mouvement de dilatation, les molécules galeuses accomplissent un certain travail qui est nécessairement emprunté à la

composé, quelle que soit la rapidité avec laquelle le corps brûle, quels que meni aussi le nombre et la nature des états intermédiaires par lesquels il passe avant d'arriver à son maximum d'oxydation. Un gramme de carbone , par exemple, en passant directement et d*emblée à Tétat d'acide carbonique, développe autant de chaleur que, lorsqu'avant d'arriver à ce degré ûnal d'oxydation , il se transforme d'abord en oxyde de carbone.

Noos devons à MM. Fattc et Silbemuum les recherches les plus étendues et let plu exactes snr la chaleur produite par la combustion des corps simples et des coq>0 composes. Ces physiciens ont remarque qne même les corps simples possèdent des chaleui de combustion un peu différentes suivant leur état physique ; lo fait est surtout mimfcste pour les diverses modifications allotropiques du carbone et du soufire.

[Cependant il restait à déterminer la chaleoF de combustion des substances alimeataires et des produits d*excrétion du corps humain , afin de pouvoir calculer avec nae approximation suflSsante la chaleur développée dans Torganisme par les actioat chimiques qui sV accomplissent: car nous avons vu que la chaleur de combustion d'à composé n*est pas égale k la somme des chaleurs de combustion de ses éléments coa* posants. Les reche ches récentes de M. Frankland sont venues combler la lacune que nous signalons.]

Le tableau suivant donne les résultats obtenus pour la chaleur dégagée par la eoB* binaison de 1 kilogramme de combustible avec Toxygène. [Les nombres imprimés a* UaK^tœ se rapportent aux travaux de Frankland et supposent les substances à Tétit «eej; les autres ont été tnmréa par MM. Favre et Ôilbermânn.