III. — Réflexions sur renoncé des principes de Carnet

Exceptions apparentes.

Caractères des principes de Carnot. — Les principes de Garnot, tels que nous les avons énoncés, sont directement vérifiables, puisqu'une modification isothermique peur, d'après notre définition (Ghap. I, § IV), être brusque et, par conséquent, s'accomplir en un temps fini. On pourra donc mesurer la chaleur qu'elle a fait gagner ou perdre au calorimètre. Au contraire, on appelle habituellement isothermique une modification infiniment lente, dans laquelle tous les points du système sont maintenus à

une température constante. (De même la lenteur infinie est généralement impliquée dans la définition des processus adiabatiques.) Le principe est invérifiable dans ce cas, car alors les pertes inévitables du calorimètre, par Teffet du rayonnement, mettraient obstacle, si petites qu'elles fussent, à la mesure exacte de la quantité de chaleur mise en œuvre dans le cycle.

Enoncé comme il l'est d'ordinaire, le principe de Carnot n'est qu'une hypothèse invérifiable, un postulat mathématique dont, seules, les conséquences plus ou moins lointaines pourront tomber sous les prises de l'expérience. Nos énoncés, au contraire, sont de véritables principes, étant la généralisation par voie inductive d'un grand nombre de faits observés directement.

11 est à peine besoin, d'ailleurs, de faire remarquer que ces deux principes sont essentiellement distincts , puisque le second implique la notion de réversibilité, qui n'intervient en aucune manière dans le premier.

Ce qui a toujours empêché les théoriciens de la Thermodynamique de concevoir notre second principe de Carnot, ce sont les idées qu'on se faisait, à tort, des modifications isolhermiques, adiabatiques et autres : on ne tenait compte, pour les définir, que des conditions internes, tandis que ce sont les conditions externes qui dominent les phénomènes : la méconnaissance de cette idée directrice, qui est essentielle, a introduit dans la Science beaucoup de confusions et d'erreurs.

Une exception apparente. — Dans un bassin profond, plein

de mercure, on fait arriver par un point du bord un courant qui

sort par un long fil central vertical. A une petite distance /• du fil

central plonge un long aimant, le pôle S en bas {Jig. 7). Le pôleN

est très loin de la surface; S est très loin à la fois de la surface et

du fil. L'aimant tend à tourner dans le sens de la flèche f. On

peut le retenir en attachant à son extrémité N un fil passant sur

une poulie et soutenant un poids qui agira perpendiculairement

au plan du fil vertical et de l'aimant, et dont la grandeur P sera

déterminée par la formule

^ 2 mi

m étant la masse magnétique et i l'intensité du courant. Si l'on

CHAP. Y. — LES DBUX PRINCIPES DE CARMOT. 78

diminue tant soit peu le contrepoids, l'aimant tournera lentement dans le sens de la flèche; et, si Ton a disposé autour du fil vertical un disque horizontal de bois, portant une gorge lisse, pour

Fig. 7.

enrouler sans frottement le fîl qui soutient Je contrepoids, celui-ci s'élèvera d'une hauteur /, quand l'aimant décrira un arc de cercle de longueur /; le système aura produit un travail égal à

imil

Cette modification sera d'ailleurs réversible; car il suffira d'augmenter tant soit peu le contrepoids au delà de 2.mi\r pour ramener lentement l'aimant à sa position initiale, en consommant

un travail

égal et de signe contraire au précédent. Mais, si on laisse la rotation continuer dans le sens de la flèche jusqu'à ce que l'aimant revienne à son point de départ, il aura finalement été produit un travail

inii r

Ce travail n'est pas nul, comme sembleraient l'exiger les principes de Carnot, le cycle étant isothermique et réversible.

Mais il faut se souvenir que nous supposons toujours le milieu

en équilibre quand le système y est lui-même. Or ici, pour entretenir le courant, quand le système (Taimant) reste en équilibre, le milieu doit être en état de transformation, de sorte que les principes de Carnot ne s^appliquent point au cas présent.

Ce n'est pas à dire que, même le milieu se transformant, le travail correspondant à un cycle réversible ne puisse être nul (par exemple, si Taimant décrit une courbe fermée qui n'embrasse pas le courant); mais alors ce n'est pas en vertu des principes de Carnot. On a donc eu tort d'appliquer aux piles thermoélectriques, sans indiquer explicilement l'adjonction de quelque hypothèse, des propositions équivalentes aux deux principes de Carnot.

On peut modifier l'expérience précédente, de manière que ces principes lui soient applicables. Si l'on substitue, en effet, au courant un tissu très serré de petits aimants égaux, de longueur e, laissant entre eux des surfaces s, et portant une quantité de magnétisme nord

SI

la force exercée sur N sera la même (*). Un pareil tissu est une feuille magnétique. Si l'aimant, partant d'un point très voisin de la face nord du feuillet, fait un tour presque complet, il peut produire un travail — /^Tzi, Mais, s'il traverse le feuillet pour regagner sa place primitive, la force exercée sur N va varier très rapidement, changer de sens, devenir énorme pendant la traversée, changer de signe de nouveau, en sorte que le travail consommé pendant ce court trajet soit ^Tzi] parce qu'il faut, en vertu des principes de Carnot, que le travail total correspondant au cycle soit nul.

(') Un pelit aimant, de longueur e, portant la quanlilé g de magnétisme nord,

équivaut à un petit courant de surface 5 et d'intensité i, lelle que si = qe^ qe étant le moment magnétique de l'aimant.

CHAP. V. — LES DEUX PRINCIPES DE CARIfOT. 75

Application à la physiologie, — L'application des principes de Carnot (ou de propositions équivalentes) aux êtres vivants est délicate et a donné lieu à des objections mal fondées.

Nous avons montré au paragraphe précédent qu'un corps élastique étant plongé dans une source, si l'on vient à le surcharger, il faut que les poids s'abaissent. Or une limace, respirant très peu, n'a presque pas d'échanges autres que des échanges de chaleur avec l'air ambiant, et peut être considérée comme un système isolé. Surchargée d'un poids, elle se gonfle et le soulève; puis elle semble revenir à son état initial. Mais elle n'y revient pas en fait, car elle a brûlé ses tissus en produisant du travail.

On a cru aussi infirmer la théorie en invoquant l'action chlorophyllienne par laquelle les plantes fixent le carbone de l'air. Ceux qui formulent de telles objections ne comprennent pas les principes de la Thermodynamique. Les corps y sont, en eflel, supposés sans échange de chaleur par conductibilité ou rayonnement avec les systèmes extérieurs : pour que Ton pût appliquer aux plantes les principes de la Thermodynamique, il faudrait que le Soleil, corps extérieur, ne fût en relation avec les plantes que par des échanges de travail, tandis qu'il leur fournit de la chaleur par rayonnement. Il faudrait enfermer un végétal dans une serre obscure et l'éclairer par l'électricité. Dans ces conditions, les principes de Carnot seraient vérifiés.