Capacité thermique

“ Si le gaz est suffisamment éloigné de son point de condensation, les molécules semblent ne plus exercer d'action les unes sur les autres ; la relation entre le volume, la pression et la température du milieu, sous l'influence des pressions extérieures et de l'action de la chaleur, est réglée par la seule condition mécanique d'une exacte compensation entre l'énergie de translation thermique des molécules et le travail développé par la résistance élastique de l'enveloppe. ”

“ Symétriquement sont « moteurs » ou « négatifs » les changements thermiques (refroidissements, congélations, absorptions de radiation, etc.) qui enrichissent l’extérieur comme peut faire un abaissement de poids, étant capables, par exemple, de déterminer l’échauffement d’un corps « froid ».
23. Équivalence des enchaînements entre changements thermiques. — Un changement thermique a été défini comme pouvant être la cause ou l’effet d’un autre changement thermique, rien d’autre ne se passant. ”

“ Bref, quel que soit le genre de l’enchaînement entre un changement mécanique et un changement thermique, on retrouve toujours prix égal pour résultat égal : il y a équivalence des enchaînements possibles, comme entre changements mécaniques et comme entre changements thermiques, ou encore :
Aucun dispositif n’est plus avantageux qu’un autre pour acheter de la chaleur avec du travail. ”

“ Alors le régime naturel d’aération que nous venons de décrire — régime que l’on peut appeler thermique comme étant engendré par les différences de température, et qui aurait pour effet d’engendrer et de maintenir une ventilation plus ou moins active de l’extrémité plus basse à celle plus élevée — peut être complètement troublé. ”

“ L’énergie potentielle de cohésion du liquide dépend de la température. Elle dépend même d’elle seule lorsque le liquide est en équilibre avec sa vapeur saturante : les molécules sont, en effet, maintenues à la densité élevée de la phase liquide par les attractions de cohésion elles-mêmes, et seule l’agitation thermique maintient une valeur non nulle à l’énergie potentielle correspondante. ”

“ Dans le foyer, il y a des températures très diverses, toutes supérieures à celle de la paroi de la chaudière, et dont certaines sont extrêmement élevées, aux points mêmes où se produit la combustion et dans les flammes auxquelles elle donne naissance. Ces températures n’ont rien de commun avec celle de la source thermodynamique, à laquelle le fluide emprunte l’énergie thermique exigée pour son évolution. Nous avons d’ailleurs évité ce malentendu en définissant (§ 9) la source chaude comme constituée par les parois de la chaudière. ”

“ Un apport de chaleur pourra par exemple compenser, au moins en partie, l’abaissement d’énergie interne des masses gazeuses qui exercent la poussée motrice, et augmenter ainsi l’énergie cinétique obtenue. Autrement dit, on pourra envisager de transformer, sans mécanisme, l’énergie thermique d’une source en énergie cinétique, ou, plus exactement, en un supplément d’énergie cinétique donné à un écoulement gazeux, dont l’existence suppose celle de gradients de pression. ”

“ Cette énergie thermique nouvelle, acquise par les molécules, sous l'impulsion d'une force, qui n'est autre qu'une mise en action nouvelle de l'action gravifique entre elles, est empruntée au milieu ambiant dans les conditions définies dans l'exposé de la théorie analytique de la Gravitation. Le milieu, qui enveloppe les molécules, n'est autre que celui de leurs champs électriques, tels qu'ils résultent de l'état de leur atmosphère électrique. Le développement de l'énergie thermique des molécules du gaz répond donc à une perte d'énergie potentielle de leur atmosphère éthérique. ”

“ Ce qui nous amène à penser que l’énergie thermique présente dans une masse d’eau par exemple apparaîtrait à un grossissement suffisant comme une somme d’énergies potentielles et cinétiques en transformation réciproque incessante, et réparties, selon un régime permanent fixé à chaque température, entre un nombre immense de systèmes excessivement petits. ”

“ Une machine thermique parfaite est caractérisée par ce fait que son fonctionnement est réversible, puisque les échanges de chaleur entre deux points à la même température peuvent se faire également dans les deux sens et dans les mêmes conditions. ”

“ En réalité le rendement des machines à gaz n'est guère supérieur à celui des machines à vapeur. Cela tient en grande partie à ce que la surface de chauffe y fonctionne dans de plus mauvaises conditions; pour une surface de chauffe donnée, l'air ou les gaz empruntent au foyer moins de chaleur que l'eau.
Machines thermiques servant à effectuer des transports de chaleur. - On peut renverser le jeu d'une machine thermique ; au lieu d'en retirer du travail on peut lui en fournir, et l'employer à transporter de la chaleur d'un corps froid
sur un corps chaud. ”

“ L'équipement thermique
17. — L'énergie thermique. — Les moteurs thermiques sont actionnés : — soit par la force d'expansion de la vapeur d'eau (machines à vapeur) ; — soit par l'explosion de gaz ou du pétrole (moteurs à explosion) . En outre, il existe des accumulateurs thermiques ou de vapeur (types Rateau, Ruths, etc.) .
Section première
Machines à vapeur
18. — Chaudière. — La vapeur est produite par le chauffage de l'eau dans une chaudière (dite générateur de vapeur) , récipient rempli d'eau partiellement et chauffé par un combustible (charbon, bois, etc.) . ”

“ La Terre elle-même contient d’énormes réserves d’énergie thermique. Mais le second principe de la Thermodynamique nous apprend que la transformation de cette énergie en travail ne peut être obtenue qu’en mettant à profit les différences de température qui peuvent exister entre diverses portions de cette réserve, et les écoulements spontanés de chaleur qu’elles provoquent. Ces différences de température sont rarement assez grandes et assez stables, entre masses importantes voisines, pour permettre l’installation de machines dans des conditions pratiques. ”

“ Le rendement d'une machine thermique est le produit de trois facteurs, qui sont : le rendement du foyer, c'est-à-dire le rapport de la chaleur transmise au fluide élastique à la chaleur totale de combustion; le rendement du fluide, c'est-à-dire la fraction de chaleur reçue qu'il transforme en énergie mécanique; et le rendement des mécanismes, c'est-à-dire la fraction de cette énergie qui est employée à actionner les machines. ”

“ L'application des principes de la théorie nouvelle de la chaleur aux gaz permanents ainsi considérés est d'une extrême simplicité. La totalité de la chaleur qu'ils reçoivent du dehors est employée à élever leur température ou est convertie en travail mécanique extérieur. ”

“ Nous ne saurions pas au reste faire cette analyse dans le cas d’un solide, disons du cuivre, dont la température s’élève et qui de ce fait emmagasine de l’énergie thermique.
44. Énergies chimiques. — Plus généralement, nous avons vu (31) que tout changement efficient d’un système peut s’obtenir en faisant pénétrer dans ce système à la fois de l’énergie mécanique (travail ou énergie cinétique) et de l’énergie thermique (chaleur) . ”

“ Cet accroissement de pression intérieure du milieu peut résulter d'un accroissement de température du gaz sous volume constant. Nous supposerons qu'il en a été ainsi, et nous chercherons à apprécier l'accroissement de la force qui tend à rapprocher les molécules du milieu gazeux.
Si la température du gaz. en équilibre s'est relevée d'une quantité représentée par t°, sans changement de volume, l'énergie thermique de la molécule s'est accrue d'une quantité E cat, en même temps que son énergie potentielle ou de tension s'est affaiblie d'une valeur égale. ”

“ Ce tableau montre que tous les métaux ont une capacité beaucoup plus faible que celle de l'eau pour la chaleur, et comme les corps qui absorbent le plus de chaleur pour un accroissement donné de température sont aussi ceux qui en restituent le plus pour un abaissement égal, on voit combien les réservoirs et les récipients d'eau chaude sont convenables pour produire un chauffage régulier, malgré les irrégularités du feu. ”

“ La puissance d'un appareil de chauffage est directement liée à la quantité de combustible que l'on peut brûler dans le foyer, et cette quantité dépend ellemême du tirage de la cheminée, c'est-à-dire du poids de gaz qu'elle peut appeler et par conséquent de sa section et de sa hauteur. ”

“ La surface léchée par les gaz de la combustion ou surface de chauffe indirecte a un pouvoir de transmission moins élevé. On s'efforce de la développer le plus possible avec le minimum d'encombrement, de façon à bien absorber la chaleur des gaz. ”

“ Une machine thermique quelconque ne peut produire du travail que si elle possède une source de chaleur pour amener l'agent moteur à T degrés, et une source de froid pour l'abaisser à T' degrés.
Prenons pour la démonstration, la machine à vapeur (fig. 590) . Elle se compose :
1° Du foyer et de la chaudière A. qui constituent la source de chaleur ;
2° Du cylindre D, qui utilise la chaleur ;
3° Du condenseur F, qui est la source du froid.
La vapeur, ou l'eau portée à la température T dans la chaudière A, ou source de chaleur, passe par le tuyau B, muni d'un robinet c ”

“ « Partout où il y a destruction de puissance motrice, il y a, en même temps, production de chaleur en quantité précisément proportionnelle à la quantité de puissance motrice détruite. Réciproquement, partout où il y a destruction de chaleur, il y a production de puissance motrice ».
Entre la grandeur du travail consommé et la quantité de chaleur produite, il y a un rapport absolument constant, qui est l’équivalent mécanique d’une unité de chaleur. ”

“ Lorsque la pierre a touché le sol, l'énergie qu'elle possédait en tombant se transforme en chaleur; chaque kilogrammètre d'énergie ou de travail qui disparaît est remplacé par une certaine quantité de chaleur ; de même, comme nous le constatons chaque jour dans nos machines à vapeur, chaque kilogrammètre de travail produit remplace une certaine quantité de chaleur qui disparaît. La chaleur n'est qu'un mode de mouvement, comme la lumière, le magnétisme, l'électricité, l'affinité chimique. L'énergie industrielle répandue dans l'univers nous apparaît ainsi sous des formes diverses. ”

“ Ensuite nous nous occuperons des phénomènes de la combustion : tous les facteurs qui y influent doivent être étudiés pour leur donner leur valeur numérique.
L'emploi de la chaleur produite demande ensuite la détermination de la chaleur spécifique de tous les corps qui entrent dans le haut-fourneau pour des températures élevées, la chaleur latente et celle de combinaison ainsi que les volumes des matières, et la résistance de la colonne de fusion au courant de gaz ascendant. ”

“ Dans tous ces moteurs thermiques à gaz, la gravité n’intervient pratiquement pas, par suite de la faible densité des gaz qui y sont utilisés et des faibles variations de cote verticale qu’ils y subissent. ”

“ Les surfaces chauffantes étant en fer ou en fonte, métaux de capacité calorifique faible, le poids de matière étant lui-même aussi réduit que possible, le refroidissement des appareils de chauffage est très rapide, dès qu'on supprime l'admission de la vapeur. ”

“ Si le gaz, tandis qu'il se dilate en surmontant une pression extérieure faisant à chaque instant équilibre à sa force élastique, ne reçoit ni ne perd de chaleur, la chaleur équivalente au travail mécanique développé doit être fournie par le gaz lui-même. Sa température doit donc s'abaisser à mesure que son volume augmente, et le produit de l'excès de sa température initiale sur sa température finale par la chaleur spécifique vraie, c'est-à-dire par la chaleur spécifique du gaz à volume constant, sera précisément l'équivalent calorifique du travail mécanique produit. ”

“ Il semble, tout d'abord, que la chaleur agissant directement dans une cheminée, le rendement doit être plus grand que pour les appareils mécaniques où elle n'agit que par l'intermédiaire de la vapeur produite dans une chaudière, puis d'une machine et enfin de transmissions. Mais, quand on pense à la grande quantité de chaleur perdue par les gaz s'échappant au sommet des cheminées, on conçoit que, malgré tous ces intermédiaires, les appareils mécaniques puissent avoir un rendement supérieur, et c'est en effet ce qui a lieu dans la plupart des cas. ”

“ Les foyers, ayant pour but essentiel la production de la chaleur par la combustion, doivent être conduits de manière à obtenir une combustion aussi parfaite que possible. C'est la première condition pour utiliser la puissance calorifique du combustible et réduire par conséquent la consommation au minimum. ”

“ Dans l'établissement d'une conduite de gaz, il faut s'attacher à réduire autant que possible les résistances au mouvement, les frottements, les remous, etc., qui obligent, pour faire écouler un volume déterminé, à augmenter la pression motrice, et par suite le travail de compression ou d'aspiration. ”

“ Il est fondé ir l'emploi d'un foyer locomobile qui porte successivelent la chaleur en tous les points de la masse à cuire, et ir l'action continue des gaz qui, parcourant successivelent des séries de laboratoires de petite capacité, donent strictement aux produits le degré de chaleur exigé ir leur nature, et décroissant de température à mesure
qu'ils s'éloignent du laboratoire occupé par le foyer, fument et préparent les autres progressivement, de sol que chaque série est simultanément en grand feu e petit féu. ”

“ Le problème des applications de la chaleur aux opérations industrielles peut être énoncé comme suit : Étant donné un effet calorifique à produire, déterminer la nature du combustible à employer pour Le réaliser, le mode de combustion, ainsi que la forme et les dimensions de l'appareil de chauffage.
Le nombre de leçons dont nous disposons est beaucoup trop restreint pour que nous puissions traiter ce problème dans toute sa généralité. Nous nous bornerons donc à l'examen des points les plus importants, en insistant spécialement sur les appareils de chauffage et de ventilation des lieux habités. ”