Thermo-dynamique

“ Si la température continue à monter, l'équilibre dynamique du milieu gazeux se poursuit, avec augmentation de pression correspondante.
Si la température, au contraire, vient à baisser, la pression diminue et, par une marche inverse de celle précédemment décrite, l'énergie de translation d'un certain nombre de molécules gazeuses passant à l'état de tension intérieure, ces molécules retournent à l'état liquide. Le volume du liquide augmente progressivement avec la baisse de température, la vapeur saturante qui le surmonte diminuant en même temps de tension et de densité. ”

“ Équilibre dynamique des molécules. — Les molécules gazeuses sont animées d'une énergie thermique ou de translation, qui les met en collision incessante avec la paroi interne de l'enveloppe dans laquelle le gaz est contenu. La puissance élastique de l'enveloppe, mise en jeu par le choc des molécules, se manifeste par une compression du milieu gazeux, dont la valeur analytique par mètre carré de surface est égale au tiers de l'énergie active ou thermique des molécules sous l'unité de volume. ”

“ Si l'on appelle chaleur mécanique ou chaleur externe celle qui est l'équivalent du travail mécanique extérieur, la première équation générale de la thermodynamique s'énonce simplement en langage ordinaire : la chaleur fournie à un corps égale la chaleur interne, plus la chaleur mécanique.
Il résulte de là une division naturelle de la théorie mécanique de la chaleur en deux branches distinctes. La première s'occupe plus spécialement des phénomènes relatifs de chaleur et de travail mécanique extérieur; elle constitue une science des plus avancées. ”

“ La Thermodynamique est la partie de la physique qui traite des relations entre le travail mécanique, d'une part, et les quantités de chaleur ou les températures, d'autre part, indépendamment de toute hypothèse sur la nature de la chaleur. ”

“ Par le fait de la compression ou accroissement de tension du milieu gazeux et de son augmentation de densité, une partie de l'énergie latente ou de tension des molécules est transformée en énergie thermique dans l'état d'équilibre statique correspondant. L'énergie active ainsi développée vient en déduction de la quantité de chaleur nécessaire, d'une part, pour relever la température, d'autre part, pour permettre la transformation d'une partie du liquide en vapeur, de manière à mettre la densité du milieu en rapport avec son nouveau degré de saturation. ”

“ Extension du principe de la conservation de l’énergie Dans l’hypothèse que nous examinons ici, la chaleur ne serait que la manifestation des mouvements moléculaires ; la température d’un corps (et il en serait de même en général de toutes les variables qui définissent son état thermique) serait une fonction dépendant seulement des positions de ses diverses molécules et de leurs vitesses. ”

“ Le passage de l'état solide à l'état liquide rentre encore dans les lois générales de la théorie mécanique de la chaleur. A la chaleur latente de l'ancienne physique, elle substitue le travail moléculaire de désagrégation des molécules. La chaleur communiquée au corps solide se partage en trois parts : l'une est équivalente au travail intramoléculaire qui éloigne les molécules les unes des autres et leur rend leur liberté; l'autre est convertie en travail extérieur; enfin la troisième, si l'on continue à échauffer le corps, reste à l'état de chaleur, et produit l'élévation de la température. ”

“ De toutes les branches de la physique théorique, la thermodynamique ou plus généralement, puisque le nom de thermodynamique est trop étroit, l’énergétique est de beaucoup la plus sûre et la mieux ordonnée. ”

“ La Thermodynamique classique constitue un édifice extrêmement solide et précis ; elle se réfère en effet aux mesures expérimentales objectives de température, pression et volume, et n’opère que par des déductions rigoureuses à partir des deux principes fondamentaux qui lui servent de base. ”

“ Il était donc naturel de penser que la découverte de cette fonction remarquable serait susceptible de permettre d’élucider plus à fond la nature des relations existant entre l’énergie et la température, or c’est là le problème principal de la thermodynamique et par suite de toute là physique moléculaire. ”

“ Il n'est guère de sujet scientifique ayant provoqué autant de recherches que la chaleur. Grâce à elles la thermodynamique et la mécanique énergétique, qui en dérivent, sont devenues des sciences précises et fécondes. ”

“ Un gaz, détendu brusquement, se refroidit, car, pour le ramener à sa température primitive, il faudrait lui fournir la masse de calorique que contiendrait un espace vide égal à son accroissement de volume. Un gaz, comprimé rapidement, se réchauffe, car, pour empêcher sa température de varier, il faudrait lui ôter une quantité de chaleur précisément égale à celle qui remplirait un espace vide égal à la contraction qu’il a subie : « C’est la réduction du volume, la disparition de l’espace qui fait surabonder le calorique. » ”

“ Tous les corps sous le même poids n’exigent pas une égale quantité de chaleur pour accuser la même température ; ils ont, comme disent les physiciens, des capacités calorifiques différentes, et ces capacités tiennent à leur constitution moléculaire. L’absorption de chaleur spécifique est d’autant plus petite que l’agrégation des molécules est plus grande. On conçoit donc que la capacité calorifique des gaz augmente avec la température et avec la diminution de la pression. ”

“ Mais ce n'est pas une relation nouvelle entre le travail et la quantité de chaleur dépensée pour le produire que nous allons étudier, car le principe de l'équivalence s'applique aussi bien dans ce cas que dans le cas inverse de la transformation du travail en chaleur. Le second principe de la thermodynamique consiste en une relation entre le travail et la température, relation obtenue par l'étude expérimentale des machines a feu qu'emploie l'industrie (HIRN. RÉGNA, ULT, CLAUSIUS) . ”

“ Car, si nous pouvons transformer le mouvement, nous sommes aussi impuissants pour le créer et pour le détruire que pour créer et pour détruire la matière. C'est dans ce sens qu'il faut toujours comprendre le symbole de la nouvelle théorie : chaleur détruite, travail produit, et, réciproquement, travail détruit, chaleur produite. ”

“ Depuis la découverte du premier principe de la théorie mécanique de la chaleur, on a souvent insisté sur ce que, dans le monde matériel, la somme totale des travaux à accomplir et des forces vives moléculaires ou non moléculaires est invariable, malgré les transformations incessantes que l'on observe. ”

“ Un gaz parfait est un fluide théorique qui serait constitué par un essaim de points matériels de masse uniforme, animés d’un mouvement d’agitation désordonné, et rebondissant en tous sens au gré de leurs chocs entre eux ou contre les parois solides du récipient qui les enferme. Leurs actions mutuelles se limitant à des chocs sans déformation, et leurs dimensions étant supposées négligeables, l’énergie interne de la masse gazeuse qu’ils constituent se réduit à l’énergie cinétique de translation des molécules. ”

“ Ainsi donc, sans une dénivellation d’éther ou de matière, il n’y a aucune manifestation possible d’énergie. Si le soleil possède dans toute sa masse une température uniforme de 6.000 degrés et qu’il puisse y exister des êtres capables de supporter cette chaleur, elle ne représenterait pour eux aucune énergie. N’ayant pas de corps froids à leur disposition, ils ne pourraient obtenir aucune chute de chaleur, condition indispensable de la production d’énergie thermique. ”

“ Tout changement efficient peut être payé par un changement thermodynamique. — Au point où nous sommes parvenus, nous comprenons que l’on peut mesurer par un nombre de calories ou d’ergs, tout changement efficient réalisé dans un système qui ne connaît l’extérieur que par voie mécanique ou thermique. On trouvera sans doute que ceci est bien général si on réfléchit par exemple que tel est le cas pour un homme qui voit, entend et touche. ”

“ 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. ”

“ Dans les liquides, les molécules, beaucoup plus rapprochées les unes des autres que dans les gaz, n'ont pas la liberté d'allure nécessaire pour développer autour d'elles, dans un mouvement de translation ou d'oscillation générale, les énergies thermiques dont elles sont animées. Chaque molécule liquide reporte son action thermique sur les molécules élémentaires, dont elle est formée, et relève leur énergie potentielle ”

“ La Thermodynamique repose sur deux principes :
1o Le principe de la conservation de l’énergie dont un cas particulier, le plus intéressant au point de vue qui nous occupe, est le principe de l’équivalence de la chaleur, appelé aussi principe de Mayer ”

“ Souvent on exprime cette loi en disant que le travail interne d’un gaz qui se détend est nul. Cette locution est inexacte ; elle provient d’hypothèses sur la nature de la chaleur.
Nous avons vu (51) que, si l’on regarde la chaleur comme résultant des mouvements moléculaires et si l’on suppose les actions moléculaires centrales, l’application du théorème de la conservation de l’énergie donne la relation
et, étant négligeable dans la plupart des cas, nous avons appelé énergie interne du système la somme des énergies moléculaires. ”

“ Les systèmes matériels les plus simples que l’on puisse envisager pour la réalisation de cycles thermodynamiques seront ceux qui ne comportent aucune forme d’énergie potentielle interne. Leur énergie interne se réduit donc à leur énergie cinétique moléculaire autrement dit à leur énergie thermique. ”

“ Ce rapport montre que la température restant la même, la chaleur propre de chaque molécule est réciproque à la racine carrée de la densité du gaz dans ses diverses condensations; d'où il suit que, par la pression, il doit développer de la chaleur. On conçoit, en effet, que le rapprochement des molécules d'un gaz, par la pression et surtout par son changement en liquide, doit, en augmentant la force répulsive de leur chaleur, en dissiper une partie. ”

“ C'est sur les principes de la thermodynamique qui viennent d'être sommairement exposés que fut fondée la mécanique énergétique, qui prétend se substituer à la mécanique classique.
Elle se préoccupe uniquement de la mesure de.
phénomènes et jamais de leur interprétation. Tout ce qui n'est pas accessible au calcul n'existe pas. Éliminant la matière et la force, elle n'étudie que les transformations de l'énergie et ne connaît les phénomènes que par leurs actions énergétiques. ”

“ La chaleur absorbée peut se diviser en deux parties : l'une est employée à opérer des modifications à l'intérieur même du corps, dans l'arrangement et le mouvement des molécules, et produit ainsi un travail interne que nous désignerons par U, sans nous occuper de la nature de ces modifications.
Ce travail interne, compté pour une température déterminée à partir du zéro absolu et accumulé dans le corps, a été désigné par M. Rankine sous le nom d'énergie interne. Le travail interne est la variation d'énergie interne. ”

“ Les chocs se produisent sans modification de l’énergie cinétique moyenne, lorsque la paroi est immobile et que le gaz est en équilibre de température avec elle, et les études statistiques conduisent à conclure que l’effet global est le même que si chacune des molécules individuellement rebondissait sans modification de son énergie cinétique. ”

“ La théorie de la chaleur repose réellement sur des faits généraux donnés immédiatement par l'observation; et l'équation déduite de ces faits se trouvant confirmée par l'accord des résultats qu'on en tire et de ceux que donne l'expérience, doit être également reçue comme exprimant les vraies lois de la propagation de la chaleur, et par ceux qui l'attribuent à un rayonnement de molécules calorifiques, et par ceux qui recourent pour expliquer le même phénomène aux vibrations d'un fluide répandu dans l'espace ”

“ 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. ”

“ Nous admettrons encore qu’il y a échange de chaleur et, si la température de A s’élève, nous dirons que la chaleur est cédée à ce corps par B. Il peut même arriver qu’un corps cède de la chaleur, bien que sa température continue à s’élever ; c’est ce qui arrive, par exemple, quand on comprime un gaz ; ce gaz s’échauffe, bien que, devenu plus chaud que les corps avoisinants, il leur cède de la chaleur par rayonnement et par conductibilité. ”

“ Ses plus belles trouvailles, le transport électrique de la chaleur, les propriétés des courants variables, les lois de la décharge oscillante, et beaucoup d’autres qu’il serait trop long de citer, ont été faites au moyen des systèmes abstraits de la Thermodynamique et de l’Electrodynamique classiques. Partout où il appelle à son aide les modèles mécaniques, il se borne à faire œuvre d’exposition, à représenter des résultats déjà obtenus ; ce n’est point là qu’il fait œuvre d’invention. ”

“ Faisons subir à ce système une série quelconque de transformations pendant lesquelles les corps ne peuvent ni céder ni emprunter de chaleur à l’extérieur du système, mais peuvent soit échanger entre eux de la chaleur, soit produire ou absorber du travail ; de plus, supposons qu’à la fin de cette série de transformations les corps reprennent leur état thermique, leurs positions et leurs vitesses primitives, à l’exception du calorimètre qui reprendra sa position et sa vitesse initiale, mais dont la température aura pu changer. ”