énergie calorifique

“ D’autres restrictions apparaissent encore lorsque l’on étudie les lois qui président à la circulation et aux mutations de l’énergie calorifique, et la plus importante tient à la condition d’impossibilité où elle est de se transporter d’un corps à température plus basse sur un corps à température plus élevée. Au total et par suite de toutes ces restrictions, l’énergie calorifique est une variété imparfaite de l’énergie universelle, ou, comme disent les Anglais, une forme dégradée. ”

“ Mais, en réfléchissant aux phénomènes appelés chaleur, pesanteur, électricité, etc., on reconnaîtra qu'ils sont uniquement connus et mesurés comme perturbations d'équilibre et n'ont, en dehors de ces perturbations, aucune existence constatable par nos sens ou nos instruments. De la chaleur produit de l'énergie calorifique quand elle tombe d'une certaine hauteur, comme la tuile du toit d'une maison engendre de l'énergie cinétique par sa chute ; mais la chaleur, qui ne change pas de niveau, n'est pas plus de l'énergie que la tuile fixée sur un toit. ”

“ On a souvent comparé l'organisme vivant à une machine à feu : comme celle-ci, il produit de la chaleur et il accomplit un travail mécanique ; comme celle-ci, il emprunte aux combustions l'énergie chimique qu'il transforme en énergie calorifique ou mécanique. Le combustible, pour l'organisme, est représenté par les aliments ou plus exactement par les substances de réserve accumulées dans les tissus et dérivant des aliments. ”

“ La grande chaleur spécifique des éléments biogéniques et de leurs composés, a encore une autre et non moins importante conséquence. A poids égal et à même température, les substances dont la chaleur spécifique est considérable renferment évidemment plus de calories que les autres. Cette énergie calorifique pourra du reste, d'après le principe de la transformation des forces et de la conservation de l'énergie, se manifester sous la forme chaleur ou sous toute autre forme : mouvement, travail, lumière, électricité, énergie chimique, activité nerveuse, etc. ”

“ Mais il en est de même, plus généralement, pour les réactions chimiques, lorsqu’elles se produisent sans aucune intervention d’agents extérieurs, lorsqu’elles tendent vers l’équilibre et vers la stabilité, dégageant des calories et mettant ainsi en liberté du travail. Seules, quelques forces naturelles font exception et, tout en tirant leur origine d’une action calorifique, tout en représentant par conséquent une transformation de la chaleur en puissance, n’impliquent plus la manifestation de cette chaleur, déjà métamorphosée en énergie. ”

“ Il faut retenir de ce qui précède la constance des chiffres représentant l'énergie calorifique déplacée dans les diverses variations d'état de la matière. Ce qu'elle absorbe pour passer d'un état à un autre est toujours rigoureusement rendu quand elle revient à son état primitif. Il y a donc de simples déplacements d'énergie sans destruction ni création. ”

“ L'énergie vitale elle-même se transforme en énergie calorifique restituée au milieu extérieur, et entre ces deux formes se trouve l'énergie mécanique, électrique, et d'autres formes de cette même puissance énergétique qui est une, et prend des figures différentes en raison des milieux différents. ”

“ L'énergie totale afférente aux molécules gazeuses, dans l'état d'équilibre du milieu, comprend, indépendamment de l'énergie potentielle de tension des molécules et de leurs champs électriques, l'énergie thermique sous la forme d'énergie de translation. L'énergie potentielle totale afférente à la molécule et à son champ électrique d'un milieu gazeux en équilibre, a pour valeur, en unités de charge, l'expression analytique suivante
dans laquelle c' est le coefficient de capacité calorifique du milieu, d' l'écartement moléculaire, et a le poids atomique de la substance dont le gaz est formé. ”

“ L'énergie calorifique nécessaire pour obliger les corps à changer d'état est considérable. Pour transformer de la glace à zéro en eau à la même température de zéro, il faut lui donner autant de chaleur que pour élever de 1 degré 80-fois son poids d'eau, soit 80 calories. Si l'eau se congèle de nouveau, elle restitue la chaleur absorbée. Pour transformer de
l'eau à 100 degrés en vapeur saturante à la même température, le travail nécessaire est bien plus considérable encore puisque cette tranfOrmation exige 537 fois autant de chaleur que pour élever de 1 degré la même quantité d'eau. ”

“ En ce qui concerne la chaleur, les recherches modernes ont montré, qu'en admettant une certaine distribution primitive de la matière, un tel état de choses aurait pu être produit par l'énergie potentielle de la matière, au moment où celle-ci s'est accumulée. ”

“ L’Énergie n’est transformée en chaleur que pour les applications qui la nécessitent et, plus encore qu’avec le gaz, au point final qui l’utilise, sa faculté de concentration d’une grande quantité de calorique sur un point donné est incomparable au point de vue des hautes températures et des transformations de chaleur en lumière. ”

“ Il suit encore de tout ce que nous venons de dire que le calorique, qu'il soit conduit et accumulé dans un corps, qu'il soit réfléchi ou absorbé à la surface de celui-ci, avec plus ou moins d'énergie, le calorique, disons-nous , est toujours en mouvement et tend, par sa seule force, à se distribuer dans les corps de manière à leur donner à tous la même tempéra lure. ”

“ 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. ”

“ Quand la température s’élève de 1°, chaque atome-gramme du corps solide absorbe donc 3 calories par suite de l’accroissement d’énergie de mouvement des atomes qui le forment, et, d’après ce que nous avons dit sur l’égalité des énergies cinétique et potentielle, il absorbe également 3 calories par suite de l’accroissement des énergies potentielles de ces atomes. ”

“ 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. ”

“ Nous savons que la plus grande partie de la chaleur employée tombe, sans subir aucune transformation, d'une température élevée, à laquelle elle possédait une grande quantité d'énergie utilisable, à une température plus basse, où elle en possède beaucoup moins. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ Généralité du phénomène de calorification. — Les
combustions qui s'effectuent dans toute cellule de l'organisme animal ou humain produisent non seulement l'énergie organique (p. 101) , mais encore de la chaleur, forme libre d'énergie, qui élève plus ou moins la température du corps au-dessus de la température ambiante. ”

“ L'énergie chimique ou l'énergie électrique peuvent produire soit de la chaleur, soit -du mouvement et, par conséquent, être évaluées en calories ou en kilogrammètres.
.chacun de ces modes de l'énergie a, d'ailleurs, un équivalent mécanique. En ce qui touche l'énergie chimique, il suffit de constater que les chaleurs de combustion des corps sont des nombres constants. ”

“ 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 corps formés d'atomes légers ont donc, à poids égal et à même température, plus d'énergie en réserve que les autres. A conditions égales, ils renferment, si l'on veut, un maximum d'énergie dans un minimum de masse. ”

“ Il exige seulement que l'on connaisse la nature, le poids et le calorique spécifique des produits de la combustion d'un kilogramme du combustible employé, ainsi que la puissance calorifique de ce corps. ”

“ Retournons maintenant à la question que nous avons abandonnée pour un instant plus haut, à savoir, d’où vient, au soleil, l’énergie qui remplace celle répandue sans cesse par le rayonnement dans les espaces célestes.
Les sources de chaleur les plus puissantes qui nous soient connues sont les combinaisons chimiques, dont la plus usuelle pour nous est celle qui résulte de la combustion du charbon. Chaque fois qu’un gramme de carbone est brûlé, 8 000 calories [8] se trouvent libérées. Supposons un instant que le soleil ne soit qu’un bloc homogène de carbone. ”

“ Les diverses énergies ayant une tendance invincible à se transformer dans cette forme inférieure, il s'ensuivrait que toutes celles de l'univers finiraient par subir une telle transformation. Les différences de température s'égalisant par diffusion, et la chaleur n'étant utilisable comme énergie qu'à la condition de pouvoir agir sur des corps à une température moindre, il s'ensuivrait que, quand toutes les particules de matière contiendraient de l'énergie sous la même tension, aucun échange ne se ferait entre elles. ”

“ Aussi rapporte-t-on le plus souvent presque toutes les manifestations de l'énergie au calorique. On admet que la quantité d'énergie dans l'U nivers est constante. Lorsque l'énergie, par exemple la chaleur, disparait à nos sens, c'est qu'elle s'est transformée en une autre manifestation. ”

“ Nous savons en effet que, pour faire un usage quelconque de la chaleur, pour la transformer en travail mécanique ou en une autre forme d'énergie, il est absolument nécessaire d'avoir des corps à des températures différentes nous avons besoin d'une source de chaleur et d'un condenseur. Or, lorsque toute l'énergie de l'univers aura pris la forme finale de chaleur uniformément diffuse, il sera évidemment impossible de se servir de cette chaleur pour une transformation ultérieure. ”

“ Enfin si les différences d’énergie sont immédiatement mesurées par les quantités de chaleur dégagées, il faut conclure simplement que, de toutes les réactions possibles, celle qui se produit est toujours celle qui dégage le plus de chaleur. ”

“ Puisque nous connaissons d’une part la loi suivant laquelle la chaleur se dégage par la compression des gaz, et de l’autre la loi suivant laquelle varie la chaleur spécifique avec le volume, il nous sera facile de calculer les accroissemens de température d’un gaz que l’on comprime sans lui laisser perdre de calorique. ”

“ Dans ce cas toute l'énergie chimique potentielle se transforme en chaleur, et la chaleur produite est proportionnelle au travail accompli, c'est-à-dire qu'elle augmente avec la charge et la hauteur de soulèvement jusqu'au point maximum, à partir de ce point elle diminue à mesure que la charge augmente. ”

“ Le calorique, qui lui semble inhérent dans sa nature, est la conséquence de sa pression et de sa combinaison chimique avec les corps qu'elle rencontre, qu'elle électrise et anime partout sur son passage.
Il n'y a pas de lumière sans dégagement de calorique, comme il n'y a pas production d'électricité sans dégagement de fluide magnétique ”

“ 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) . ”