énergie thermique

“ En électricité, l'élément résistance correspond à peu près à la masse dans l'énergie cinétique, mais à quoi correspond-il dans l'énergie thermique ? Est-ce à la chaleur nécessaire pour faire changer d'état un corps sans modifier sa température et vaincre simplement la résistance de ses molécules au changement? Sur ces points importants les livres sont muets.
Quoi qu'il en soit, dans toutes les formes d'énergie apparaissent toujours ces deux éléments : la quantité et la tension dont le produit représente le travail. Sans tension il ne saurait y avoir de transmission d'énergie. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ Nous savons que, partout et toujours, à l’ordre de grandeur des phénomènes mécaniques, l’énergie cinétique se décoordonne spontanément et très rapidement, par les frottements de toutes espèces, en énergie cinétique moléculaire ou énergie thermique. ”

“ Énergie thermique et énergie de cohésion. — L’énergie interne du fluide reprend sa valeur initiale à la fin du cycle fermé. Elle n’intervient donc pas dans la détermination de l’effet global de l’évolution. Mais, si l’on veut étudier les diverses phases de cette évolution, il faut savoir évaluer les variations corrélatives de l’énergie interne.
Considérons le cas d’un fluide que nous appellerons stable dont les molécules restent constamment identiques à elles-mêmes. ”

“ Si ce travail consiste à faire fonctionner une pompe pour élever l'eau dans un réservoir, on aura ainsi constitué une énergie potentielle mécanique, dont on pourra disposer pour faire mouvoir des machines à pression d'eau, de petites turbines ou autres usages.
Ce que l'on est convenu d'appeler les moteurs animés tirent leur puissance motrice de l'énergie chimique, qui se transforme en énergie thermique et mécanique.
En effet, la combustion des aliments, dans les organes de la nutrition, développe de la chaleur, le carbone brûle dans l'estomac, comme la houille sur le loyer d'une chaudière. ”

“ 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. ”

“ Tout revient en somme à affirmer l’existence d’une fonction de l’état du système qui définit son énergie interne ; elle vient donner toute sa généralité au principe de la conservation de l’énergie. Quand de l’énergie mécanique semble disparaître, on la recherche d’abord sous la forme équivalente d’énergie thermique ”

“ Il est possible que l’énergie thermique du Soleil, qui nous fournit directement ou indirectement tout le travail industriel, ne soit elle-même créée que par la disparition progressive de l’énergie potentielle newtonienne de ses couches externes en voie de condensation. ”

“ 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. ”

“ 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) . ”

“ REPRÉSENTATION DE L'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE ET SON EXPRESSION PAR LA TENSION ET LA QUANTITÉ DU COURANT. — Maintenant que nous savons qu'il y a une énergie électrique équivalente à l'énergie mécanique, thermique, cinétique, chimique, etc., et qu'elle se mesure comme celle-ci par une unité commune, nous devons essayer de nous la représenter. ”

“ La tension du milieu qui résultera de l'action de cette force nouvelle pourra être combattue, comme la tension résultant de la mise en jeu de l'élasticité de l'enveloppe, par l'énergie thermique du milieu, et dans les mêmes conditions, c'est-à-dire par une modification de la charge électrique des molécules du gaz. ”

“ D’après le premier principe de l’énergétique, il faudrait, pour que le fait vital dérivât du fait thermique, que la chaleur pût elle-même se transformer préalablement en énergie chimique, puisque celle-ci est nécessairement la forme antécédente et génératrice de l’énergie vitale. ”

“ Or les oscillateurs qui sont en équilibre thermique avec le rayonnement, doivent être aussi bien en équilibre thermique avec un gaz qui emplirait l’enceinte à la température considérée. En d’autres termes, l’énergie moyenne d’oscillation doit être ce qu’elle serait si elle était seulement entretenue par les chocs des molécules du gaz. ”

“ La .production de chaleur par le courant, c'est-à-dire la transformation forcée d'énergie électrique en énergie thermique s'explique facilement par le rapprochement de la théorie électronique de l'électricité et de la théorie cinétique de la chaleur. En effet, nous savons que le courant consisterait d'après ces théories en une inflexion des mouvements d'oscillation thermique des électrons libres sous l'action du champ électrique. ”

“ Tout conducteur traversé par un courant s'échauffe.
L'énergie thermique ainsi apportée au conducteur correspond à une dépense ' équivalente d'énergie électrique. Quand un joule de chaleur apparaît, c'est qu'un joule d'énergie électrique a disparu. ”

“ 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.) . ”

“ Ce flux d'énergie, qui maintient l'état d'équilibre dynamique des milieux, répond exactement au flux de chaleur qui, dans la théorie de l'équilibre thermique de l'atmosphère moléculaire, considérée comme centre de refroidissement, vient, des limites extrêmes du milieu général ambiant, se concentrer sur la molécule et faire équilibre à la perte constante de chaleur subie par l'atmosphère centrale. ”

“ Elle nous montre le courant d’énergie se divisant au sortir de l’être vivant en deux branches divergentes, Tune thermique et l’autre mécanique, étrangères l’une à l’autre, quoique issues toutes deux du même tronc commun, et n’ayant entre elles d’autre rapport que celui-ci, à savoir que leurs débits additionnés représentent le total de l’énergie en mouvement. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ C’est ainsi que la notion de l’équivalence de la chaleur et du travail, venant s’ajouter à la notion antérieure de l’équivalence des énergies cinétique et potentielle, a permis d’établir le principe de conservation de l’énergie dont l’application est tout à fait générale. ”

“ On pourrait réduire la théorie de la machine à vapeur à ces deux propositions : l'activité chimique engendre la chaleur; la chaleur engendre le mouvement; ou, pour employer le langage dont le lecteur commence sans doute à prendre l'habitude, l'énergie chimique se transforme en énergie calorifique et celle-ci en énergie mécanique. ”

“ Suivant les milieux où se manifestent les perturbations d’équilibre, et suivant leur forme, ils prennent les noms de chaleur, électricité, lumière, etc.
Une force est donc toujours le résultat d’une dénivellation. Deux corps chauds à la même température représentent deux réservoirs au même niveau, ou deux poids égaux sur les plateaux d’une balance, et il n’en résulte aucune manifestation d’énergie. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ Depuis que nous avons montré, contrairement à l'ancienne croyance, qu'elle constituait un colossal réservoir d'une énergie spéciale, l'énergie infra-atomique, il est devenu facile de comprendre qu'on obtienne, -aux dépens de cette énergie, de la chaleur, de l'électricité ou toute autre force. ”

“ Des développements qui précèdent, on est en droit de conclure, en effet, que la constitution moléculaire des liquides et des gaz, non plus que les phénomènes qui s'y rattachent directement, ne comportent la mise en jeu d'aucune autre force ou énergie active que celles qui président aux phénomènes généraux précédemment analysés et se rattachent à la gravité, à l'électricité, à la lumière ou à la chaleur, et qui, toutes, sous des modalités diverses, procèdent de l'énergie potentielle du milieu général de l'éther. ”

“ On voit, en définitive, que toutes les formes d’énergie sont des effets transitoires résultant de rupture d’équilibre entre plusieurs grandeurs : poids, chaleur, électricité, vitesse. C’est donc bien à tort qu’on parle de l’énergie comme d’une sorte d’entité ayant une existence réelle analogue à celle de la matière. ”

“ La notion d'énergie étant parvenue à rendre compte des phénomènes attribués jusque-là au calorique, son extension à l'explication des phénomènes lumineux, chimiques, électriques fut rapidement obtenue ; la lumière, l'affinité, l'électricité tout comme la chaleur, le travail et la force vive sont en définitive les formes d'une seule et même chose, l'énergie. ”

“ 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. ”

“ 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. ”

“ Chaque masse de gaz, dans sa succession d’états d’équilibre, fournit elle-même au piston le travail équivalent à la diminution de sa propre énergie interne.
Dans les procédés où l’on transforme d’abord l’énergie interne en énergie cinétique, nous avons vu que cela suppose la réalisation d’écoulements dans lesquels l’énergie cinétique acquise par une masse gazeuse est produite surtout par la diminution d’énergie interne d’autres masses situées en amont d’elle. ”