Joule James Prescott - suite

L'équivalent mécanique de la chaleur

Joule écrit dans son article de 1843 :

    « ... la puissance mécanique employée pour faire tourner une machine électro-magnétique est convertie en chaleur qui provient du passage des courants d'induction à travers ses bobines ; et, d'un autre côté, la puissance motrice du moteur est obtenue aux dépens de la chaleur de la réaction chimique de la batterie grâce à laquelle il fonctionne. »

Joule adopte ici le terme de vis viva (énergie), probablement parce que Hodgkinson a lu un compte-rendu de l'article d'Ewart, On the measure of moving force, à la Literary and Philosophical Society en avril 1844.

Davantage d'expériences et des mesures l'amènent à considérer l'équivalent mécanique de la chaleur par la conversion suivante : 838 pieds-livres de travail sont nécessaires pour élever la température d'une livre d'eau d'un degré Fahrenheit. Il annonce ces résultats à une réunion de la section Chimie de la British Association for the Advancement of Science à Cork en 1843. Il y est accueilli par le silence.

Opiniâtre, Joule commence à chercher une démonstration purement mécanique de la conversion du travail en chaleur. En forçant le passage d'eau à travers un cylindre perforé, il est capable de mesurer un léger échauffement visqueux du fluide. Il obtient alors l'équivalent de condtruction 770 pied-livre/BTU (soit 4,14 J/cal). Le fait que les valeurs obtenues aussi bien électriquement que purement mécaniquement soient identiques, au moins au premier ordre, était pour Joule la preuve de la convertibilité du travail en chaleur.

Joule essaye également une troisième voie : il mesure la chaleur générée lors d'un travail de compression d'un gaz. Il obtient alors l'équivalent mécanique de 823 pied-livre/BTU (4,43 J/cal). D'une certaine façon cette expérience est celle qui exposait le plus Joule aux critiques mais il anticipe les objections par une pratique expérimentale ingénieuse. Néanmoins son article est refusé par la Royal Society et il doit se contenter d'une publication dans le Philosophical Magazine.

Dans cet article il remet directement en cause la théorie calorique de Carnot et Émile Clapeyron mais ses motivations théologiques sont aussi évidentes :

    « Je conçois que cette théorie est ... opposée aux principes reconnus de la philosophie parce que la vis viva peut être détruite par une mauvaise utilisation de l'appareil : ainsi M. Clapeyron tire la conclusion que « la température du feu étant 1000 à 2000°C supérieure à celle de la chaudière, il y a une énorme perte de vis viva dans le passage de la chaleur du foyer à la chaudière ». Croyant que la puissance de détruire revient à Dieu seul j'affirme ... que toute théorie, qui une fois développée, nécessite l'annihilation de forces est forcément erronée. »

En 1845, Joule lit son article On the mechanical équivalent of heat à une réunion de la British Association à Cambridge. Il y relate son travail le plus connu, utilisant une masse tombante pour faire tourner une roue à aubes dans un cylindre calorifugé rempli d'eau dont l'élévation de température est mesurée. Il estime à ce moment l'équivalent mécanique de la chaleur à 819 pieds-livres/BTU (4,41 J/cal).

En 1850, Il publie une mesure plus fine de 772,692 pieds-livres/BTU (4,159 J/cal), encore plus proches des valeurs actuelle

L'appareil de Joule. 1845

L'appareil de Joule schéma