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Chapitre 4 – Travail et chaleur. Un bref historique du travail et de la chaleur Nous savons, en général, que tous les corps de la nature sont plongés.

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1 Chapitre 4 – Travail et chaleur

2 Un bref historique du travail et de la chaleur Nous savons, en général, que tous les corps de la nature sont plongés dans le calorique, qu'ils en sont environnés, pénétrés de toutes parts, et qu'il remplit tous les intervalles que laissent entre elles leurs molécules ; que dans certains cas le calorique se fixe dans les corps, de manière même à constituer leurs parties solides, mais que le plus souvent il en écarte les molécules, il exerce sur elles une force répulsive, et que c'est de son action ou de son accumulation plus ou moins grande que dépend le passage des corps de l'état solide à l'état liquide, de l'état liquide à l'état aériforme. Antoine-Laurent de Lavoisier (1789)

3 Antoine de Lavoisier ( ) Détruit la théorie du phlogistique Première théorie scientifique de la chaleur Chaleur : fluide invisible, sans goût, sans odeur, sans poids le calorique Corps chauds contiennent plus de calorique que les corps froids Les parties constituantes du calorique se repoussent Explique ainsi lécoulement de la chaleur Notez labsence marquée de barbe !

4 Cu 10 g 60 C H 2 O 100 g 30 C Quelle est la température finale du système? Problème typique que lon veut résoudre :

5 Analogie avec le cas dun fluide incompressible soumis à un champ de gravité : Même volume deau V A h h = V / A

6 h1h1 h2h2 A2A2 A1A1 h 1 A 1 + h 2 A 2 =

7 h h 1 A 1 + h 2 A 2 = hA 1 + hA 2 h 1 A 1 + h 2 A 2 = A2A2 A1A1 h = (h 1 A 1 + h 2 A 2 ) / (A 1 + A 2 )

8 Q Q : quantité de chaleur fournie θ : température atteinte C : chaleur spécifique θ = Q / C θ

9 θ1C1θ1C1 θ2C2θ2C2 θθ θ = θ 1 C 1 + θ 2 C 2 C 1 + C 2

10 Lanalogie entre lécoulement de la chaleur et celui dun fluide incompressible fonctionne parce que dans la théorie de Lavoisier, la chaleur est une quantité qui est conservée : Rien ne se perd, rien ne se crée... Lavoisier pense même que la chaleur est un élément (indestructible) Comme les atomes sont indestructibles, la quantité de chaleur dans lUnivers doit être constante !

11 Benjamin Thompson, Comte Rumford ( ) Physicien britannique Ministre de la guerre en Bavière Responsable du forage des canons !

12 La quantité de chaleur produite est phénoménale et apparemment inépuisable… Lenvironnement du canon devrait devenir froid selon lapproche de Lavoisier (le réservoir se vide) Au contraire, lenvironnement devient plus chaud !!! Travail mécanique converti en chaleur (concept révolutionnaire difficile à accepter)

13 James Prescott Joule ( ) Ancien directeur dune fabrique de bière! Expérimentateur minutieux Équivalence travail mécanique chaleur Peu importe travail mécanique ou électrique Équivalence mécanique de la chaleur : 1 N m = calorie = 1 J

14 Rudolf Clausius ( ) Physicien allemand Ni la chaleur, ni le travail ne sont conservés, mais bien une combinaison des deux (que lon appellera énergie) ΔE = Q W ΔE : changement de lénergie interne Q : chaleur extraite de lenvironnement, et absorbée par le système W : travail effectué sur lenvironnement par le système Première loi de la thermodynamique

15 Nous tenterons de comprendre la relation entre les interactions… Thermique Mécanique THERMODYNAMIQUE... mais du point de vue microscopique !


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