THERMODYNAMIQUE Histoire
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- Écrit par Arthur BIREMBAUT
L'analyse de Joseph Fourier
La propagation de la chaleur dans les solides avait attiré l'attention de Newton. Ayant enfoncé une tige prismatique de fer dans un brasier, il avait observé que l'extrémité libre de la tige était l'objet d'une perte de chaleur proportionnelle à la chaleur reçue et il en avait déduit la première idée d'un pyromètre (Philosophical Transactions, 1701). L'invention de Newton conduisit Amontons à mesurer sur un barreau de fer de cinquante-neuf pouces (1,60 m) de longueur, chauffé de la sorte, les distances auxquelles fondaient le verre, le plomb, l'étain, un alliage de plomb et d'étain, la cire blanche, le suif et le beurre (Mémoires de l'Académie royale des sciences, 1703). Le physicien allemand Lambert montra que la température dans un tel prisme suit une loi logarithmique de décroissement (Pyrometria, 1779).
L'expérience d'Amontons fut refaite par Joseph Fourier (1768-1830) en 1804 lorsque celui-ci, alors préfet de l'Isère, aborda, en recourant à l'analyse mathématique, l'étude théorique de la propagation de la chaleur dans les corps solides. Fourier évita de fonder son étude sur une explication physique de la chaleur. « De quelque manière que l'on veuille concevoir la nature de cet élément, soit qu'on le regarde comme un être matériel distinct, qui passe d'une partie de l'espace dans une autre, soit qu'on fasse consister la chaleur comme la seule transmission du mouvement, on parviendra toujours aux mêmes équations, parce que l'hypothèse qu'on aura formée doit représenter les faits généraux et simples, dont les lois mathématiques sont dérivées », écrivit-il dans la Théorie analytique de la chaleur, publiée en 1822. Fourier découvrit les équations différentielles du mouvement variable de la chaleur en étudiant le flux, dont la notion lui fut suggérée par l'image du fluide calorique indestructible. Il fit l'hypothèse fondamentale suivante : dans les corps isotropes la chaleur « s'écoule » normalement aux surfaces isothermes, proportionnellement au taux de diminution de la température v suivant cette normale à l'instant t considéré, et proportionnellement à un paramètre K, qui est en général fonction de la température. Avec ces notations, la quantité de chaleur, qui pendant l'instant dt s'écoule à travers un cercle horizontal infiniment petit de surface ω, a pour valeur :
Fourier établit les équations du mouvement uniforme de la chaleur dans un prisme solide d'une longueur infinie : il considéra une barre prismatique plongée par une extrémité dans une source constante de chaleur maintenant cette extrémité à la température A, le reste de la barre, de longueur infinie, demeurant exposé à un courant uniforme d'air atmosphérique à la température 0. Le maintien de la température en chaque point de la barre entraînant l'égalité de la chaleur reçue et de la chaleur transmise, Fourier trouva que la température v doit satisfaire en chaque point à l'équation aux dérivées partielles :
Lorsque la température varie, le second membre de cette équation devient, à un coefficient près, égal à ∂v/∂t. Pour intégrer ces équations, Fourier utilisa la série trigonométrique qui porte toujours son nom. L'analyse de Fourier marque le début de la physique mathématique ; elle a eu une grande répercussion sur l'étude des phénomènes électriques. La loi d'Ohm par exemple, formulée en 1827 (Die galvanische Kette), a d'abord été considérée comme une extension aux courants électriques du problème connu sous le nom de « mur indéfini de Fourier ».
Les réflexions de Sadi Carnot
En France, à la suite de l'ordonnance du roi datée du 29 octobre 1823, portant règlement sur les machines à feu à haute pression, une Commission[...]
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Écrit par
- Arthur BIREMBAUT : ingénieur civil des Mines, membre correspondant de l'Académie internationale d'histoire des sciences, professeur à l'université de Paris-I
Classification
Pour citer cet article
Arthur BIREMBAUT. THERMODYNAMIQUE - Histoire [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )
Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009
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Autres références
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THERMODYNAMIQUE (notions de base)
- Écrit par Bernard DIU
- 6 036 mots
De nos jours, on peut définir la thermodynamique comme la science des propriétés et des processus qui mettent en jeu la température et la chaleur.
Le nom de « thermodynamique » associe les deux mots grecs thermon (chaleur) et dynamis (puissance). Le but premier de la discipline, explicitement...
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BOLTZMANN LUDWIG (1844-1906)
- Écrit par Pierre COSTABEL
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À partir de ce deuxième principe, Loschmidt a présenté à Boltzmann une objection redoutable, souvent reprise depuis lors, et qui consiste à affirmer l'impossibilité de faire sortir des équations réversibles de la mécanique une interprétation des processus irréversibles de la thermodynamique. Boltzmann... -
CARNOT SADI (1796-1832)
- Écrit par Robert FOX
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Fils aîné de Lazare Carnot, « l'Organisateur de la Victoire », Nicolas Léonard Sadi Carnot est un des pionniers de la thermodynamique. Son unique publication, les Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance, ignorée de son temps...
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CHALEUR
- Écrit par Paul GLANSDORFF
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La première tentative d'interprétation physique assimilait la chaleur à un fluide dit subtil et indestructible dénommé le calorique, répandu partout au sein de la matière. Son passage d'un corps à un autre était notamment responsable du refroidissement du premier et de l'échauffement du second....
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CLAUSIUS RUDOLF (1822-1888)
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Rudolf Julius Emanuel Clausius, l'un des plus grands physiciens du xixe siècle, est connu principalement pour sa contribution à l'étude de la thermodynamique. Le premier, ce savant allemand formula ce qu'on a coutume d'appeler le deuxième principe et proposa une définition claire de l'...
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