NOMBRES - Curiosités, théorie et usages

 

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Diagramme de Carnot – Pratique

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Diagramme de Carnot – Théorique

 

 

 

 

 

Historique de la thermodynamique en bref

 

 

Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796-1832)

L'énergie peut être transformée en chaleur ou en travail.

Il pensait (à tord) que la quantité de chaleur se conservait et que, à la manière d'un fluide, elle entraînait le mouvement mécanique.

 

Sadi Carnot (1796-1832) est un des fondateurs de la thermodynamique

Il a dit: la puissance motrice est en quantité invariable dans la nature, elle n'est jamais à proprement parler ni produite, ni détruite. A la vérité, elle change de forme... C'est le premier principe de la thermodynamique.

Il est le premier à établir un lien entre la chaleur (Q) et le travail (W). Il énonce le principe (dit de Carnot) d'après lequel il n'est pas possible de transformer la chaleur en travail sans disposer de deux sources de chaleur de températures différentes. Ses réflexions l'amèneront à s'approcher du second principe de la thermodynamique.

Son seul ouvrage: Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance écrit en 1824.

 

Voir Contemporains

 

 James Prescott Joule (1818-1889)

Le travail mécanique peut être intégralement transformé en chaleur.

Principe de l'équivalence du travail et de la chaleur

La chaleur n'est pas conservée.

 

William Thomson, Lord Kelvin (1824-1907)

La thermodynamique s'articule autour de deux notions distinctes:

*    La conservation de l'énergie; et

*    La qualité de l'énergie dans les transformations.

 

Rudolf Clausius (1822-1888)

Confirmation de ces deux grands principes naturels.

Explication de la chaleur par l'agitation des molécules.

 

Ludwig Boltzmann (1844-1906)

Les propriétés macroscopiques de la matière résultent de l'interaction des atomes.

 

 

 

Historique détaillé

 

Température

*    Aristote (384-322 ans avant J.C.): premières idées de température.

*    Galien (129 130-200 ans après J.C.): premières écrits sur la température.

*    Au début était le chaud et le froid. Puis, le constat de la dilatation sous l'effet de la chaleur. 

*    1592 ou 1603 – Galilée (1564-1642) mesure la température en appréciant la dilatation. Il réalise un thermoscope à eau, à vin. Tous deux dépendant de la pression atmosphérique. Voir Galilée.

*    En 1641, Ferdinand II, grand duc de Toscane construit un thermomètre à alcool en verre scellé. Insensible aux variations de pression.

*    Vers 1650, Robert Boyle (1627-1691) améliore le thermomètre en introduisant une référence: le point de fusion de la glace.

*    En 1717, Gabriel Fahrenheit (1686-1736) invente le thermomètre à mercure muni d'une échelle graduée.

*    En 1742, Anders Celsius (1701-1744) gradue le thermomètre avec 0 et 100 degrés comme références. Changement d'état de l'eau sous conditions normales de la pression atmosphérique de solide en liquide et de liquide en gazeux.

*    En 1848, William Thomson alias Lord Kelvin (1824-1907) introduit le zéro absolu correspondant à l'absence absolue d'agitation thermique et de pression d'un gaz. L'échelle de température des scientifiques utilise cette limite. Elle mesure la température en kelvins(K)

 

Chaleur

*    Jusque vers 1750: idée que la chaleur est un fluide qui s'écoule jusqu'à créer un équilibre comme l'eau qui coule entre deux récipients. Il faut plus ou moins de chaleur selon les matériaux pour les chauffer d'un degré. Sous l'effet de la chaleur, les matériaux changent de phases.

*    En 1738, Daniel Bernoulli (1700-1782) publie son Hydrodynamique: les molécules de gaz sont en état d'agitation d'autant plus vive que la pression est plus élevée; la pression est justement le résultat de cette multitude de chocs. Il est à l'origine de la théorie cinétique des gaz. Voir Nombres de Bernoulli.

*    En 1787, Antoine Lavoisier (1743-1794) écrit qu'il pense que la chaleur comme la lumière sont des substances matérielles.

Deux conceptions coexistent jusque vers 1850:

*  La chaleur est un fluide comme l'eau (théorie calorique), ou

*  La chaleur est la manifestation de vibrations internes à la matière (théorie cinétique).

*    En 1798, Benjamin Rumford (1753-1814) constate que le canon chauffe lorsque qu'il est alésé. La chaleur n'est pas apportée de l'extérieur, preuve qu'elle n'est pas un fluide. Il calcule même un équivalent travail avant Joule. Cependant, personne ne veut le suivre sur cette voie.

 

Thermodynamique

*    En 1824, Joseph Fourier (1768-1830) modélise la propagation de la chaleur (séries trigonométriques, transformées de Fourier) et pose les fondements de la thermodynamique. Il explique l'effet de serre et le phénomène de réchauffement climatique.

*    En 1824, Sadi Carnot (1796-1832) publie son unique ouvrage, base de la nouvelle discipline: la thermodynamique.

*      En 1843, James Joule publie ses résultats sur les effets thermiques qu'il a constatés. Il découvre la relation entre la chaleur et le travail mécanique. Il montre que le travail et la chaleur sont des formes d'énergie. Il est amené à énoncer la théorie de la conservation de l'énergie  ou première loi de la thermodynamique. Voir Le joule, unité de travail, énergie, chaleur

*    En 1847, Hermann von Helmholtz (1821-1894) formule le principe de la conservation de l'énergie et surtout le fait admettre.

*    En 1865, Rudolf Clausius (1822-1888) invente le concept d'entropie et énonce le deuxième principe de la thermodynamique. Il distingue la capacité d'un système à fournir du travail et la fraction d'énergie qui est inévitablement dissipée sous forme de chaleur non utilisable.

 

Théorie cinétique des gaz

*    En 1803, avec John Dalton (1766-1844) et sa théorie atomique, on admet que l'énergie des mouvements désordonnés des atomes d'un corps chauffé se manifeste sous forme de chaleur.

*    En 1866, James Maxwell (1831-1879) fait grandement avancer la théorie cinétique des gaz.

*    En 1866, Ludwig Boltzmann (1844-1906), indépendamment de Maxwell, montre que la statistique des mouvements moléculaires permet d'expliquer toutes les propriétés des gaz.

*    En 1876, Josiah Gibbs (1839-1903) développe la thermodynamique chimique: calcul de l'énergie chimique d'une substance et prévision des énergies de liaison des composés chimiques.

Voir Contemporains 1700 / 1800

 

 

 

 

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