Histoire de la thermodynamique classique
De Sadi Carnot à Gibbs

Sommaire et contenu du livre "Histoire de la thermodynamique classique - De Sadi Carnot à Gibbs"

Préface 7
Avant-propos....................................................................................... 10

Préambule........................................................................................... 12

CHAPITRE 1. De la puissance motrice dufeu au second principe................... 21

1.
Brève histoire de la machine à vapeur avant 1824.......................... 21

1.1.
L'invention des machines atmosphériques 21

1.2.
Des machines atmosphériques à la machine à double effet
de Watt (Extrait 2) 26

2.
Les Riflexions sur lapuissance motrice duftu de Carnot (Extrait 3)...... 28

2.1.
La constitution d'une expérience de pensée 29

2.2.
La mathématisation des phénomènes thermiques

dans les Riflexions sur lapuissance motrice du ftu 39

3.
Le Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur de Clapeyron

(Extrait 4)............................................................................ 45

3.1.
La description des cycles réalisant l'effet maximum 45

3.2.
La recherche d'une théorie des effets de la chaleur
sur les substances 47

4.
W. Thomson: terminer le mémoire de Clapeyron......................... 53

EXTRAIT 1
: DENIS PAPIN. Recueil des machines 59

EXTRAIT 2
: FRANÇOIS ARAGO. Notice historique sur les machines

à vapeur 62

EXTRAIT 3
: SADI CARNOT. Riflexions sur lapuissance motrice du ftu.. 65

EXTRAIT 4
: ÉMILE CLAPEYRON. Mémoire sur la puissance motrice

de la chaleur. .. .. ............. 85

CHAPITRE 2. De la conversion des forces à la conservation de l'énergie 104

1.
Leibniz, Kant, la Naturphilosophieet le dynamisme ...... ...... 104

1.1.
Leibniz.............. ........................................................... 104

1.2.
Kant..... .. .. .............. .................. ................................... 107

1.3.
La« Naturphilosophie »..... 109

2.
Robert Mayer et la Naturphilosophie... .... 113

3.
Les recherches expérimentales de Joule 114

4.
Helmholtzetla«Conservationdelaforce»....................... .......... 122
EXTRA1T6: JAMESPRESCOTTJOULE. M émoiresur leseffets
calorifiquesdes courants magneto-électriques,
EXTRA1T7: JAMESPRESCOTTJOULE. Mémoire sur les changements
detempératureproduits parla condensation et la raréfaction

EXTRAIT 5
: JULIUS ROBERT MAYER. R emarques sur lesforces

dela nature inanimée.............. 129

et sur l'équivalent mécanique de la chaleur. ...................... 131

del'air............. ................................................... . 135

EXTRA1T 8
: HERMANN HELMHOLTZ. Mémoire sur la conservation

de laftrce...... .. ................ ................ ................. ..... 138

EXTRA1T 9
: HERMANN HELMHOLTZ. R evue générale

dudéveloppementdessciencesdanslestempsmodernes...... ... 150

EXTRA1T 10
: W1LLIAM THOMSON. Sur les antécédents mécaniques

dumouvement,delachaleuretdelalumière................... 152

CHAPITRE 3. Le second principe des théories mécanique ou dynamique
de la chaleur 161

1.
Le Mémoire de Clausius, « Sur la force motrice de la chaleur »,1850 161

1.1.
La théorie de Carnot et l'équivalence de la chaleur et du travail.. 162

1.2.
La formalisation mathématique du principe de l'équivalence
de la chaleur et du travail.. 163

1.3.
Revisiter le principe de Carnot: le second principe........ .. ....... 168

1.4.
Déterminer la foncti on de Carnot 169

1.5.
Dernièresremarques........................ ................................ 173

2.
La théorie dynamique de la chaleur selon W. Thomson.................. 175

2.1.
Le contexte.................................................................... 175

2.2.
La théorie .. ............................................... ............... ..... 176

3.
Le Mémoire de Clausius, «Sur une autre forme du second principe »,

1854................................................................................... 182

3.1.
Principe de l'équivalence de la chaleur et du travail. 182

3.2.
Principe de l'équivalence des tran sformations.... ..................... 184

4.
Le cheminement de Clausius: des «valeurs d'équivalence
des transformations » à l'entropie........ 189

4.1.
Des« valeurs d'équivalence des transformations » à l'entropie
en passant par le concept de «disgrégation » 189

4.2.
Des « Valeurs d'équivalence des transformations » à l'entropie,
uncheminsans détour...................................................... 193

5.
Dernières remarques sur les travaux de Carnot, Clapeyron et Clausius 196

EXTRAIT 11; RUDOLF CLAUSIUS. Sur laforce motrice de la chaleur

etlesloisquis'endéduisentpourlathéoriemêmedelachaleur 197

EXTRAIT 12
: WILLIAM THOMSON. Deux mémoiressur la théorie

dynamique de la Chaleur......... ... ..... .. ......... .... .... ...... 216

EXTRAIT 13
: RUDOLF CLAUSIUS. Sur une autreformedu second

principedela théoriemécaniquedela chaleur 220

EXTRAIT 14
: RUDOLF CLAUSIUS. Le secondprincipede la théorie

mécanique de la chaleur.. .... .. .. .... .. ...... ........... 236

EXTRAIT 15
: CAMILLE FLAMMARION. Lafin du monde.. ............. 250

CHAPITRE 4. Interpréter les grandeurs et les principes de la thermodynamique 254

1.
La contribution de Rankine à la théorie de la chaleur..................... 255

1.1.
L'élaboration d'une science de l'énergie 255

1.2.
Les réflexions de Rankine sur les méthodes en physique........... 259

2.
« Une espèce de mouvement qu'on nomme chaleur »...................... 262

2.1.
Le modèle de Krônig 262

2.2.
Laschématisationd'ungazidéalparClausius .................... .... 263

2.3.
Des états de la matière selon Clausius 264

2.4.
Quelques difficultés à rendre compte du comportement d'un gaz
idéal .. ... .. ... .. .. 266

2.5.
Introduction des probabilités dans le modèle du gaz idéal
par Clausius................................................................... 271

3.
De la distribution des vitesses dans un état de chaos moléculaire
aux lois des gaz parfaits dans la théorie dynamique des gaz de Maxwell 274

3.1.
L'analogie mécanique du gaz parfait chez Maxwell..... ............. 274

3.2.
L'analogie mécanique de Maxwell rend-t-elle compte
du comportement du gaz réel? 278

3.3.
La conversion de Maxwell à la réalité des analogies mécaniques 279

4.
Boltzmann et la naissance de la physique statistique....................... 281

4.1.
Un essai d'interprétation mécanique du second prin cipe........... 281

4.2.
L'interprétation statistique du second principe. .. ... .. .. ............. 283

5.
Du dénombrement statistique de Boltzmann et de la quantification
de l'énergie......................... .................................................. 285

5.1.
Un pari risqué: la quantification de l'énergie 285

5.2.
Le dénombrement statistique de Planck peut-il être justifié ?.... 290

5.3.
Le modèle de Jeans (1910) 291

5.4.
UnedernièretentativedejustificationparEhrenfest.......... ...... 292

5.5.
Épilogue............... 294

6.
L'énergétisme contre les constructions mécaniques de l'Univers . 294

EXTRAIT 16
: RUDOLF CLAUSIUS. Sur la nature du mouvement

auquelnousdonnonslenomde chaleur.......................... 299

EXTRAIT 17
: JAMES CLERK MAXWELL. La chaleur.......... ........... 308

EXTRAIT 18
: MAX PLANCK. Autobiographie scientifique 318

EXTRAIT 19: WILHELM O STWALD. La déroute de l'atomism e

contemporain. ... ........ .. ....... .. ... ..... .. .. ...... ...... .. 326

EXTRAIT 20
: M ARCEL BRILLOUIN. Pour la matière 333

EXTRAIT 21
: WILHELM OSTWALD. Lettre sur l'énergétique 338

CHAPITRE 5.
L'accomplissementdelathermodynamique 345

1.
Duhem: réflexions sur la physique 346

1.1.
Pierre Duhem : de la critique de la philosophie mécaniste

à
la recherche d'une intelligibilité aristotélicienne du monde...... 346

1.2.
La physique des principes................................................. 348

2.
La thermodynamique phénoménologique 351

3.
La mécanique statistique selon Gibbs................................. ........ 357

EXTRAIT 22
: PI ERRE DUHEM. Évolution des théoriesphysiques 361

EXTRAIT 23
: PI ERRE DUHEM. Introductionàlamécaniquechimique 363

E XTRAIT 24
: PIERRE DUHEM. Commentaire aux principes

delathermodynamique......... ....... ............ ...... .......... 365

EXTRAIT 25
: PI ERRE DUHEM. Traité d'énergétique,

ou Thermodynamique générale 367

EXTRAIT 26
: PI ERRE DUHEM. Le potentiel thermodynamique

et ses applications à la mécanique chimique et à l'étu de
desphénomènesélectriques.................... .. ........ 371

EXTRAIT 27
: ].-WILLARD GIBBS. Comptes rendus et analyses

par Pierre Duhem 383

CHAPITRE6. Mécanisteseténergétistessurlesailesdu rêve........................ 388

1.
Ludwig Boltzmann... ........ .. .... ......... ............ .... .... ......... .. ....... 389

2.
Wilhelm Ostwald................... .......... ..................................... 390

3.
Pierre Duhem ou l'art de couper les ailes du rêve.... .. ......... 392

4.
Épilogue: le triomphe de l'atomisme .. 393

EXTRAIT 28
: LUDWIG BOLTZMANN. Leçon inaugurale tenue

àLeipzigen novembre 1900..................................... 395

EXTRAIT 29
: WILHELM O STWALD. L 'énerg ie 399

EXTRAIT 30
: PI ERRE DUHEM. Physique de croyant ........... 406

Bibliographie ......... ...................................................................... ....... 409

Indexdes noms................... 415