Histoire de la thermodynamique classique
De Sadi Carnot à Gibbs
Qu'est-ce que l'énergie ? Si les premières machines tirant parti de la « puissance du feu » ont été construites empiriquement au début du XIXe siècle, il faudra un long parcours, de Sadi Carnot à Gibbs, pour que la science parvienne à s'approprier ce concept qui a toujours fasciné les physiciens. C'est la thermodynamique qui énoncera les lois et les principes de la production [...]
[lire le résumé du livre]
Auteur : Robert LOCQUENEUX
Editeur : Belin
Date parution : 09/2009Quel est le sujet du livre "Histoire de la thermodynamique classique"
Qu'est-ce que l'énergie ? Si les premières machines tirant parti de la « puissance du feu » ont été construites empiriquement au début du XIXe siècle, il faudra un long parcours, de Sadi Carnot à Gibbs, pour que la science parvienne à s'approprier ce concept qui a toujours fasciné les physiciens. C'est la thermodynamique qui énoncera les lois et les principes de la production d'énergie dans les machines thermiques: une formidable histoire, que l'auteur nous conte en la replaçant dans le contexte des grands débats de l'époque. D'avancée en avancée, le domaine d'application de la thermodynamique s'est élargi à une multitude de systèmes: le mouvement perpétuel est-il possible? Quelle est la véritable entité conservée dans la nature ? D'où le Soleil tire-t-il sa chaleur ? L'Univers avance-t-il inéluctablement vers sa mort thermique ? Une ouvrage passionnant qui propose, dans l'esprit de la collection, une sélection de textes fondateurs sur un sujet phare.
Auteurs :PréfacierRobert Locqueneux est historien des sciences, professeur émérite à l'Université de Lille I. Il est l'auteur de nombreux articles pour la Revue d'histoire des sciences et les Cahiers d'histoire et de philosophie des sciences.
En suivant ce lien, retrouvez tous les livres dans la spécialité Philosophie de la chimie et de la physique.Sommaire et contenu du livre "Histoire de la thermodynamique classique - De Sadi Carnot à Gibbs"
Préface 7Avant-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