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Thermodynamique.
Transformation de l'énergie

Histoire de la thermodynamique, chronologie et origine

Histoire de la thermodynamique, chronologie et origine

L’histoire de la thermodynamique classique est une étape fondamentale de l'histoire de la physique, de la chimie et de l'histoire des sciences en général. Ce concept est également lié aux avancées technologiques telles que la production d'électricité et l'utilisation de l'énergie thermique.

Le développement de la thermodynamique s'est poursuivi et s'est poursuivi avec la théorie atomique. De plus, avec une approche ingénieuse, il a mobilisé de nouvelles directions en probabilités et en statistiques ; voir, par exemple, la chronologie de la thermodynamique.

Chronologie de la thermodynamique

L'histoire de la thermodynamique marque ses débuts en 1824.

En 1824, Sadi Carnot est le premier à montrer que le travail peut être obtenu à partir de l'échange de chaleur entre deux sources à des températures différentes. Grâce au théorème de Carnot et à la machine idéale de Carnot (basée sur le cycle de Carnot), il quantifie ce travail et introduit le concept d'efficacité thermodynamique.

En 1848, Lord Kelvin, utilisant le moteur Carnot, introduit le concept de température thermodynamique effective et est à l'origine d'un énoncé de la deuxième loi de la thermodynamique.

En 1850, James Prescott Joule prouve l'égalité des deux formes d'énergie (on croyait alors que le calorique liquide existait encore).

Arrivé à cela, le problème s'est posé que, s'il était possible d'obtenir la chaleur totale du travail, il n'aurait pas été possible d'obtenir l'inverse. Clausius est parvenu à la même conclusion en 1855 lorsqu'il a présenté son inégalité pour reconnaître les processus réversibles des processus irréversibles et l'état de la fonction d'entropie.

En 1876, Willard Gibbs a publié le traité "Sur l'équilibre des substances hétérogènes" (Sur l'équilibre des substances hétérogènes). Dans ce traité, il a montré comment un processus thermodynamique pouvait être représenté graphiquement et comment étudier l'énergie, l'entropie, le volume, la température et la pression de cette manière pouvait anticiper la spontanéité éventuelle du processus considéré.

Le cas de la thermodynamique est emblématique dans l'histoire et dans l'épistémologie des sciences : c'est un de ces cas où la pratique a été pionnière de la théorie elle-même : la première est destinée à la machine à vapeur, puis son fonctionnement théorique a été systématisé à travers ses principes de base.

En 1967, les premières machines à vapeur sont apparues. À cette époque, l'étude de la thermodynamique avait une application pratique dans l'industrie qui a ensuite déclenché la révolution industrielle.

Quelle est l'origine de la thermodynamique ?

Les civilisations anciennes considéraient la chaleur comme quelque chose de lié au feu ont été construites. 

Les anciens Égyptiens considéraient que la chaleur était liée à des origines mythologiques. Dans la tradition philosophique occidentale, Empédocle a proposé une théorie des quatre éléments, dans laquelle toutes les substances dérivent de la terre, de l'eau, de l'air et du feu. Vers 500 av. C., le philosophe grec Héraclite a soutenu que les trois principaux éléments de la nature étaient le feu, la terre et l'eau.

À l'époque moderne, la science parvient à s'approprier ce concept. La chaleur était considérée comme la mesure d'un fluide invisible, appelé calorique. Les corps pouvaient contenir une certaine quantité de ce fluide, ce qui a conduit au terme capacité calorifique.

Les scientifiques européens Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileo Galilei et Santorio Santorio aux XVIe et XVIIe siècles ont pu mesurer la "froideur" ou la "chaleur" relative de l'air, à l'aide d'un thermomètre à air rudimentaire.

Aux XVIIIe et XIXe siècles, les scientifiques ont abandonné l'idée d'un calorique physique et ont plutôt compris la chaleur comme une manifestation de l'énergie interne d'un système. Ils se demandent qu'est ce que l'énergie et quel est son comportement.

Aujourd'hui la chaleur est le transfert d'énergie thermique désordonnée.

Les fondements de la théorie atomique

La théorie atomique est une théorie physique qui suppose que tout dans le monde est constitué des plus petites particules : les atomes, maintenus ensemble par des forces nucléaires et électriques. Au XXe siècle, il a été démontré dans la pratique qu'un atome peut être décomposé en particules subatomiques encore plus petites.

L'atomisme est un élément central de la relation actuelle entre la thermodynamique et la mécanique statistique. Des penseurs anciens comme Leucippe et Démocrite, et plus tard les épicuriens, en faisant progresser l'atomisme, ont jeté les bases de la théorie atomique ultérieure.

Jusqu'à ce que la preuve expérimentale des atomes soit fournie plus tard au XXe siècle, la théorie atomique et les modèles atomiques construites empiriquement étaient largement motivés par des considérations philosophiques et l'intuition scientifique.

Apparition des premières machines thermiques

L’étude de la thermodynamique s'est élargie dans le domaine d’application de l’industrie pendant le siècle XVII.

Le physicien et chimiste irlandais Robert Boyle en 1656, en coordination avec le scientifique anglais Robert Hooke, a construit une pompe à air. À l'aide de cette pompe, Boyle et Hooke ont noté la corrélation pression-volume : PV = constante.

À cette époque, l'air était supposé être un système de particules stationnaires et n'était pas interprété comme un système de molécules en mouvement.

Le concept de mouvement thermique est apparu deux siècles plus tard. Plus tard, après l'invention du thermomètre, la température de la propriété a pu être quantifiée. Cet outil a permis à Gay-Lussac de dériver sa loi, qui a conduit peu après à la loi des gaz parfaits.

Mais, avant même l'établissement de la loi des gaz parfaits, un associé de Boyle nommé Denis Papin a construit en 1679 un digesteur d'os, qui est un récipient fermé avec un couvercle hermétique qui confine la vapeur jusqu'à ce qu'une haute pression soit générée.

Les conceptions ultérieures ont mis en œuvre une soupape de dégagement de vapeur pour empêcher la machine d'exploser. En observant comment la soupape se déplaçait rythmiquement de haut en bas, Papin a conçu l'idée d'un moteur à piston et cylindre, un moteur alternatif.

Cette idée faudra un long parcours dans la technologie.

Qui a inventé la machine à vapeur ?

En 1697, l'ingénieur Thomas Savery avance dans le domaine d'application de la machine de Papin. Savery construit la première machine à vapeur basée sur les plans de Papin. Ce sont des machines tirant de l’énergie thermique suivant le second principe de la thermodynamique.

Bien que ces premiers moteurs aient été inefficaces, ils ont attiré l'attention des plus grands scientifiques de l'époque. L'un de ces scientifiques était Sadi Carnot, le père de la thermodynamique, qui publia en 1824 Réflexions sur la puissance motrice du feu, un discours sur la chaleur, la puissance et l'efficacité des moteurs. Le long parcours de Sadi Carnot à Gibbs définit qu’il n'est pas possible la production d'énergie avec un système le mouvement perpétuel.

Cela marque le début de la thermodynamique en tant que science moderne.

Dans les années qui ont suivi, d'autres variantes de moteurs à vapeur ont été construites, telles que le Newcomen Engine et plus tard le Watt Engine.

Au fil du temps, ces premiers moteurs finiront par être utilisés à la place de la puissance. Par conséquent, chaque moteur a commencé à être associé à une certaine "puissance" en fonction du nombre de chevaux qu'il avait remplacés.

Le principal problème avec ces premiers moteurs était qu'ils étaient lents et maladroits, convertissant moins de 2% du combustible fossile d'entrée, généralement du charbon, en travail utile. D'où la nécessité d'une nouvelle science de la dynamique des moteurs.

La révolution Industrielle a été développée à les les machines thermiques une formidable histoire que l'auteur de cet article considère un véritable entité conservée.

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Date de Publication: 7 mars 2018
Dernière Révision: 29 juin 2022