Benjamin Thompson a réalisé une série d'expériences liées au travail mécanique et à la chaleur. Plus tard, James Joule a repris les expériences de Benjamin Thompson.
La première loi de la thermodynamique a été annoncée par Julius Robert von Mayer en 1841. Mayer a été le premier à vérifier la transformation du travail mécanique en chaleur, et vice versa.
Ces contrôles ont été effectués en même temps que Joule mais séparément. Les deux au 19e siècle.
Les premières déclarations complètes de la loi sont venues en 1850 de Rudolf Clausius et William Rankine. La déclaration de Rankine est considérée comme moins différente de celle de Clausius.
La première loi de la thermodynamique stipule que: "L'énergie totale d'un système isolé n'est ni créée ni détruite, elle reste constante".
Nicolas Léonard Sadi Carnot, le père réputé de la thermodynamique
Paris, 1 juin 1796-24 août 1832
Nicolas Léonard Sadi Carnot était un physicien et ingénieur français pionnier dans l'étude de la thermodynamique. Il est aujourd'hui reconnu comme le fondateur ou le père de la thermodynamique.
Lorsque Carnot a commencé à travailler sur cette question, les machines à vapeur avaient acquis une grande importance économique et industrielle. Cependant, il n'y avait eu aucune étude scientifique à leur sujet.
Carnot voulait répondre à deux questions sur le fonctionnement des moteurs thermiques. Tous deux liés à ses performances thermiques.
Comme Copernic, Carnot n'a publié qu'un seul livre: «Réflexions sur la puissance motrice du feu» (Paris, 1824). Dans son livre, il a exprimé la première théorie réussie de l'efficacité maximale des machines à chaleur.
Dans ce travail, il a jeté les bases d'une toute nouvelle discipline, la thermodynamique.
Cycle de Carnot
Le cycle Carnot est le moteur le plus efficace possible. Cette efficacité n'est pas uniquement due à l'absence de frottement et d'autres processus de déchets accidentels. La raison principale est qu'elle n'implique pas de conduction thermique entre les pièces du moteur à différentes températures.
Carnot savait que la conduction de chaleur entre des corps à différentes températures est un processus inutile et irréversible. La conduction thermique doit être supprimée pour que le moteur thermique atteigne une efficacité maximale.
James Prescott Joule. Chaleur et énergie
Salford, 24 décembre 1818 - vente, 11 octobre 1889.
L'unité de puissance SI, July, porte son nom.
Il a développé l'échelle de température absolue avec Lord Kelvin, décrit la magnétostriction et a trouvé la relation entre le courant électrique à travers une résistance électrique et la dissipation thermique, connue sous le nom de loi de Joule.
Grâce à ses expériences, il a montré que la chaleur et le travail mécanique pouvaient se convertir directement, en maintenant leur valeur générale constante: dans les machines hydrauliques et mécaniques, le frottement transforme la puissance mécanique en chaleur.
Au contraire, dans les machines thermiques, l'effet mécanique produit (travail) provient d'une quantité équivalente de chaleur.
Joule a commencé à jeter les bases expérimentales de la première loi de la thermodynamique.
Joule et Julius Robert von Mayer, qui avaient abouti à des conclusions similaires, ont d'abord été ignorés jusqu'à ce que le physicien allemand Hermann Helmholtz découvre leurs découvertes en 1842. Il les a dûment remerciés lorsqu'il a publié son dernier Energy Conservation Act en 1847.
Expérience mécanique James Prescott Joule
James Joule a proposé un dispositif composé d'un arbre rotatif équipé d'une série de lames tournant entre quatre jeux de lames fixes. Le but de ces palettes était de remuer le liquide placé dans l'espace libre entre elles. L'arbre était relié par un système de poulies et de cordes très fines à une paire de masses de poids connu.
Les parois du conteneur étaient étanches et faites de bois très épais pour simuler une paroi adiabatique.
-
Enroulez la corde retenant les masses sur les poulies jusqu'à ce qu'elles soient placées à une certaine hauteur du sol.
-
Lâchez les masses.
-
L'axe commence à tourner, générant une rotation des bras rotatifs, remuant le liquide, abandonnant une partie de son énergie cinétique et potentielle.
Ce processus a été répété vingt fois. À la fin, la température du liquide a été mesurée.
Premiers résultats
Après une répétition minutieuse, Joule a conclu que la quantité de chaleur produite par le frottement entre les corps, qu'ils soient liquides ou solides, est toujours proportionnelle à la quantité de travail mécanique fournie.
Plus tard, il a effectué plus d'expériences variant:
-
Le type de travail mécanique.
-
Le type de liquide et, par conséquent, ses propriétés.
Les résultats de toutes les expériences ont montré que le changement observé dans le système est toujours le même. Dans cette expérience, le changement est enregistré par la variation de la température du système. Toujours dans des systèmes isolés de l'extérieur.
Il est important de noter que dans ces expériences, ils remplissent les caractéristiques suivantes:
-
Le système ne bouge pas.
-
Son énergie cinétique est nulle.
-
Il ne bouge pas par rapport au niveau du sol.
-
Son énergie potentielle reste constante
-
Le système a absorbé une certaine quantité d'énergie.
Qu'est-ce que l'énergie interne?
Les expériences de Joule ont conclu que le transfert de chaleur dans une machine thermique faisait désormais partie de l'énergie interne de la machine.
Si nous fournissons à un système fermé une certaine quantité d'énergie mécanique W, cela ne provoque qu'une augmentation de l'énergie interne du système thermodynamique.
La variation d'énergie interne dans un processus adiabatique est égale au travail fourni.
Un processus adiabatique est un processus qui n'échange pas de chaleur avec l'extérieur. Si le système n'est pas adiabatique, l'énergie interne est égale au travail moins l'énergie thermique qui est sortie.
Julius Robert von Mayer, le premier de l'histoire à formuler la première loi de la thermodynamique
Heilbronn, 25 novembre 1814-20 mars 1878.
Julius Robert von Mayer était un médecin et physicien allemand et l'un des fondateurs des principes de la thermodynamique.
Julius Robert von Mayer a été largement ignoré par d'autres professionnels de la région. Mayer s'est donc intéressé au domaine de la chaleur et de ses mouvements. Il a présenté une valeur en termes numériques pour l'équivalent mécanique de la chaleur.
En 1841, il fut le premier à formuler le principe de conservation de l'énergie. Par extension, il a également formulé la première loi de la thermodynamique.
Comme il n'était pas pris au sérieux à l'époque, ses réalisations ont été négligées et James Joule a été crédité.
Sur la priorité de cette découverte, il avait un grand désaccord avec le physicien anglais James Prescott Joule.