James Prescott Joule

James Prescott Joule
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Prescott et Joule (homonymie).
James Prescott Joule
Image illustrative de l'article James Prescott Joule
James Prescott Joule
Naissance 24 décembre 1818
Salford (Angleterre)
Décès 11 octobre 1889 (à 70 ans)
Sale (Angleterre)
Nationalité Drapeau de l'Angleterre Anglais
Champs Physique

James Prescott Joule (24 décembre 1818, Salford, près de Manchester, Angleterre11 octobre 1889, Sale) est un physicien (et brasseur) britannique.

Son étude sur la nature de la chaleur et sa découverte de la relation avec le travail mécanique l'ont conduit à la théorie de la conservation de l'énergie (la première loi de la thermodynamique). Il a également énoncé une relation entre le courant électrique traversant une résistance et la chaleur dissipée par celle-ci, appelée au XXe siècle la loi de Joule. Enfin il a travaillé avec Lord Kelvin pour développer l'échelle absolue de température et a étudié la magnétostriction. En 1850, il devient membre de la Royal Society. En 1852, il est lauréat de la Royal Medal et, en 1870, il reçoit la médaille Copley. Dans le système international, l'unité du travail porte son nom : le joule.

Sommaire

Biographie

Jeunesse

Fils du brasseur Benjamin Joule (1784-1858), Joule est éduqué à domicile jusqu'en 1834 date à laquelle il est envoyé étudier, avec son frère aîné, aux côtés de John Dalton à la Manchester Literary and Philosophical Society. Les deux frères étudient deux ans la géométrie et l'arithmétique avant que Dalton ne soit forcé de prendre sa retraite en raison d'un AVC. Cependant l'influence de Dalton fut décisive, ainsi que celle de son associé le chimiste William Henry et des ingénieurs de Manchester Peter Ewart et Eaton Hodgkinson. John Davies prend alors en charge leur éducation. Joule est alors fasciné par l'électricité qu'il expérimente avec son frère en se donnant mutuellement des chocs électriques[1].

Joule travaille ensuite dans la brasserie familiale et y prend un rôle actif jusqu'à la vente de l'usine en 1854. La science n'est alors pour lui qu'un loisir mais il commence rapidement à étudier la faisabilité du remplacement de la machine à vapeur de la brasserie par le moteur électrique qui vient d'être inventé. En 1838 il écrit sa première publication scientifique dans Annals of electricity, le journal scientifique crée par William Sturgeon, collègue de Davies. Il découvre l'effet Joule en 1840[2] et espère une publication par la Royal Society, mais découvre, une première fois, qu'il n'est considéré que comme un simple dilettante provincial. Quand Sturgeon déménage à Manchester en 1840, Joule et lui deviennent le centre d'un cercle d'intellectuels mancuniens. Les deux considèrent que sciences et technologie pourraient et devraient être intégrées[1].

James Joule - Physicien anglais.

Il découvre qu'une livre de charbon dans une machine à vapeur produit cinq fois plus de travail qu'une livre de zinc consommée dans une cellule de Grove[3], un des premiers modèles de piles électriques[4]. Le concept de travail économique[5] de Joule est la capacité d'élever une masse d'une livre de un pied, le pied-livre[6],[1].

Joule était influencé par les idées de Franz Aepinus et tenta d'expliquer les phénomènes électrique et magnétique en termes d'atomes entouré par un « éther calorifique en état de vibration »[1].

Cependant, l'intérêt de Joule se détourna de la question financière restreinte pour celle de la détermination de la quantité d'énergie que pouvait fournir une source donnée d'énergie, l'amenant à supposer la nature convertible de l'énergie. En 1843 il publie des résultats expérimentaux montrant que l'effet thermique qu'il avait quantifié en 1841 était dû à la génération de chaleur dans le matériau conducteur et non de son transfert depuis une autre partie du matériel[7]. Cela constituait une remise en cause directe de la théorie du calorique qui supposait que la chaleur ne pouvait ni être créée ni être détruite et qui dominait le débat scientifique depuis son introduction par Antoine Lavoisier en 1783. Le prestige de Lavoisier et les succès pratiques de la théorie du calorique acquis par Sadi Carnot à propos des machines thermiques depuis 1824 ont rendu difficile l'acceptation des théories du jeune Joule, travaillant en dehors des milieux académiques ou de l'ingénierie. Les tenants de la théorie du calorique pointèrent rapidement la symétrie avec les effets Peltier et Seebeck pour prétendre que chaleur et courant étaient mutuellement convertibles, au moins approximativement, par un processus réversible[1].

L'équivalent mécanique de la chaleur

Joule écrit dans son article de 1843 :

« ... la puissance mécanique employée pour faire tourner une machine électro-magnétique est convertie en chaleur qui provient du passage des courants d'induction à travers ses bobines ; et, d'un autre côté, la puissance motrice du moteur est obtenue aux dépens de la chaleur de la réaction chimique de la batterie grâce à laquelle il fonctionne. »

L'appareil de Joule. 1845.

Joule adopte ici le terme de vis viva (énergie), probablement parce que Hodgkinson a lu un compte-rendu de l'article d'Ewart, On the measure of moving force, à la Literary and Philosophical Society en avril 1844.

Davantage d'expériences et des mesures l'amènent à considérer l'équivalent mécanique de la chaleur par la conversion suivante : 838 pieds-livres de travail sont nécessaires pour élever la température d'une livre d'eau d'un degré Fahrenheit[8]. Il annonce ces résultats à une réunion de la section Chimie de la British Association for the Advancement of Science à Cork en 1843. Il y est accueilli par le silence.

Opiniâtre, Joule commence à chercher une démonstration purement mécanique de la conversion du travail en chaleur. En forçant le passage d'eau à travers un cylindre perforé, il est capable de mesurer un léger échauffement visqueux du fluide. Il obtient alors l'équivalent mécanique de 770 pied-livre/BTU (soit 4,14 J/cal). Le fait que les valeurs obtenues aussi bien électriquement que purement mécaniquement soient identiques, au moins au premier ordre, était pour Joule la preuve de la convertibilité du travail en chaleur.

Joule essaye également une troisième voie : il mesure la chaleur générée lors d'un travail de compression d'un gaz. Il obtient alors l'équivalent mécanique de 823 pied-livre/BTU (4,43 J/cal)[9]. D'une certaine façon cette expérience est celle qui exposait le plus Joule aux critiques mais il anticipe les objections par une pratique expérimentale ingénieuse. Néanmoins son article est refusé par la Royal Society et il doit se contenter d'une publication dans le Philosophical Magazine.

Dans cet article il remet directement en cause la théorie calorique de Carnot et Émile Clapeyron mais ses motivations théologiques sont aussi évidentes :

« Je conçois que cette théorie est ... opposée aux principes reconnus de la philosophie parce que la vis viva peut être détruite par une mauvaise utilisation de l'appareil : ainsi M. Clapeyron tire la conclusion que « la température du feu étant 1000 à 2000°C supérieure à celle de la chaudière, il y a une énorme perte de vis viva dans le passage de la chaleur du foyer à la chaudière ». Croyant que la puissance de détruire revient à Dieu seul j'affirme ... que toute théorie, qui une fois développée, nécessite l'annihilation de forces est forcément erronée. »

L'appareil ayant servi dans l'expérience de Joule pour mesurer l'équivalent mécanique de la chaleur.

En 1845, Joule lit son article On the mechanical equivalent of heat à une réunion de la British Association à Cambridge[10]. Il y relate son travail le plus connu, utilisant une masse tombante pour faire tourner une roue à aubes dans un cylindre calorifugé rempli d'eau dont l'élévation de température est mesurée. Il estime à ce moment l'équivalent mécanique de la chaleur à 819 pieds-livres/BTU (4,41 J/cal).

En 1850, Il publie une mesure plus fine de 772,692 pieds-livres/BTU (4,159 J/cal), encore plus proches des valeurs actuelles[11].

Sources et bibliographie

Travaux de Joule

  • (en) Joule, J.P., The Scientific Papers of James Prescott Joule, Londres, Dawson's, 1965 

Biographies et analyses

Notes et références

  1. a, b, c, d et e Smith (2004)
  2. Joule, J.P. (1841) "On the heat evolved by metallic conductors of electricity" Philosophical Magazine, 19, 260; Scientific Papers 65
  3. William Robert Grove était alors sur le point de donner la première expression générale de la conservation de l'énergie. Ce qu'il fit en 1844.
  4. Smith (1998) p.60
  5. economical duty, en anglais
  6. Cette unité correspond à une quantité d'énergie. L'unité moderne du système international est le Joule : 1 pied-livre = 1,356 Joule.
  7. Joule, J.P. (1843) Philosophical Magazine, 23, 263; Scientific Papers 123
  8. L'unité ici utilisée par Joule équivaut à 5.3803×10-3 J/calorie. L'approximation de Joule était donc de 4,51 J/cal, à comparer avec la valeur acceptée actuellement 4,1860 J/cal (M.W. Zemansky (1968) Heat and Thermodynamics, 5th ed., p. 86).
  9. Joule, J.P. (1845) "On the rarefaction and condensation of air" Philosophical Magazine, Scientific Papers 172
  10. Joule, J.P. (1845) "On the Mechanical Equivalent of Heat", Brit. Assoc. Rep., trans. Chemical Sect, p.31, read before the British Association at Cambridge, June
  11. Joule, J.P (1950) Philosophical Transactions of the Royal Society of London, vol.140, Part 1, pp61-82

Annexes

Sur les autres projets Wikimedia :

Articles connexes


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article James Prescott Joule de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Нужно решить контрольную?

Regardez d'autres dictionnaires:

  • James Prescott Joule — James Joule James Prescott Joule (Salford, Mánchester, 24 de diciembre de 1818 Salford, 11 de octubre de 1889) fue un físico inglés. Fue u …   Wikipedia Español

  • James Prescott Joule — James P. Joule James Prescott Joule (* 24. Dezember 1818 in Salford bei Manchester; † 11. Oktober 1889 in Sale (Greater Manchester), Aussprache: dʒuːl[1]) war ein britischer Physiker …   Deutsch Wikipedia

  • James Prescott Joule — (24 de diciembre de 1818 11 de octubre de 1899) físico inglés a quien se le debe la teoría mecánica del calor y en cuyo honor la unidad de la energía en el Sistema Internacional de Unidades recibe el nombre de Julio. Nació en el seno de una… …   Enciclopedia Universal

  • James Prescott Joule — Infobox Scientist name = James Prescott Joule image width = 200px caption = James Joule English physicist birth date = birth date|1818|12|24 birth place = Salford, Lancashire, England death date = death date and age|1889|10|11|1818|12|24 death… …   Wikipedia

  • James Prescott Joule — noun English physicist who established the mechanical theory of heat and discovered the first law of thermodynamics (1818 1889) • Syn: ↑Joule • Instance Hypernyms: ↑physicist …   Useful english dictionary

  • Joule,James Prescott — Joule (jo͞ol, joul), James Prescott. 1818 1889. British physicist who established the mechanical theory of heat and discovered the first law of thermodynamics. * * * …   Universalium

  • Joule, James Prescott — ▪ English physicist born December 24, 1818, Salford, Lancashire [now in Greater Manchester], England died October 11, 1889, Sale, Cheshire       English physicist who established that the various forms of energy mechanical, electrical, and heat… …   Universalium

  • Joule , James Prescott — (1818–1889) British physicist Joule, the son of a brewer from Salford, received little formal education, was never appointed to an academic post, and remained a brewer all his life. He began work in a private laboratory that his father built near …   Scientists

  • Joule, James (Prescott) — born Dec. 24, 1818, Salford, Lancashire, Eng. died Oct. 11, 1889, Sale, Cheshire English physicist. After studying under John Dalton, in 1840 he described Joule s law, which stated that the heat produced in a wire by an electric current is… …   Universalium

  • Joule, James (Prescott) — (24 dic. 1818, Salford, Lancashire, Inglaterra–11 oct. 1889, Sale, Cheshire). Físico inglés. Después de estudiar bajo la guía de John Dalton, en 1840 describió la ley de Joule, la cual afirmaba que el calor producido en un alambre por una… …   Enciclopedia Universal

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”