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Énergie

Énergie

- Energie Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, un mouvement.

Historique

L'étymologie du mot énergie est le mot grec εργοs (ergos) qui signifie « travail ». Après avoir exploité sa propre force, puis celle des esclaves, des animaux et de la nature (les vents et les chutes d'eau), l'homme a appris à exploiter les énergies contenues dans la nature et capables de lui fournir une quantité croissante de travail mécanique par l'emploi de machines: machines outil, chaudières et moteurs. L'énergie est alors fournie par un carburant ou énergie fossile. L'énergie est un concept ancien; L’expérience humaine est que tout travail requiert de la force et produit de la chaleur, que plus on « dépense » de force, plus vite on peut faire un travail, et plus on s'échauffe. Comme l'énergie est nécessaire à toute entreprise humaine, l'approvisionnement en énergie est devenu une des préoccupations majeures des sociétés humaines. Un Grec de l'antiquité possédait en moyenne 5 esclaves. Un ménage moderne avec un compteur électrique de 6 kW possède l'équivalent énergétique de 36 esclaves.

Énergétique

Dans les sociétés industrielles, l'activité humaine passe par la fourniture d'énergie électrique produite par des matières premières, principalement charbon, gaz naturel, pétrole et uranium ; on parle alors d'énergie fossile; ces matières premières sont appelées par extension « énergies ». On parle aussi d'énergies renouvelables lorsque l'on utilise l'énergie solaire, l'énergie éolienne; l'énergie hydraulique des barrages est la plus importante des énergies renouvelables. (Voir ausi: Politique énergétique). L'énergie est un concept essentiel en physique, qui se précise depuis le . On retrouve le concept d'énergie dans toutes les branches de la physique :
- en mécanique,
- en thermodynamique,
- en électromagnétisme,
- en mécanique quantique...
- mais aussi dans les autres disciplines, en particulier en chimie.

Approche vulgarisée

Une unité « universelle »

L'énergie est un concept créé par les humains pour quantifier les interactions entre des phénomènes très différents ; c'est un peu une monnaie d'échange commune entre les phénomènes physiques. Ces échanges sont contrôlés par les lois et principes de la thermodynamique. L'unité officielle de l'énergie est le joule. Lorsqu'un phénomène entraîne un autre phénomène, l'intensité du second dépend de l'intensité du premier. Par exemple, les réactions chimiques dans les muscles d'un cycliste lui permettent de provoquer le déplacement du vélo. L'intensité de ce déplacement (c'est-à-dire la vitesse) dépend de l'intensité des réactions chimiques des muscles du cycliste, qui peuvent être quantifiées (la quantité de sucre « brûlée » par la respiration, le métabolisme du muscle). Prenons un exemple plus complexe. Un moteur à explosion fonctionne grâce à une réaction chimique : la combustion (ou « explosion ») qui à lieu à l'intérieur d'un cylindre. Cette réaction correspond à une transformation du combustible de départ (l'essence) en gaz avec émission de chaleur et de lumière, ce qui se traduit par une augmentation de la température et de la pression dans le piston; la différence de pression entre ce gaz et l'atmosphère de l'autre côté du piston déplace ce dernier, qui va, à travers une transmission mécanique, faire tourner les roues ainsi qu'un alternateur qui va produire de l'électricité. Au passage, il y aura des frottements mécaniques qui produiront un échauffement et une usure. On a donc un réarrangement des molécules (rupture et recréation de liaisons chimiques) qui provoque une augmentation de la quantité de mouvement des molécules (ce qui se traduit par une augmentation de la température du gaz et donc une augmentation de sa pression), qui lui-même provoque le mouvement d'un solide (le piston), qui va entraîner un système de transmission, et pouvoir ainsi d'une part faire tourner un axe, qui peut être par exemple relié au roues d'une voiture ou bien a un alternateur. L'entrainement de la pièce mobile de cet alternateur va faire tourner un aimant qui, par induction au sein d'une bobine, va provoquer un déplacement d'électrons (courant électrique). Le concept d'énergie va permettre de calculer l'intensité des différents phénomènes (par exemple la vitesse de la voiture et la quantité d'électricité produite par l'alternateur) en fonction de l'intensité du phénomène initial (la quantité de gaz et la chaleur produite par la réaction chimique de combustion). ; Remarques
- Dans les applications grand public, et notamment dans le domaine de la nutrition, on exprime fréquemment l'énergie en calories ; la calorie est en toute rigueur l'énergie qu'il faut fournir pour faire chauffer un gramme d'eau de un degré Celsius, mais les nutritionnistes nomment par simplification « calorie » ce que les physiciens nomment « kilocalorie ».
- En électricité, on utilise le watt-heure (Wh), énergie consommée pendant une heure par un appareil ayant une puissance d'un watt, ou encore son multiple le kilowattheure (kWh) qui vaut 1 000 Wh. Celui-ci n'est pas très éloigné du travail que peut effectuer un cheval en une heure (736 Wh par convention) excepté en termes de coût, car il revient en France en 2005 à 7 centimes d'euro.
- Pour des raisons thermodynamiques (second principe), toute transformation énergétique réelle est irréversible, ce qui veut dire qu'en inversant l'opération (exemple : retransformer en mouvement via un moteur électrique l'énergie produite par la dynamo d'un vélo) on ne retrouve pas la quantité l'énergie consommée au départ. Cela est lié aux pertes.

L'énergie et la révolution industrielle

Le concept d'énergie est fondamental pour l'étude des phénomènes de transformation (comme la chimie et la métallurgie) et de transmission mécanique, qui sont la base de la Révolution industrielle. Le concept physique d'énergie est donc logiquement né au . En 1686, Leibniz montre que la quantité m·v, appelée « force vive », se conserve. En 1788, Lagrange montre l'invariance de la somme de deux quantités, que l'on appelllera plus tard « énergie cinétique » et « énergie potentielle ». Au , on parvient par une série d'expériences à mettre en évidence des constats ou lois :
- on constate que la chute d'un poids donné d'une même hauteur produit toujours le même échauffement (calorimétrie) ;
- et si la vitesse finale n'est pas nulle, la hausse de température est moindre, comme si seulement une partie de la chute était convertie en vitesse et le reste en chaleur ;
- de même un échauffement pourra produire une dilatation, une augmentation de pression, qui elle-même permettra de « travailler » par exemple en déplaçant une masse ; et le total est toujours conservé : ainsi naît le concept scientifique d'énergie, « chose » encore indéterminée mais dont on postule une propriété : : L'énergie se conserve dans tous les phénomènes, devenant tour à tour, chaleur, pression, vitesse, hauteur, etc. Ainsi, grâce à l'énergie, on peut mettre en relation des observations aussi différentes qu'un mouvement, une rotation, une température, la couleur d'un corps ou d'une lumière, une consommation de sucre ou de charbon, une usure, etc. Il apparaît également que si l'énergie se conserve et se transforme, certaines transformations sont faciles ou réversibles et d'autres non. Exemple : Il est facile de transformer de la hauteur de chute en échauffement, et on peut le faire intégralement, en revanche l'inverse est difficile (il faut des appareils complexes) et une partie de l'« énergie » devra être diffusée et donc perdue. Cette observation sera à la base de l'idée d'entropie. À partir du concept de conservation de l'énergie (en quantité), on pourra regarder d'un œil différent des systèmes complexes (notamment biologiques et chimiques) qui violent apparemment cette loi, et on parviendra, moyennant de nouveaux progrès scientifiques, à toujours valider le postulat ou principe de conservation de l'énergie.

Énergie et ésotérisme

Cependant, cette notion de « quelque chose » est assez floue et assez bien illustré par la boutade : :principe -1 de la thermodynamique : l'énergie existe, la preuve, c'est qu'on la paie (référence aux principes de la thermodynamique). Cette notion floue a laissé l'image dans de nombreux esprit d'une sorte de fluide qui passerait d'un objet à l'autre au cours des transformations, réminescence du concept de phlogistique (un « fluide immatériel » censé véhiculer la chaleur). Faute d'un vocabulaire plus approprié, le terme « énergie » revient fréquemment dans les discours pseudo-scientifiques. La confusion est en partie entretenue par des simplifications de langage, où par commodité on énonce parfois que
- une onde est un transport d'énergie sans transport de matière
—ou bien —
- la masse est une forme d'énergie :

E = mc^2

alors que des formulation exactes (mais parfois plus longues) seraient :
- une onde propage une perturbation sans transport de matière
— et —
- de la masse peut se transformer en énergie électromagnétique et vice versa , les intensité des phénomènes (perturbation et masse) pouvant s'exprimer sous la forme d'une énergie. ; Notes
- L'inadéquation de ce concept a été montrée par des machines à frottement, montrant qu'on pouvait tirer de la matière autant de phlogistique qu'on le désirait sans qu'elle se modifie en quoi que ce soit
- Sachant que la relation E=mc² est vraie pour les seules particules dotées de masse au repos, et non pour les photons (voir à leur sujet : Impulsion)

Énergie en sciences physiques

En physique, l'énergie est donc une manière d'exprimer l'intensité des phénomènes ; c'est de fait une quantité mesurable, et qui s'exprime de manière différente selon les transformations que subit un système (réaction chimique, choc, mouvement, réaction nucléaire etc.). L'énergie se définissant de manière différente selon les phénomènes, on peut de fait définir diverses « formes d'énergie » (voir plus loin). Par ailleurs, d'après la loi de causalité, un phénomène a une cause ; c'est la variaiton d'intensité du phénomène-cause qui provoque la variation de l'intensité du phénomène-effet. Si les intensités des phénomènes cause et effet sont exprimée sous la forme d'une énergie, on voit alors que l'énergie se conserve (voir ci-après). L'unité du système international pour mesurer l'énergie est le joule (J). Certaines activités utilisent d'autres unités, notamment l'électron-volt (1 eV = 1,602·10^-19 J), le kilowatt-heure (1 kWh = 3,6 MJ), la calorie (4,18 J), la Calorie (alimentaire : 4 180 J ; notez le C capitale), et le kilogramme en physique relativiste. La thermodynamique est la discipline qui étudie les transformations de l'énergie qui font intervenir l'énergie thermique. Le premier principe affirme que l'énergie se conserve, le second principe impose des limitations à la transformation de l'énergie thermique en énergie mécanique, électrique ou autre.

Energie, puissance et force

Le mot « énergie » provient du mot grec signifiant « travail ». Mais le mot « travail » est aussi utilisé en physique pour désigner l'énergie fournie par l'action d'une force. En physique, force et énergie sont deux manières différentes de modéliser les phénomènes. Par exemple, on pourra traiter la chute d'un objet soit:
- avec les forces : en appliquant les lois du mouvement de Newton, en écrivant que l'accélération est proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse ;
- ou avec les énergies : en formulant que la diminution de l'énergie potentielle de gravité est égale à l'augmentation de l'énergie cinétique. Le travail désigne donc l'énergie d'un phénomène qui peut aussi être modélisé par une force, c'est-à-dire un phénomène qui provoque une action dirigée dans une direction. Cependant, certains phénomènes ont une action désordonnée, chaotique ; par exemple, l'agitation des molécules d'un gaz au repos (sans vent), ou bien l'agitation des atomes d'un solide. Cette agitation désordonnée provoque la sensation de « chaud », et elle est mesurée par un paramètre appelé température. L'énergie liée à cette agitation désordonnée est appelée énergie thermique.

Rendement

L'énergie « libérée » par un phénomène se disperse entre plusieurs autres phénomènes. Ainsi, dans une flamme (réaction chimique), une partie de l'énergie dégagée devient chaleur, une autre lumière, une autre fraction est stockée dans des molécules complexes, etc. Le rendement, c'est le quotient entre l'énergie qui prend la forme qui nous intéresse et l'énergie dépensée. Par exemple, dans le cas d'un moteur, ce qui nous intéresse, c'est le mouvement mécanique produit. Le reste de l'énergie est au mieux considéré comme perdu (cas de ce qui part en chaleur dans les gaz d'échappement), au pire nuisible (cas de ce qui part en travail d'usure physique ou chimique du moteur). Un moteur idéal, qui convertirait toute l'énergie de combustion de l'essence en mouvement mécanique du véhicule, aurait un rendement de 1 (ou de 100 %). Le rendement réel est bien sûr toujours inférieur à 1. Dans certain cas, il peut apparaître un rendement « apparent » supérieur à 1 :
- une pompe à chaleur donne couramment 3 fois plus de chaleur qu'on lui a injecté d'énergie électrique. Cela n'est possible que parce que l'on a compté en sortie la chaleur pompée à l'extérieur. Dans ce cas, le rendement énergétique est égal à 1 (par définition, puisque l'énergie se conserve) ce qui fait que ce paramètre de rendement n'a aucune utilité pratique, et qu'il vaut mieux utiliser le rendement apparent. Un autre cas de rendement apparent supérieur à 1 provient d'une sous-estimation de l'énergie injectée. Ainsi, pour les chaudières on prend traditionnellement comme référence l'énergie « PCI » du combustible, qui suppose une combustion ne produisant que des gaz. Les chaudières à condensation, capables de récupérer l'énergie thermique de la transformation de la vapeur d'eau en liquide, ont pu ainsi afficher des rendements supérieurs à 1.

Loi de conservation

L'énergie est une quantité qui se conserve. La notion de conservation est relativement simple à comprendre. Si on met dans un volume quelque chose et que l'on ferme bien la boîte, l'on s'attend à y retrouver, lorsqu’on l’ouvrera ultérieurement, ce qu'on y a mis. Ceci en physique s'appelle un principe de conservation ; la boîte est l'ensemble des phénomènes considérés. Si on ne retrouve pas tout, c'est que une partie a pu sortir sous une forme ou une autre ou même que ce qui manque (ou est en plus) a changé de forme et qu’on ne s'en est pas rendu compte. On a en fait « oublié de mettre un élément dans la boîte », on a négligé d'inclure un phénomène dans le système. Ce principe est tellement fort en physique qu’à chaque fois qu'il a parut ne pas être vérifié cela a conduit à des découvertes importantes. Chaque fois qu'il a semblé que l'énergie n'était pas conservée, il s'agissait en fait de sa transformation en une nouvelle forme. Par exemple, la radioactivité a un temps été interprétée comme la ré-émission de quelque chose qui était reçu de l'extérieur et l'explication est venue de l'équivalence masse énergie. L'énergie dans un volume est donc d'office conservée, par principe, et si elle diminue dans le volume, c'est que une partie en est sortie... ou qu'elle s'est transformée en quelque chose qu'il nous faut identifier : chaleur, masse, rayonnement etc. La perte d'énergie, même minime, est fréquemment due à sa transformation en énergie thermique. On est tenté d'écrire : : « L'énergie se transforme d'une forme en une autre, mais ne disparaît jamais. » La formulation exacte serait : : « Lorsque l'intensité d'un phénomène varie, cela ne peut se faire que par la variation d'un autre phénomène ; la somme des énergies représentant l'intensité de ces phénomènes est une constante. » Dans les processus radioactifs, le mouvement de la particule éjectée, ou l'impulsion du photon créé, provient de la disparition de la masse ; on écrit souvent par un raccourci que « l'énergie de masse se transforme en énergie cinétique ». L'énergie d'une réaction chimique correspond à une variation de masse trop infime pour être mesurable, ce qui a fait croire un temps à la conservation de la masse dans les réactions chimiques. De fait, on considère toujours actuellement que la masse se concerve lors d'une réaction chimique, mais l'on sait que c'est une approximation. Un résultat majeur de la physique théorique se basant sur le formalisme lagrangien, le théorème de Noether, montre que le fait que l'énergie se conserve est équivalent à la symétrie de translation dans le temps des équations de la physique. Cette quantité est composée d'éléments divers (énergie thermique, énergie cinétique, énergie de masse etc.), qui s'échangent dans un jeu qui est toujours à sommes nulles. Le théorème de Noether montre que cette caractéristique est équivalente à la symétrie des équations physiques par rapport à une translation dans le temps ou l'espace.

Formes d'énergie

En pratique, on distingue souvent différentes « formes » d'énergie. Toutefois, il faut être conscient que l'énergie sert à mesurer l'intensité d'un phénomène, cette division n'est qu'une manière de faire correspondre l'énergie au phénomène qu'elle mesure. Par ailleurs, cette distinction n'a rien d'absolu, mais dépend uniquement de la position de l'observateur : le principe de relativité s'applique aussi à l'énergie, de sorte que le même phénomène pourra être analysé en terme d'énergie « cinétique », « électromagnétique », ou « potentielle »... Les formes d'énergie classiquement considérées sont :
- énergie cinétique : l'énergie associée au mouvement d'un corps ou d'une particule ; cela comprend également l'énergie électromagnétique transportée par les photons (lumière, ondes radio, rayons X et γ...) ou par des particules chargées (énergie électrique).
- énergie thermique : l'énergie cinétique d'un ensemble au repos.
- On peut dire que les autres types d'énergie sont des énergies potentielles : moyennant un petit changement, possible sans travail, un système instable se transforme en un système plus stable, avec dégagement de la différence d'énergie entre les deux systèmes (le plus stable ayant une énergie moindre).
- énergie de masse ou énergie nucléaire : avec la théorie de la relativité, Einstein nous a appris que masse et énergie sont équivalentes (le fameux E= mc²). Par exemple, lors de fission nucléaire, la masse totale de matière diminue légèrement. La masse « manquante » est convertie en énergie cinétique. Dans les centrales nucléaires, cette énergie est ensuite transformée en énergie thermique et finalement en production d'électricité.
- énergie potentielle mécanique (énergie potentielle de gravité ou énergie potentielle élastique) qui forme avec l'énergie cinétique ce qu'on appelle l'énergie mécanique.
- énergie potentielle chimique
- énergie potentielle électromagnétique (énergie potentielle électrostatique ou magnétostatique ): position instable d'une ou plusieurs particule(s) chargée(s) dans un champ électromagnétique, par exemple l'énergie stockée dans un condensateur ou dans une bobine électrique.
- chaleur latente
- énergie libre Par ailleurs, on appelle improprement et par extension « énergie » des sources de puissance utilisée par l'homme, qui relève en fait de l'énergie cinétique d'un fluide particulier (air, eau) ou de particules (photons, éléments de fission ou produits de fusion nucléaire)
- énergie nucléaire
- énergie éolienne
- énergie solaire
- énergie marémotrice

Énergie et puissance

L'énergie dépensée pour créer un phénomène mesure l'ampleur du phénomène final. Cette énergie est fournie par un autre phénomène, appelé « phénomène moteur ». Certains phénomènes moteurs vont faire le travail rapidement, d'autre plus lentement ; par exemple, un manutentionnaire gringalet mettra longtemps avant de monter des parpaings un par un en haut de l'échafaudage, alors qu'un manutentionnaire musclé en portera plusieurs à la fois et sera plus rapide (en revanche, le résultat final sera exactement le même). Cette capacité à mobiliser beaucoup d'énergie en un temps donné est appelée puissance du phénomène moteur : :la puissance est l'énergie fournie par un phénomène divisée par la durée du phénomène, P = E/t. La puissance se mesure en watts (1 W = 1 J/s) Voir l'article détaillé Puissance.

Approvisionnement en énergie

Les sources d'énergies utilisées par l'homme sont :
- Les énergies d’origine fossile (gaz, pétrole, charbon) dans les voitures, les avions, les centrales thermiques...
- L'énergie d’origine nucléaire obtenue par fission nucléaire (la fusion nucléaire n'étant pas envisageable dans un avenir prévisible à court terme)
- L'énergie d’origine biomassique (biomasse sèche, biomasse humide et biocarburants)
- L'énergie d’origine hydraulique des fleuves, barrages et conduites forcées; renouvelable.
- L'énergie d’origine éolienne
- L'énergie d’origine solaire (conversion de l'énergie lumineuse en chaleur ou en électricité)
- L'énergie d’origine géothermique
- L'énergie d’origine marémotrice

Quelques chiffres intéressants

En 1960, 50% de l'électricité produite en France venait de sources renouvelables (hydroélectricité). Le doublement de la consommation était prévu tous les dix ans (loi vérifiée depuis le début du siècle), et ce bon rapport ne pouvait être maintenu, tous les sites favorables étant équipés. La relève fut assurée par le nucléaire qui fournit aujourd'hui 80% de l'électricité. La régularité du doublement en 10 ans a pris fin au moment du choc pétrolier de 1973. L'Allemagne a fait récemment grimper sa production d'électricité éolienne de 38% par an pendant deux années consécutives. Elle contribue pour 10% de ses besoins. Pour fixer les idées, les moteurs réunis de la fusée Saturne V dans les années 60 consommaient à eux seuls pendant les quelques minutes de leur combustion une énergie équivalente à un millième de ce qui était brûlé en pétrole sur la planète pendant le même temps. (source : L'économie de l'énergie, Yves Manguy, Dunod) Le prix du pétrole est en septembre 2004 voisin de 50 dollars le baril. Il reste à environ 50 dollars en mars 2005. Des experts ont fait savoir le 7 juin 2004 que ce prix ne pourrait se maintenir de façon viable et qu'à court terme une montée à 180 dollars le baril serait probable. L'augmentation des cours de 25% entre juin et septembre 2004 attire à nouveau l'attention sur leur communication de l'époque :
- [http://news.bbc.co.uk/1/hi/business/3777413.stm Quadruplement des cours à court terme signalé en juin 2004] (BBC)
- Consommation d'énergie de quelques pays industrialisés, d'après les chiffres de L'état du monde 2004, Paris, La Découverte, 2003 : on observe que les pays à climat froid (Scandinavie) et les pays immenses (États-Unis, Canada, Australie) consomment le plus d'énergie. Selon le site du CEA, un parc de 4 réacteurs à fusion du type ITER pour une fourniture en continu de 4x1500 MW (600 000 personnes) occuperait 1 km² : http://www-drfc.cea.fr/

Voir aussi

Articles connexes

- Consommation d'énergie
- Craquage de l'eau
- Énergie primaire
- Énergie renouvelable
- Énergie nucléaire
- Pic pétrolier
- Production d'électricité
- Arrêt du nucléaire

Liens externes

- [http://www.greenpeace.org/france_fr/multimedia/download/1/359529/0/Eole_ou_Pluton_VF.pdftarget= Eole ou pluton étude comparative entre le nucléaire et l'énergie éolienne] ja:エネルギー ko:에너지 ms:Tenaga simple:Energy th:พลังงาน

Catégorie:Énergie

Energie Energie ja:Category:エネルギー ko:분류:에너지

Travail

catégorie:travail

Étymologie

Le mot travail vient du bas latin tripalium () instrument de torture formé de trois pieux.
Altération sous l'influence de la famille de trabs, trabis : poutre. (travée)
Au : Travail = Tourment, souffrance. Travailler = Tourmenter, souffrir. Il désigne ce qu'endure la femme dans l'enfantement.
Au : « Se donner de la peine pour »..

Tentatives de définition

Sens Restreint. - le travail: action non dictée par la survie de l'espèce, bien souvent en échange d'une rémunération ou gratification.
Sens Large. - travail : toute action nécessitant de l'énergie ; demandant des efforts.
Autre: accomplir une activité quelconque contre rémunération ou non (bénévolat).
Travail : le fait d'agir sur quelque chose, ou quelqu'un, pour le modifier. `qu'est ce que le travail? Dans notre société, le travail payé est sans doute devenu la valeur la plus importante, après l'argent. Alors que pour beaucoup Dieu est mort, et avec lui la culture religieuse, que la conscience politique et de la communauté ont disparu, la place du travail payé est devenue dominante comme moyen de gagner de l'argent. De l'avis du matérialiste: "Cela est dû au fait que la sphère économique occupe de plus en plus de place dans nos vies. Nous voulons consommer, c'est l'idéal de nos vies, donc nous voulons travailler. Aujourd'hui ce n'est peut-être plus tant pour paresser que nous travaillons (Jean-Jacques Rousseau) mais pour consommer. Ainsi, quand nous avons fini de travailler, nous consommons et restons donc un peu plus dans la sphère marchande." Dans le même temps, le travail se vide de sa dimension de sociabilité, de la charge éthique et symbolique qui faisait sa consistance, pour ne retenir que la valeur de l'efficacité économique.

Types de travail

- Salariat
- Télétravail
- Esclavage
- Travail libre
- Travail associé
- Travail des enfants
- Travail des hommes

Travail des hommes

Cet article va traiter du travail des hommes car, les hommes, dans nos sociétés, travaillent. Dans les sociétés primitives, le travail est inconnu. Pourquoi les hommes, dans nos sociétés, travaillent-ils ? On apporte parfois la réponse suivante : pour gagner de l'argent, car comment peut-on vivre sans argent. Cette réponse est totalement fausse, car elle n'est que le résultat d'une observation superficielle. Les hommes vivent sur la Terre ; ils ne peuvent survivre, vivre et se développer sur cette planète qu'en utilisant les ressources qu'elle met à leur disposition ; malheureusement pour eux, pour nous, ces ressources naturelles ne sont que des matières brutes qui, comme telles, sont inutilisables , c'est-à-dire, ne sont pas consommables. Mais l'expérience des hommes et les sciences nous ont montré que ces matières brutes peuvent être transformées en produits consommables. Mais cela ne se fait pas automatiquement : les hommes doivent travailler. Qu'est-ce que cela signifie « travailler » ? Pour le comprendre, il faut partir d'un adage philosophique : « être, c'est agir » ; la nature est, tous les éléments de la nature, sont ; par conséquent, la nature et tous ses éléments agissent.[http://www.users.swing.be/sw102833/econodet.htm]à la rubrique « Philosophie de l'économie ». Comment agissent les éléments de la nature ? Les sciences naturelles nous le disent : ils agissent toujours de la même manière, dans les mêmes conditions et leur action est automatique dès que les conditions en sont remplies. Par conséquent,qu'est-ce que l'homme doit faire pour que les ressources naturelles agissent et se transforment en produits consommables. Il faut et il suffit qu'il réunisse les conditions d'action de ces ressources naturelles. Exemple : pour que le minerai de fer se transforme en fonte, il doit rapprocher le minerai de fer d'une source de chaleur, soit le charbon, mais le charbon ne s'allume pas tout seul, il faudra en plus une allumette quelconque ; mais le minerai de fer, il faudra aller le chercher dans la terre, ensuite, il faudra le transporter jusque l'endroit où se trouve du charbon,il est rare que le charbon soit à découvert et dans la plupart des cas, il faudra aller le chercher dans la terre, ce qui suppose creuser des puits d'extraction, puis des galeries, puis des moyens pour amener ce charbon à la surface, construire ensuite un haut-fourneau, y introduire tant le minerai que le charbon et enfin allumer le tout, mais ce n'est pas encore tout car il faut recueillir le résultat et enfin, on peut espérer avoir de la fonte... On admet généralement que le travail est pénible, mais on ne sait pas trop pourquoi et l'on dit, en forme de blague, que l'homme n'est pas fait pour le travail parce que le travail le fatigue, autrement dit, l'homme serait un peu fainéant sur les bords. La vraie raison de la pénibilité du travail, ce sont les lourdes contraintes qui pèsent sur le travail et la brève description tout à fait incomplète permet déjà de s'en rendre compte. Quelles sont ces contraintes ?
Le savoir: pour faire agir les éléments de la nature, il faut, en effet,savoir comment ils agissent ; ce sont les sciences naturelles qui nous le disent énonçant les lois naturelles; par exemple, en ce qui concerne la chimie, tel élément bout à tant de degrés, il fond à telle température, il se combine avec d'autres sous telles conditions de pression et de température, etc. et en dehors de cela, ils ne veulent rien entendre.Il est évident que sans les sciences, nous ne pourrions être arrivés à notre degré de développement actuel. Mais le savoir ne s'acquiert pas si facilement : il suppose de longues années d'études, lesquelles suppose bien des efforts de l'étudiant. Le savoir constitue déjà en lui-même une contrainte non négligeable et qui réclame d'ailleurs un lourd travail de la société tout entière : établir des écoles, former des professeurs, fournir des moyens aux élèves comme des livres, des cahiers, des plumes, des crayons, des moyens de subsistance tant aux élèves qu'aux profeseurs, etc. la tâche est lourde, il n'y a qu'à consulter les budgets de l'Education nationale pour s'en convaincre.
2ième contrainte : l'énergie; il suffit de considérer que ce n'est que depuis que des énergies nouvelles ont été découvertes et des moyens de les utiliser: vapeur, gaz, pétrole, électricité pour ne citer que celles-là, qu'il a été possible d'arriver à notre degré de développement ; car, ce sont ces moyens qui ont permis la Révolution industrielle.
3ième contrainte: l'espace. Toutes les matières premières ne sont pas réunies en un même lieu ; au contraire, elles sont dispersées à la surface de la Terre ; ce fait, va imposer aux hommes de les rapprocher les unes des autres pour qu'elles puissent agir ensemble ; donc, il faudra les manipuler, les véhiculer ; ce qui posent encore de difficiles problèmes car ces matières sont volumineuses, pondéreuses et les hommes devront disposer de moyens de transports et de manutention importants ; ils devront ausi vaincre les obstacles naturels comme les rivières, les fleuves, les montagnes, les mers, les océans, les diverses différences de relief.
4ième contrainte: le temps. Il faut du temps pour réaliser toutes ces opérations : notre vitesse de déplacement est de 5Km/H en marchant sans porter de charges ; nous avons actuellement toutes les aides à portée de la main ; mais de toutes façons leur vitesse est aussi limitées : un minéralier qui franchit les océans a une vitesse de 30 noeuds ou 40 peut-être. L'énergie, l'espace, le temps, le savoir sont les lourdes contraintes qui pèsent sur le travail. Qu'en conclure ? Que l'individu isolé est incapable de faire face à la satisfaction de ses besoins. Et c'est la raison pour laquelle les hommes, non seulement vivent en société, mais aussi travaillent en société.

Quelques citations

- « Paressons en toutes choses, hormis en aimant et en buvant, hormis en paressant. », Lessing.
- « Ô Paresse, prends pitié de notre longue misère ! Ô Paresse, mère des arts et des nobles vertus, sois le baume des angoisses humaines ! », Lafargue.
- « Le travail éloigne de nous l'ennui, le vice et le besoin. », Voltaire.
- « L'oisiveté est mère de toute psychologie. En quoi la psychologie serait-elle...un vice? », Nietzsche.
- « L’oisiveté est, dit-on, la mère de tous les vices, mais l’excès de travail est le père de toutes les soumissions. », Albert Jacquard.
- « La force de travail est une marchandise que son possesseur, le salarié, vend au capital. Pourquoi la vend-il ? Pour vivre. Mais la manifestation de la force de travail, le travail, est l'activité vitale propre à l'ouvrier, sa façon à lui de manifester sa vie. Et c'est cette activité vitale qu'il vend à un tiers pour assurer ses moyen de subsistance nécessaires. Son activité vitale n'est donc pour lui qu'un moyen de pouvoir exister. Il travaille pour vivre. », 1847, Karl Marx, Travail salarié et capital.
- « C'est pour parvenir au repos que chacun travaille, c'est encore la paresse qui nous rend laborieux. », Jean-Jacques Rousseau.
- « Le travail implique la pénibilité, le salariat, la subordination. », Alain Caillé.
- « On croit d'abord qu'on travaille pour soi, on se figure ensuite qu'on travaille pour sa femme, on est persuadé plus tard qu'on travaille pour ses enfants, on s'aperçoit en fin de compte qu'on travaille pour travailler. », Auguste Detœuf, propos d'Oscar Barenton, confiseur.
- « Les sociétés humaines ne sont pas soumises d'emblée et toujours aux contraintes de la rareté matérielle qu'elles ne songent pas d'abord et avant tout à accumuler des choses utiles. Elles manifestent au contraire leur écart à la necessité matérielle et le refus de s'y plier... », Revue du Mauss n°18
- « Le travail est ce que l'homme a trouvé de mieux pour ne rien faire de sa vie. », Raoul Vaneigem
- << Le travail, c'est assouvir ses besoins en assouvissant ceux des autres. Il est l'expression créative de ses idées dans la communauté. La création de l'un modifie le comportement des autres. >>
- Denis Orban
- « Parce qu'il ne faut plus travailler, parce qu'il ne faut plus souffrir, parce qu'il ne faut plus rien faire... Ah, ce maudit paradis ! Hélène, il n'y a rien de pire que le paradis sur terre ! », čapek

Quelques pistes de lectures, pour commencer

critique du travail (voire "abolition du travail") :
- Le Droit à la paresse, de Paul Lafargue.
- Le Capital, de Karl Marx.
- Adieux au Prolétariat, d'André Gorz.
- L'Abolition du travail, de Bob Black.
- Manifeste contre le travail, du groupe allemand Krisis.
- L'An 01, de Gébé.
- La Fin du travail, de Jeremy Rifkin. sur le travail ouvrier :
- La Condition ouvrière, de Simone Weil

Le Travail et la Démocratie dans la Grèce Antique

Étudions les relations qu'entretiennent Travail et Démocratie à travers un exemple, celui de l'Athènes antique...

Le Travail méprisé

Les civilisations antiques méprisaient le Travail, car il représentait une activité qui assujettit l'homme à l'ordre de la nécessité. Ainsi, les Grecs - et notamment les Athéniens - ont-ils tenu le Travail en piètre estime dans la mesure où travailler c'est d'abord aliéner sa liberté au service de la matière ou d'autrui, alors que sa nature devrait porter l'homme à s'en affranchir pour commander à l'une ou à l'autre. La philosophe et historienne américaine Hannah Arendt explique avec perspicacité dans Condition de l'homme moderne (1) cette antique conception du Travail. Elle montre que dire que le travail et l'artisanat étaient méprisés dans l'antiquité parce qu'ils étaient réservés aux esclaves est un énorme préjugé moderne. Au contraire, les Anciens faisaient le raisonnement inverse : ils jugeaient qu'il fallait avoir des esclaves à cause de la nature servile de toutes les occupations qui pourvoyaient aux besoins de la vie. C'est même par ces motifs que l'on défendait et justifiait l'institution de l'esclavage. Arendt souligne aussi que cette institution de l'esclavage ne fut ni un moyen de se procurer de la main-d'œuvre à bon marché, ni un instrument d'exploitation en vue de faire des bénéfices ; ce fut plutôt une tentative pour éliminer des conditions de la vie le Travail. Ce que les hommes partagent avec les autres animaux, on ne le considérait pas comme humain. Ainsi, Aristote explicita la nature non humaine de l'esclave. Pour autant, il ne niait pas que l'esclave fût capable d'être humain ; il refusait de donner le nom d' « hommes » aux membres de l'espèce humaine tant qu'ils étaient totalement soumis à la nécessité.

La Démocratie athénienne, un « loisir »

Ces « hommes » libres, qui vaquaient à des occupations « humaines », percevaient également l'institution de l'esclavage comme un haut intérêt politique. En effet, Athènes a inventé la Démocratie, dit-on. Et les esclaves en étaient paradoxalement les garants : ils libéraient les citoyens athéniens - cinq fois moins nombreux qu'eux - du travail et leur permettaient de pratiquer leur « loisir favori », la politique. Le sport et les arts étaient également adulés, mais la philosophie, et sa fille la politique, étaient ce qui rassemblait les citoyens, ce qui caractérisait le corps des citoyens, ce qui les différenciait. Dans un esprit « libertaire » et « égalitaire » (pour les citoyens hommes uniquement), Athènes se vit accoucher de la Démocratie qu'il fallut faire grandir, qu'il fallut améliorer. Un système démocratique complexe se mit en place au fil des VI et V siècles avant J.-C. Pour faire simple, il garantissait la participation de tous les membres du corps des citoyens à l'exercice de la gestion de la cité : tous les citoyens (hommes majeurs uniquement, les femmes ne représentant, à leurs yeux, que l'aspect privé de la vie du citoyen, c'est-à-dire pas grand-chose) peuvent siéger à l'Assemblée du peuple, organe législatif. 500 des citoyens sont tirés au sort et siègent au Conseil, l'organe exécutif. Il y a un président du Conseil différent chaque jour (rotation) qui aurait à peu près les pouvoirs que le président a en France actuellement. Enfin, le tribunal populaire compte 6000 juges, tirés au sort tous les ans, toujours parmi les 30000 citoyens du corps civique. Parmi ces 6000 juges, un certain nombre sont encore tirés au sort lorsqu'il faut juger une affaire. Bien entendu, les « classes aisées » (aristocrates) restent les plus influentes lors des débats publics, car ils ont pu apprendre l'art du discours public, et également parce qu'ils se sont totalement soustraits au Travail (qui abaisse, par opposition à la Parole, qui élève) par la possession de nombreux esclaves. Les « basses classes » accèdent à une participation à la vie politique égale par deux moyens. Tout d'abord, elles se retrouvent à occuper les postes les plus importants, en nombre, pour la défense de la cité : les garnisons de fantassins et les troupes incorporées dans la flotte. La défense de la cité est considérée comme étant un devoir citoyen, en aucun cas un travail. Les pauvres, donc, défendent la cité et c'est pourquoi ils accèdent à la participation à l'exercice politique. Mais, pour garantir leur participation effective, il est mit en place un système de subventions, la Misthophorie (2), qui permet aux plus pauvres de venir siéger aux différents organes politiques et de venir même occuper des magistratures importantes. En effet, les pauvres ne possèdent pas forcément d'esclaves en nombre suffisant pour ne plus être astreints au Travail. Participer à la vie politique représente alors un coût : un manque à gagner dû à la non utilisation de leur propre force de travail. La misthophorie leur garantit, lorsqu'ils viennent siéger, un salaire équivalent à leur manque à gagner. Encore une fois, échapper au travail pour participer à la vie publique.

Travail et Démocratie

On voit donc que, pour l'Athènes antique, les notions de Travail et Démocratie sont étroitement liées. Echapper au Travail devient équivalent à philosopher et participer à la gestion de la cité par la politique. Echapper au Travail par la possession d'esclaves et par la misthophorie. Et dans un souci de former un corps civique soudé et indivisible, la Démocratie athénienne se fonde à la fois sur le pouvoir de la majorité du peuple assemblé (c'est le sens strict de « démocratie ») et sur la possibilité, pour chaque citoyen, de participer également aux différents organes de l'État (c'est lIségoria). La naissance de la Démocratie et son développement athénien (le plus poussé jusqu'à présent) ne doivent leur raison d'être qu'au fait d'avoir réussi à s'affranchir du Travail. (1)H. Arendt, Condition de l'homme moderne, trad. De G. Fradier, Ed. Calmann-Lévy, 1961, pp. 95-96.
(2)C. Mossé, Histoire d'une démocratie : Athènes, Ed. du Seuil, 1971.
Réglementation du travail
Les règles du travail sont déterminées par le Code du Travail et s'imposent aux employeurs comme aux employés. Le corps de l'inspection du travail est chargé de le faire respecter, au besoin en faisant appel à la Justice. Employeurs ou employés peuvent aussi faire appel au conseil de prud'hommes pour trancher des litiges. Il existe un certain nombre de règles ayant valeur internationale, dans les conventions de l'Organisation internationale du travail (OIT) ou dans le cadre du droit européen. Le droit du travail s'est progressivement constitué sous pression du mouvement ouvrier avec l'élimination du travail des enfants, la lutte pour la baisse du temps de travail, pour l'amélioration des conditions de travail et la reconnaissance du syndicalisme. Merci de compléter cette section, si vous avez des informations utiles. Voir aussi:
- Code du travail
- Entreprise
- Contrat de travail
- Convention collective
- Syndicat ms:Kerja simple:Work

Chaleur

ko:열 ja:熱 simple:Heat Catégorie:Physique

Introduction

Dans le langage courant, les mots Chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur ! est une expression qui veut dire que la température est élevée. Toutefois, en physique, chaleur et température sont deux notions bien différentes. Lorsqu'on chauffe un mélange d'eau et de glace, la température n'évolue pas tant que les deux états de l'eau coexistent (ceci est lié à l'existence d'une chaleur latente de changement d'état), on peut donc « apporter de la chaleur » sans que la température évolue. Inversement on peut élever la température d'un système sans apporter de chaleur, à l'aide d'un travail mécanique (cas de l'échauffement de la pompe à vélo, voir l'article Compression et détente adiabatique).

Historique

Aristote distinguait quatre éléments (eau, terre, air et feu) et quatre qualités formant deux paires contradictoires : (chaud/froid et sec/humide). Selon lui, la température d'un corps était le résultat de sa composition. Au , les progrès de la thermométrie vont permettre des mesures précises et favoriser la déconnexion des deux grandeurs. Au , deux théories coexistent :
- une vision « mécanique » de la chaleur : elle serait due aux vibrations des molécules composant les corps. Bernoulli, Euler, Laplace sont favorables à cette interprétation.
- La chaleur est un corps simple se comportant comme un « fluide ». Ce fluide est ensuite nommé le « calorique ». Les progrès et les succès de la calorimétrie imposent cette théorie jusqu'au . Cette conception est celle de Carnot : un moteur thermique ne peut fonctionner que si la chaleur circule d'un corps dont la température est plus élevée vers un corps dont la température est plus froide, raisonnement correspondant à une analogie avec une machine hydraulique qui tire son énergie du passage de l'eau d'un réservoir d'altitude élevée vers un réservoir d'altitude inférieure. Cette théorie a laissé de nombreuses traces dans le vocabulaire lié à la chaleur : capacité calorifique par exemple. À cette époque, la chaleur dans le sens commun se confond avec la notion de température, car on croit toujours (parce que c'est très souvent le cas) que c'est une fonction croissante de la température : par exemple tous les corps purs dans l'état solide, liquide ou gazeux ont une capacité calorifique molaire à pression constante C_P(P,T) positive. Dans ces conditions, comme nous vivons dans un environnement à pression quasi-constante P ≈ 1,013 25·10⁵ pascals, chauffer engendre un échauffement. Ceci est également quasi-toujours vrai des solides (à quelques rares exceptions près comme le bismuth). C'est au cours du siècle qu'apparaîtra la nécessité de séparer les deux notions chaleur/température, avec la découverte que l'on peut chauffer un gaz et en même temps faire qu'il se refroidisse. Cette idée non-naïve et peu intuitive a été découverte par Amontons. Au , Clapeyron développe la notion coefficient de chaleur latente de dilatation (P·β T, cf. Capacité calorifique et Formules de thermodynamique) qui manquait à la bonne compréhension du concept chaleur. Ce concept qui est alors définitivement « déconnecté » de celui de température (voir aussi Thermométrie). L'énoncé du premier principe de la thermodynamique par Mayeren 1845, puis Joule en 1854, clôt définitivement le débat : on sait enfin définir la chaleur . La diffusion de la théorie se fera durant de longues années. La chaleur est donc clairement définie en thermodynamique qui est actuellement une sous-discipline de la physique statistique, celle où on néglige les fluctuations des grandeurs. Il convient donc de faire un effort sur soi, pour au moins accepter cette idée clef : il existe des cas où chauffer n'est pas contradictoire avec refroidissement. ;Bibliographie
- Truesdell : The tragicomical history of thermodynamics, 1980, Springer-Verlag, ISBN 0-387-90403-4

Définition microscopique

La température mesure l'agitation microscopique des molécules et atomes (vibrations, mouvement désordonnés), contrairement à la vitesse qui mesure les mouvement d'ensembles (vent, courant, déplacement). De même, l'énergie cinétique peut être séparée en deux :
- l'énergie cinétique macroscopique, qui correspond au mouvement d'ensemble du corps ;
- l'énergie cinétique microscopique, qui correspond aux mouvements désordonnés, que l'on appelle aussi énergie thermique. La chaleur désigne exclusivement un flux d'énergie entre deux systèmes dont la source ou la destination est l'énergie thermique d'un des systèmes — mais si c'est une condition nécessaire, elle n'est pas suffisante (par exemple un travail peut créer une augmentation d'énergie thermique, par exemple cas de la monté en température d'un gaz par compression). On peut voir une relation entre chaleur et énergie thermique analogue à la relation qu'il existe entre travail d'une force et énergie cinétique ou énergie élastique. Cependant, seule la thermodynamique permet de définir rigoureusement la chaleur. En première approche, la chaleur est donc un gain d'énergie qui se traduit par une augmentation de l'agitation thermique, ou la perte d'énergie qui se traduit par une diminution de cette agitation (l'agitation thermique pouvant elle-même être simultanément augmentée ou diminuée par un travail). Cela peut ne concerner qu'un des deux systèmes participant à l'échange ; un système peut par exemple recevoir de la chaleur sans lui-même s'échauffer voire même en refroidissant. Les échanges de chaleur mettent en œuvre un phénomène désordonné, et dont les possibilités de transformation sont limitées ; ces échanges jouent donc un rôle essentiel en thermodynamique. Une caractéristique importante des échanges de chaleur est qu'ils ne sont pas symétriques par rapport au temps : lorsque le temps avance, lorsqu'on libère les contraintes sur les systèmes, l'énergie va toujours de l'objet dont la température est la plus haute vers l'objet dont la température est la plus basse, et jamais l'inverse. Ceci mène à la notion d'entropie.

Chaleur et thermodynamique

Définition formelle de la chaleur

Le premier principe de la thermodynamique affirme l'existence d'une fonction d'état d'équilibre thermodynamique, l'énergie interne U(A) correspondant à un état déterminé (ici l'état A) et définie à une constante additive près. L'augmentation d'énergie interne U(B) - U(A) est due à :
- la réalisation d'un travail macroscopique W(A → B), par exemple des forces de pression.
- la réalisation d'un transfert d'énergie microscopique, qui donc ne se voit pas, mais existe néanmoins, qui est appelé, par définition, la chaleur lors de la transformation Q(A → B). On déduit donc la définition formelle de la chaleur (parce qu'on a énoncé le premier principe, non évident per se) : : Q(A → B) = U(B)- U(A) - W(A → B) le long de la transformation de A à B Si nous insistons sur « le long de la transformation », c'est que l'intégrale curviligne (par exemple des forces de pression ) n'est pas indépendante du chemin suivi pour aller de A vers B. Cela est particulièrement évident pour un cycle moteur A → A (l'état à la fin du cycle est le même qu'au début) :
- le système a fourni du travail, W (cycle A → A) est négatif
- et pourtant l'énergie interne n'a pas changé
- donc Q(cycle A → A) = - W est positif. Le travail d'un état A n'existe pas, cela n'a aucun sens. Le travail ne peut être défini que lors d'une transformation. Mais alors de même, il n'existe pas de chaleur de la tasse à café chaude. :La chaleur n'est pas une fonction d'état En particulier, elle n'est pas réductible à une échelle de température.

Conséquence immédiate

L'expression infinitésimale du premier principe pour deux états voisins est : : Soit U(V,T) l'expression analytique de l'énergie interne U, alors son gradient est défini par : : dU = a·dV + b·dT. Notons qu'il y a un abus d'écriture, usuel en physique ; on devrait écrire, comme en mathématiques : U = ƒ(V,T) = g(P,T) = h(V,S) = … : avec V le volume, T la température, P la pression, S l'entropie… puisqu'en effet l'état considéré est fixé par deux paramètres, choisis arbitrairement parmi tous les paramètres ; la fonction (au sens mathématique) est donc différente selon la paire de paramètres considérée. Par définition, b s'appelle la capacité calorifique à volume constant et est notée C_V. Pour une transformation quasi-statique (c'est-à-dire qui évolue suffisamment lentement pour que pression P et température T soient à chaque fois bien définies dans tout le récipient), le travail des forces de pression est : δ W = - P·dV. Il en résulte que : : δ Q = C_V·dT + (a + P)·dV le coefficient (a + P) s'appelle coefficient de chaleur latente de dilatation et est noté ℓ, égal d'après la formule de Clapeyron à : ℓ = P·β·T (cf. Formules de thermodynamique). β étant l'augmentation relative de pression isochore. La forme différentielle δ Q s'écrit donc : : δ Q = C_V·dT + P·β·T·dV Pour un gaz parfait, β·T vaut 1, donc le deuxième terme n'est pas négligeable du tout. Et il est capital pour bien quantifier toute la thermodynamique. On va même le rendre intuitif, pour contrer un raisonnement « faux-conceptuellement » (« chauffer c'est échauffer » est faux) par une intuition éduquée : : Nous savons tous que si on détend un gaz, très vite, il se refroidit, et a contrario si on comprime un gaz très vite, il se réchauffe (voir Compression et détente adiabatique). Expliquons-nous sur le terme « très vite » : on veut seulement dire par là que les parois n'auront pas le temps de transmettre de chaleur, la transformation sera adiabatique (on verra plus tard réversible ou non : cf Irréversibilité). Autrement dit, selon le premier principe, il n'y a eu aucune corrélation entre la fluctuation de la force et la fluctuation du mouvement produit, ou en tout cas, elle est négligeable. Alors, : δ Q = 0 et la relation précédente interprète quantitativement le phénomène : quand le piston s'est détendu, il a fourni du travail, de l'énergie interne a été perdue et la température a décrû. Chacun le sait, une détente adiabatique produit une chute de température dans un gaz, et a contrario, si on bouche un corps de pompe à vélo et qu'on donne un coup de compression large, la température du gaz augmente, puisque, quelques instants plus tard, on ressent une élévation de température de la paroi de la pompe : : C_V·dT = -P·dV·β·T qui est la relation quantitative énoncée clairement par Clapeyron.

Autre formulation

On peut aussi introduire la fonction d'état enthalpie notée H :U + PV = H Toujours avec le même abus de langage, nous considèrerons la fonction H(P,T) et son gradient : :dH = C_P·dT + V·(1-α·T)·dP C_P étant la capacité calorifique à pression constante, comme nous l'indique la deuxième formule de Clapeyron. On en déduit par un calcul analogue au précédent : :δ Q = C_P·dT - V·α·T·dP. Là encore, nous avions l'intuition de l'existence de ce coefficient : si on détend la pompe par abaissement de pression, et que nous voulons que la température reste constante, nous avons évidemment bien l'intuition qu'il va falloir chauffer le gaz : il faudra qu'il y ait une corrélation entre la fluctuation de pression et la fluctuation de son effet la variation de volume. La relation de Clapeyron indique très quantitativement laquelle : :δ Q = - V·α·T·dP Comme quasiment tous les corps se dilatent, c'est bien cette intuition que nous avions, mais nous n'arrivions pas à la formuler. Rien d'étonnant à cela : pas moins de 150 ans ont été nécessaires depuis l'invention de la machine à vapeur par Papin (collaborant avec Huygens), pour que l'ingénieur Clapeyron élabore ces formules. Mais voici maintenant un élément de réflexion : : il existe des corps purs pour lesquels la dilatation est négative : l'eau entre 0°C et 4°C nous l'expliquerons plus tard (cf. Entropie de l'eau et Glace, ceci est dû au réarrangement des molécules sous l'effet des forces de Van der Waals). Cela est contre-intuitif, mais c'est une constation bien banale : l'eau à 4°C étant plus dense, se trouve au fond des lacs (hormis toute considération de salinité). Et néanmoins, la formule fonctionne : dans ce cas, une baisse de pression exigera d'ôter de la chaleur, sinon l'eau s'échaufferait ! Ceci dit, l'effet est faible car la dilatation de l'eau (négative certes) est très petite en module.

Coefficients calorimétriques

On voit donc qu'il y a bien deux sortes de transferts de chaleur. Il y a corrélation entre la fluctuation de la force et la fluctuation de sa conséquence, le déplacement du piston de deux façons :
- l'une effective : elle augmentera effectivement la température,
- l'autre est latente : elle ne produit aucune agitation thermique supplémentaire, la température reste constante. Bien au contraire, elle a été nécessaire pour que la température ne change pas alors que le volume augmentait (resp. que la pression diminuait) et cela est aussi bien naturel en somme : quand les molécules rebondissent sur une raquette-piston en déplacement arrière, le rebond donne une vitesse affaiblie : si l'on veut que l'agitation thermique moyenne, qui est la température (cf Température et Théorie cinétique des gaz), reste la même, il faut cette corrélation positive liée au coefficient de dilatation. Il faut qu'il y ait transfert de chaleur latente (quantifié par Clapeyron). Résumons et généralisons : : δQ = C_P·dT - V·(α·T)·dP : δQ = C_V·dT + P·(β·T)·dV La température n'étant pas un paramètre plus privilégié que les autres, on peut aussi écrire : δQ = λ·dV + μ·dP Avec des relations entre ces coefficients :
- La relation de Mayer : C_P - C_V = -P·V·T·β·α
-

\lambda = \frac

\mu = \frac

- La relation de Reech :

\chi_S = +  \frac \cdot \frac

soit compte-tenu des deux précédentes et de α = β·P·χ_T :
-

\frac = \frac

Voir aussi

Articles connexes

- premier principe de la thermodynamique
- Transfert de chaleur
- entropie
- entropie de l'eau
- chaleur latente
- chaleur sensible
- physique statistique

Lumière

La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain. Outre la lumière visible, par extension, on appelle parfois « lumière » d'autres ondes électromagnétiques, tels que ceux situés dans les domaines infrarouge et ultraviolet.

Théories sur la lumière

La lumière, comme tout phénomène de déplacement, peut se concevoir comme une onde ou comme un flux de particules (appelées en l'occurrence photons). Les lois de Maxwell, ou à une échelle plus humaine les lois de l'optique géométrique, décrivent bien le comportement de ces ondes. Cette description classique est tout fait valide et très utilisée au sein de la communauté scientifique. Cependant, elle n'explique pas la quantification de l'énergie transportée par le rayonnement, phénomène observé et expliqué par Albert Einstein dès 1913 en postulant l'existence des photons. Toutefois, la physique moderne considère que chacun de ces photons peut lui-même être considéré comme une onde (ce qu'on appelle la dualité onde-particule ou onde-corpuscule en mécanique quantique).
- Photons
- Perception des couleurs

Vitesse de la lumière

La vitesse de la lumière dans le vide, c (comme célérité), est une constante de la physique. C'est la vitesse maximale permise pour tout déplacement d'information ou d'un objet matériel par la théorie de la relativité. Cette propriété a été induite de l'expérience d'interférométrie de Michelson et Morley et a été clairement énoncée par Albert Einstein en 1905. De ce fait, la vitesse de la lumière est exacte, car elle ne dépend pas d'une mesure (imprécise et susceptible de changement avec des progrès de mesure). D'autres unités sont définis à partir de la vitesse de la lumière (Cf. infra).

Addition des vitesses et célérité

La loi d'addition des vitesses v'=V+v est à peu près vraie pour des vitesses faibles par rapport à la vitesse de la lumière. :Du point de vue de la physique classique, un voyageur marchant dans un train a, par rapport au sol, une vitesse égale à celle du train plus (vectoriellement) sa propre vitesse de marche dans le train. Et l'on écrit d =(V+v) t = Vt +vt = la distance parcourue par le train + la distance parcourue dans le train = la distance parcourue par le voyageur par rapport au sol dans le temps t qui est classiquement le même dans le train et au sol, ce qui implique la loi classique d'addition des vitesses. Ceci n'est qu'une approximation, qui devient de plus en plus fausse à mesure que la vitesse v considérée augmente. Un photon va à la même vitesse c que ce soit par rapport au sol ou par rapport au train ! La loi V + c = c' est donc fausse dès lors que c = c' pour V différent de zéro. La loi d'addition des vitesses n'est qu'une approximation de la loi dite de transformation sur les vitesses de Lorentz (appelée parfois d'addition des vitesses, ou plus correctement loi de composition des vitesses). Ce résultat est une des caractéristiques de la relativité restreinte ; la loi de composition des vitesses issue des transformations mathématiques de Lorentz donnent à la limite des faibles vitesses (par rapport à la vitesse c) les mêmes résultats que les transformations de Galilée.

Vitesse de la lumière dans les matériaux

A noter : la vitesse de la lumière n'est pas toujours la même dans tous les milieux et dans toutes les conditions. Par exemple, les écarts de vitesse observés entre deux milieux sont à l'origine du phénomène de réfraction qui permet le fonctionnement des lentilles. Les écarts sont généralement assez faibles, ce qui a permis à beaucoup de gens de parler de vitesse de la lumière au lieu de vitesse de la lumière dans le vide. Mais dans certains cas, une onde lumineuse peut être considérablement ralentie. Les physiciens sont parvenus à ralentir la propagation lumineuse jusqu'à quelques mètres par seconde dans des cas extrêmes.

Utilisation dans le SI

De nos jours, la plupart des unités du système international sont définies à partir de la célérité de la lumière. Une vitesse étant le quotient d'une longueur par une durée, on peut donc définir une distance comme étant le produit d'une durée par une vitesse (en l'occurrence c), ou une durée comme la division d'une distance par c.

Mesure de temps

La seconde est définie dans le système international par un phénomène lumineux : c'est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.

Mesure de distance

- Le mètre, unité du système international de longueur. En 2005, il est défini comme la distance parcourue par la lumière en 1/299.792.458 de seconde. Il s'agit là d'une définition conventionnelle, toute évolution dans la définition de la seconde aurait un impact direct sur la longueur du mètre. Avec la définition actuelle de la seconde, le mètre est donc égal à :

\frac

fois la longueur d'onde de la radiation choisie. On peut également dire que la vitesse de la lumière dans le vide, est précisément 299.792.458 m.s^-1 : il n'y a pas la moindre incertitude sur ce chiffre, l'incertitude ne réside que dans la définition de la seconde.
- Le mètre, avec ses multiples (millimètre, kilomètre), est très pratique pour mesurer les distances sur la Terre, par contre pour les astronomes, il est un peu court et peu adapté (puisque les astronome n'observent pratiquement que de la lumière). En effet, la Lune, l'astre le plus proche de nous, est à 380 000 000 mètres de nous. Le Soleil, l'étoile la plus proche est à 150 000 000 000 mètres. Ce n'est pas très pratique !! Avec le principe décrit précédemment (distance = c x durée), on définit l'année-lumière comme étant la distance que la lumière parcourt en 1 an. Ainsi le Soleil n'est plus qu'à 8,32 minutes-lumière de nous. Et la Lune à seulement un peu plus d'1 seconde-lumière. L'année-lumière vaut 10 000 000 000 000 000 de mètres (10 millions de milliards de mètres).

Lumière en pratique

Lumières monochromatiques et lumières polychromatiques

La lumière est constituée d'ondes électromagnétiques. De manière générale, une onde est caractérisée par sa longueur d'onde et sa phase. La longueur d'onde correspond à la couleur de la lumière. Ainsi, une lumière constituée d'ondes de la même longueur d'onde, est dite monochromatique. Si en plus toutes les ondes ont la même phase, alors la lumière est cohérente : c'est ce qui se passe dans un laser.

Mesure de la lumière

En matière de mesure de la lumière, il importe de bien définir de quoi on parle
- l'unité de flux lumineux est le lumen = candela.stéradian. Une ampoule électrique courante (15 watts basse consommation ou 75 watts à incandescence classique) produit environ 1500 lumens.
- L'unité internationale d'intensité lumineuse est la candela. La mesure de la lumière est compliquée par le fait qu'on s'intéresse, en pratique, à la lumière visible, alors que la perception humaine dépend de la longueur d'onde : Cf. luminance et chrominance.

Lumières célestes

- Le Soleil et plus généralement les étoiles produisent plus d'énergie qu'ils n'en reçoivent
- La Lune et plus généralement les petits corps célestes (les planètes et leurs satellites, les astéroïdes, les comètes, etc.), produisent moins d'énergie qu'ils n'en reçoivent. Certaines planètes géantes (comme Jupiter ou Saturne) produisent un peu plus d'énergie qu'elles n'en reçoivent, mais pas suffisamment pour être visibles. Dans les deux cas, ces corps sont lumineux par réflexion de la lumière du Soleil.
- les étoiles filantes sont échauffées par la friction avec l'air et finissent par y brûler, les deux phénomènes étant source de lumière

Lumières chimiques

- Certains organismes vivants:poissons, mollusques, lucioles et vers luisants, sont le siège de réactions chimiques productrices de lumières
- Les chauffages intenses, donc les combustions en général, le feu, les feux-follets, produisent de la lumière : : liquide : les lampes à huile, à pétrole, ou à gaz, ... : solide : les bougies, chandelle (chandelier), cierge, ...

lumières quantiques

- la fluorescence, les laser, les lampes à vapeur de mercure ou de sodium, les plasmas tels que ceux produits par les éclairs dans les orages produisent de la lumière issue de phénomènes quantiques au coeur des atomes : l'excitation des électrons ("pompage optique", qui peut être obtenu par simple ), puis la désexcitation de ses électrons, qui retourne à un niveau d'énergie plus habituel, inférieur, en émettant un photon (c'est-à-dire de la lumière).

autres lumières

étincelles produit d'une intense friction, etc.

électriques

Les lumières électriques, sources de lumière de lampadaires, spots, phares, lampes-torches, etc., peuvent utiliser un phénomène de chauffage ou un phénomène quantique.
- ampoule électrique, tube cathodique, tube fluorescent, diode électroluminescente

Vision humaine

voir Œil

Phénomènes optiques

- Diffraction
- Diffusion
- Interférences
- Réflexion
- Réfraction

Imagerie

Voir aussi

Liens externes

[http://www.toutsurlaphysique.fr/src/articles/lumiere/chronolumiere.html Histoire des découvertes] sur le site [http://www.toutsurlaphysique.fr toutsurlaphysique.fr]
- [http://perso.wanadoo.fr/oncle.dom/astronomie/histoire/mesure_de_c/mesure_c.htm La mesure de la vitesse de la lumière] Catégorie:Astronomie Catégorie:Écologie Catégorie:Électromagnétisme Catégorie:Optique Catégorie:Physique Catégorie:Couleur ja:光 ko:빛 ms:Cahaya simple:Light th:แสง

Mouvement

Une mouvement désigne habituellement un déplacement.
- Mouvement (mécanique)
- Mouvement (anatomie)
- Mouvement (horlogerie)
- En musique, le mot mouvement peut avoir plusieurs significations
- Un comportement, une opinion adopté par plusieurs personnes : mouvement populaire, mouvement politique, mouvement artistique catégorie:homonymie ja:運動 simple:Movement

Force

ko:힘 ja:力 simple:Force (physics) catégorie:Mécanique Catégorie:Quantité physique La force est une vieille notion intuitive, désignant un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté, une vertu morale "cardinale" équivalent au courage (cf. les articles "force (vertu)" et "vertus cardinales"). Le présent article porte sur l'utilisation de ce concept en physique, utilisation ancienne, encore actuelle, et qui permet, depuis Isaac Newton, une définition précise : la force est une action mécanique capable de créer une accélération, c'est à dire une modification de la vitesse d'un objet ou d'une partie d'un objet, ce qui induit un déplacement ou une déformation de l'objet.

Un peu d'histoire

Le concept de force est ancien, mais il a mis longtemps à obtenir une définition utilisable. En effet, à la différence de grandeurs physiques telles que la longueur ou le poids, une force est une notion abstraite, qui ne peut être appréhendée par l'expérience directe, et qui représente déjà une modélisation du monde. Les forces ne se voient pas, elles ne sont même pas réelles, elles ne sont qu'une explication d'effets visibles. Archimède lors de l'étude du problème du bras de levier évoquait le poids des corps sans expliquer plus avant ce qu'il entendait par là. Lors des études sur les poulies, la notion de force est utilisée confusément comme étant la tension dans les fils. Même le problème du plan incliné ou celui de la chute des corps sont résolus par Galilée sans faire appel explicitement à la notion de force. Parallèlement, la composition des forces apparaît implicitement dans les travaux de Stevin (De Beghinselen der Weeghconst,1586). Toutefois, la distinction entre la notion de force et de vitesse ne se fait pas encore, et il faudra attendre les travaux d'Isaac Newton pour avoir une formalisation précise de la notion de force. La définition donnée dans les célèbres Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) est celle qui est encore acceptée de nos jours. La définition du concept de force a permis une présentation simple de la mécanique classique par Isaac Newton (Lois du mouvement de Newton). Aujourd'hui, la notion de force reste très utilisée dans l'enseignement et dans l'ingénierie. Pourtant, alors que les moments, l'énergie et les impulsions sont des grandeurs fondamentales de la physique dans le sens où ils obéissent tous à une loi de conservation, la force n'est qu'un artifice de calcul parfois commode mais dont on peut parfaitement se passer. et c'est pourquoi il existe en mécanique analytique des formulations de la mécanique classique qui n'utilisent pas le concept de force. Ces formulations, apparues après la mécanique newtonienne, font cependant appel à des notions encore plus abstraites que le vecteur force, et on considère en conséquence qu'il vaut mieux les introduire seulement dans l'enseignement supérieur. Les forces sont d'autre part souvent confondues avec le concept de contrainte et notamment avec les tensions.

Le vecteur force

Le parallélogramme des forces

Le théorème du parallélogramme des forces provient de la constatation du fait que des mouvements peuvent être combinés entre eux sans que l'ordre de cette combinaison ait une quelconque influence sur le mouvement final. Parallélogramme des forces Dans le parallélogramme ci-dessus on peut distinguer deux types de mouvement :
- un déplacement parallèle à AB et DC (côtés bleus du parallélogramme)
- un déplacement parallèle à AD et BC (côtés verts du parallélogramme) Quand un solide est situé initialement au point A, l'ordre de parcours AB puis BC ou bien AD puis DC n'a aucune influence sur le résultat final : quel que soit l'ordre des mouvements, le solide est déplacé au point C. Forts de cette constatation, lorsque le distinguo entre les forces (les causes) et les mouvements (les effets) fut fait, Simon Stevin puis Isaac Newton purent énoncer le théorème du parallélogramme des forces : Considérons un solide au point A. Appliquons-lui une force F₁ proportionnelle et parallèle au segment AB et qui déplace l'équilibre du solide au point B, puis une force F₂ proportionnelle et parallèle au segment BC et qui déplace l'équilibre du solide du point B au point C. Alors la force F₃ parallèle au segment AC et qui déplace l'équilibre du solide du point A au point C est telle que : :

\frac=\frac=\frac

La force F₃ est appelée la force résultante des deux forces F₁ et F₂. Inversement, soit un point B quelconque et la force F₃ proportionnelle et parallèle au segment AC et qui déplace l'équilibre du solide du point A au point C. Considérons les forces F₁ et F₂ parallèles respectivement aux segments AB et BC et telles que : :

\frac=\frac=\frac

Alors l'application des forces F₁ et F₂ au solide va déplacer l'équilibre de ce dernier du point A au point C. Cette dernière propriété des forces permet de séparer une force en plusieurs composantes et est utilisée par exemple pour décomposer une force de réaction R en ses composantes normale (l'effort d'appui N) et tangentielle (l'effort de frottement T). Décomposition d'une force Enfin, soit un point D tel que ABCD soit un parallélogramme, alors la force F₂, qui déplace l'équilibre du solide du point B au point C, peut aussi déplacer l'équilibre du point A au point D. Il en est de même pour la force F₁ qui peut indifféremment déplacer le solide du point A au point B ou du point D au point C. Le parallélogramme des forces amène naturellement à modéliser celles-ci par un vecteur souvent noté

\vec

. Le sens et la direction du vecteur indiquent respectivement le sens et la direction de l'action, la longueur du vecteur indiquant l'intensité de cette même action. Avec cette notation, le parallélogramme des forces se résume simplement à la relation vectorielle suivante : :

\vec=\vec+\vec

Une force exerce son action en un point appelé point d'application. La connaissance de ce point est importante pour déterminer le moment de la force. L'action d'une force peut être transmise aux autres points de l'objet par déformation élastique, par exemple, si l'on pousse une voiture, la force exercée par la paume de la main est transmise au reste du véhicule.

Un concept très utile

Le concept de force est très utile pour « imaginer » le mouvement d'un objet. Quelle que soit la ou les causes du mouvement (freinage par frottement, accélération par moteur, portance sur une aile par les écoulement de l'air, attraction par la terre, attraction par un aimant etc.), tout se passe comme si on attachait à cet objet des petits élastiques tendus avec la même tension que la force qui s'applique sur l'objet. Qui plus est, il est possible de combiner les forces s'appliquant sur un même point, mais provenant de différentes causes, en une seule force. Pour cela, il suffit de sommer les vecteurs force (cette opération revient à remplacer deux élastiques attachés à un même point, mais tirant peut-être dans des directions différentes, par un seul élastique produisant la même tension). C'est cette capacité à réunir et à combiner dans un même outil des phénomènes aussi variés qui confère toute sa puissance au concept de force. Ainsi, une fois assimilées les lois du mouvement de Newton, on peut comprendre l'effet de n'importe quelle interaction sur un objet. Pourvu toutefois qu'on reste dans les conditions d'application de la mécanique classique:
- Les objets doivent être suffisamment grands par rapport à un atome, pour que la matière paraisse continue (sinon, il faut utiliser la mécanique quantique)
- Les vitesses doivent être relativement faibles par rapport à la vitesse de la lumière (sinon, il faut utiliser la relativité générale ou la relativité restreinte)
- Le champ de gravitation doit être peu variable et d'intensité limitée, afin que l'on puisse négliger ses effets sur la géométrie de l'espace (sinon, il faut utiliser la relativité générale). Dans notre vie quotidienne de terriens humains, les conditions d'application de la mécanique classique sont toujours satisfaites sur les objets que nous pouvons voir sur terre à l'œil nu. Mais les propriétés de ces objets (couleurs, dureté, fonctionnement d'un appareil électronique etc.) s'expliquent en général par des interactions au niveau moléculaire, et nécessitent parfois pour être expliquées, d'avoir recours à la mécanique quantique.

Unité de mesure

L'unité de mesure SI d'une force est le newton, symbole N, en hommage au savant. Le newton équivaut à 1 kg.m.s^-2, c'est à dire qu'un newton est la force qui, appliquée pendant une seconde à un objet d'un kg, est capable d'ajouter (ou de retrancher) un mètre par seconde à sa vitesse. On a utilisé également le kg-force, force exercée par une masse de 1 kg dans le champs de pesenteur terrestre (au niveau de la mer, etc.), et qui vaut donc 9,81 N. L'aéronautique et l'astronautique ont fait un grand usage d'un multiple du kg-force : la tonne de poussée.

Quelques exemples de forces

Les phénomènes qui provoquent l'accélération ou la déformation d'un corps sont très divers, on distingue donc plusieurs types de forces, mais qui sont tous modélisés par un même objet : le vecteur force. Par exemple, on peut classer les forces selon leur distance d'action :
- forces de contact : pression d'un gaz, action de contact d'un objet sur un autre (appuyer, tirer), frottement ;
- forces à distance : poids (attraction gravitationnelle), force électromagnétique.

Forces élastiques

Dans le cas le plus simple de la déformation élastique, l'allongement ou la compression modérée d'un ressort dans son axe engendre une force proportionnelle à l'allongement relatif, soit : :

F=k\cdot \Delta l

où k est la constante de raideur du ressort et Δl est son allongement (longueur finale moins longueur initiale). La déformation des solides est étudiée par la mécanique des milieux continus (MMC).

Pressions

Lorsqu'une force s'exerce sur une surface, il est parfois intéressant de considérer la répartition de la force selon la surface. Par exemple, si l'on enfonce une punaise dans du bois, la punaise s'enfonce car la force est répartie sur une toute petite surface (l'extrémité de la pointe) ; si l'on appuie simplement avec le doigt, le doigt ne va pas s'enfoncer dans le bois car la force est répartie sur une grande surface (l'extrémité du doigt). Pour ce type d'études, on divise l'intensité de la force par la surface sur laquelle elle s'exerce, c'est la pression. Au sein d'un matériau solide, cette pression est appelée contrainte (stress).

Forces conservatives

Certaines forces peuvent dériver d'un potentiel, dans ce cas, il existe un champ U homogène à une énergie tel que la force résultante peut s'écrire sous la forme suivante : :

\vec=-\vec\,U

De telles forces sont conservatives.

Forces volumiques

Il existe des forces qui s'exercent sur la totalité de l'objet, comme le poids, ces forces sont dites volumiques. On démontre, dans le cas des solides indéformables, que l'action de telles forces est équivalente à l'application d'une seule force au barycentre du corps, encore appelé « centre de masse », « centre de gravité » ou « centre d'inertie ».

Force et lagrangien

En mécanique lagrangienne, si l'on note L(q,q) le lagrangien du système avec q la position et q la vitesse du système, on a : :

F = \frac

Force, travail et énergie

L'énergie fournie par l'action d'une force sur une distance donnée est appelée travail. En physique, force et énergie sont deux manières différentes de modéliser les phénomènes. Selon les cas, on préfère l'une ou l'autre expression. Par exemple, on pourra traiter la chute d'un objet avec les forces en se servant des lois de Newton, particulièrement la 2e ( l'accélération est proportionnelle à la force et inversement proportionnelle à la masse), ou avec les énergies (la diminution de l'énergie potentielle de gravité est égale à l'augmentation de l'énergie cinétique).

Mesure d'une force

Tous les appareils servant à mesurer une force reposent dans leur principe de fonctionnement sur la troisième loi de Newton : l'idée est de déterminer l'effort nécessaire qu'il faut opposer à la force à mesurer pour atteindre l'équilibre. Dans le cas particulier, du poids, on peut utiliser une balance qui compare le poids à mesurer au poids d'une masse connue. balance Pour les autres cas, on utilise généralement un dynamomètre qui est en général constitué d'un ressort dont on connaît la raideur k et dont une extrémité est attachée à un point fixe. On applique la force à mesurer sur l'autre extrémité du ressort et l'on mesure la variation de longueur Δl du ressort. On en déduit la force F par la relation que nous avons vue plus haut : :

F=k\cdot \Delta l

La mesure de la longueur Δl est généralement faite par un comparateur. La force F étant directement proportionnelle à Δl, il suffit de graduer le cadran du comparateur en newtons plutôt qu'en mètres. Lorsque la force à mesurer est importante, on peut utiliser une barre massive comme « ressort » (cf. la loi de Hooke). La déformation élastique de la barre est alors mesurée avec un extensomètre ; il s'agit en général d'un fil en zig-zag collé sur la barre, et dont la résistance électrique varie avec l'allongement relatif.

Le concept de force et les théories modernes de la physique

En mécanique newtonienne, la relation entre la force et le mouvement est donné par la 2 loi de Newton ou « principe fondamental de la dynamique » : :

\vec = \frac

où

\vec

est la quantité de mouvement de l'objet, c'est-à-dire le produit de la masse par la vitesse (tandis que l'impulsion est le changement de la quantité de mouvement produit dans un court laps de temps donné), et t est le temps. Si la masse est constante, alors on a :

\vec = m \cdot \vec

où

\vec

est l'accélération. Ernst Mach a fait remarquer dans son ouvrage Die Mechanik in ihrer Entwicklung. Historish-kritisch dargestellt. (1883) que la deuxième loi de Newton contient la définition de la force donnée par Isaac Newton lui-même. En effet, définir une force comme étant ce qui crée l'accélération n'apprend rien de plus que ce qui est dans F=m.a et n'est finalement qu'une reformulation (incomplète) de cette dernière équation. Cette impuissance à définir une force autrement que par des définitions circulaires était problématique pour de nombreux physiciens parmi lesquels Ernst Mach, Clifford Truesdell et Walter Noll. Ces derniers ont donc cherché, en vain, à établir une définition explicite de la notion de force. Les théories modernes de la physique ne font pas appel aux forces en tant que sources ou symptômes d'une interaction. La relativité générale utilise le concept de courbure de l'espace-temps. La mécanique quantique décrit les échanges entre particules élémentaires sous la forme de photons, bosons et gluons. Aucune de ces deux théories n'a recours aux forces. Toutefois, comme la notion de force est un support pratique pour l'intuition, il est toujours possible, aussi bien pour la relativité générale que pour la mécanique quantique, de calculer des forces. Mais, comme dans le cas de la 2 Loi de Newton, les équations utilisées n'apportent pas d'informations supplémentaires sur ce qu'est la nature intrinsèque d'une force.

Les quatre forces de la nature

L'ensemble des interactions de la matière s'explique par uniquement quatre types de forces :
- La force électro-magnétique
- La force gravitationnelle
- L'interaction forte
- L'interaction faible À notre échelle, la plupart des interactions proviennent de la force gravitationnelle (essentiellement, en ce qui nous concerne, le fait qu'on est attiré par la Terre, qu'elle ne se désagrège pas en poussière, les mouvements des astres et les efforts qu'elle crée sur la croûte terrestre, participant à son évolution géologique, les marées), et de la force électro-magnétique, qui est la cause de pratiquement tout ce qu'on peut observer (dureté de certaines matières, réactions chimiques, le feu, état liquide, solide ou gazeux de la matière, frottements, comportement de la lumière, électricité, microprocesseurs, stockage de cet article sur tout type de média connu etc.). Ces phénomènes sont régis par les interactions électro-magnétiques entre les molécules qui composent la matière. L'interaction faible est responsable de la stabilité des atomes, ce qui est beaucoup, puisque c'est une des conditions de notre existence. En dehors de ça, on en voit la manifestation dans les réactions nucléaires et le fait que le soleil, aidé aussi en cela par un bel effort conjoint de la force gravitationnelle (pour créer les conditions des réactions nucléaires en son centre, et aussi pour éviter à notre terre de trop s'éloigner de lui) et de la force électro-magnétique (pour transporter ses rayons lumineux jusqu'à nous) nous chauffe et nous inonde de son énergie vitale. L'interaction forte, beaucoup plus discrète à notre échelle, permet aux particules composées de quarks, comme les protons et les neutrons, de ne pas se désagréger. En dehors des accélérateurs de particules des physiciens, elle se tient suffisamment tranquille pour ne jamais intervenir dans notre vie quotidienne, depuis, tout de même, ce fameux Big Bang, à qui on doit aussi beaucoup. Voir aussi: Interaction élémentaire

Voir aussi

Articles connexes

- Mécanique statique;
- Moment (mécanique);
- Peson;
- Travail d'une force

Liens externes

- [http://pohl.home.cern.ch/pohl/pgb_04.pdf La dynamique], Martin Pohl (Cern)

Houille

ja:石炭 La houille est une roche combustible fossile solide provenant de la décomposition d'organismes du carbonifère, et composée principalement de carbone. carbone Utilisé depuis le , l'extraction de ce combustible dans les mines a rendu possible la révolution industrielle au . Pendant des décennies, la houille constitua la principale source d'énergie ; aussi son nom fut décliné pour désigner des énergies naturelles potentiellement utilisables pour les besoins industriels :
- houille blanche pour l'énergie hydroélectrique des chutes d'eau ;
- houille bleue pour l'énergie marémotrice, des vagues et des courants marins ;
- houille verte pour l'énergie fournie par le courant des cours d'eau (moulin à eau, par exemple) ;
- houille d'or pour l'énergie solaire.

Caractérisation de la houille

La houille est une qualité spécifique de charbon, terme générique qui recouvre trois catégories de combustibles solides de même origine (kérogène), mais dont les gisements sont à différents stades de transformation : la tourbe, le lignite et enfin la houille, dont l'anthracite est une variété de qualité supérieure. Pour les besoins industriels et domestiques, un charbon se caractérise par :
- sa teneur en matières volatiles (MV) exprimée en pourcentage par rapport à la masse totale. Celles-ci sont constituées principalement de méthane et d'hydrogène ; sous l'effet d'une élévation de température, les matières volatiles se dégagent du combustible, s'enflamment facilement, et accélèrent la combustion.
- son pouvoir calorifique (exprimé en kJ/kg), quantité de chaleur fournie par la combustion d'un kg de charbon.
- sa teneur en eau exprimée en pourcentage.
- sa teneur en cendres exprimée en pourcentage. Les cendres sont les résidus solides de la combustion du charbon.
- sa teneur en soufre exprimée en pourcentage ; la présence de dioxyde de soufre dans les fumées de combustion contribue à la pollution de l'environnement.

Utilisations de la houille

La houille est surtout utilisée actuellement :
- dans les centrales thermiques utilisées pour la production d'électricité ou le chauffage urbain ;
- dans la sidérurgie, essentiellement pour la fabrication du coke utilisé dans les hauts-fourneaux ; entre 600 et 700 kg de charbon sont nécessaires pour produire une tonne d'acier.

Production d'électricité

L'utilisation du charbon dans les centrales thermiques est très importante ; ces centrales fournissent 40 % de la production mondiale d'électricité, la moitié aux États-Unis et en Allemagne. Longtemps considéré comme dépassé, l'intérêt du charbon revient quand les besoins énergétiques atteignent les capacités maximales de production de pétrole ou de gaz naturel, renchérissant leur coût. Ainsi, les États-Unis n'avaient construit qu'une poignée de nouvelles centrales électriques au charbon au cours des années 90, les compagnies électriques préférant constuire des centrales à gaz. Maintenant que le prix du gaz augmente et devient extrêmement instable, du fait du déclin de la production américaine, une centaine de nouvelles centrales à charbon sont en projet, pour un total de quelques 60 gigawatts, sur la période 2005-2013. C'est toutefois peu en comparaison avec la Chine, qui prévoit d'ajouter environ 70 nouvelles centrales à charbon par an. L'utilisation du charbon, notamment dans les centrales électriques, a fait et continu à faire des progrès énormes en matière de réduction des émissions de polluants tels que le soufre, les oxydes d'azote et les particules fines. Par contre rien ou presque n'a changé en matière d'émission de gaz à effet de serre. Une centrale au charbon actuelle émet sensiblement moins de CO par kilowatt-heure produit qu'une ancienne (du fait du meilleur rendement) mais deux fois plus qu'une centrale au gaz. Le retour du charbon sera donc (et est déjà) un désastre en matière de réchauffement climatique. La séquestration du CO apparaît comme une solution intéressante, mais elle ne sera pas disponible à grande échelle avant de nombreuses années.

Synthèse d'hydrocarbures et d'autres composés

Le charbon peut servir à la fabrication de produits chimiques et de carburant de synthèse, et cet usage pourrait s'intensifier. Il y a longtemps (seconde guerre mondiale) que l'on sait transformer du charbon en carburants fischer tropsh, mais cette production est restée marginale puisque les carburants dérivés du pétrole coûtaient beaucoup moins cher. De même, on sait gasifier le charbon et produire avec le gaz obtenu des produits pétrochimiques comme du méthanol, de l'ammoniac, de l'hydrogène, du propylène, mais que l'on préfère utiliser le gaz naturel. Face à des approvisonnements en pétrole comme en gaz qui deviennent plus difficiles, nombre de pays recommencent à prendre ce