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James Prescott JOULE, physicien britannique (Salford, près de Manchester, 1818 – Sale, Cheshire, 1889). Il étudia la chaleur dégagée par les courants électriques dans les conducteurs et en formula la loi, qui porte son nom (1841). Il détermina l’équivalent mécanique de la calorie (1842). Il énonça le principe de conservation de l’énergie et étudia avec W. Thomson (Lord Kelvin), la détente des gaz dans le vide. Utilisant la théorie cinétique des gaz, il calcula la vitesse moyenne des molécules gazeuses.

C’était un homme scientifiquement rigoureux comme en fut prodigue le dix neuvième siècle.

La thermodynamique est la science physique la moins bien assimilée par l’esprit humain. La notion d’énergie n’arrive pas à assimiler le fait que l’énergie est une valeur absolue, comme la calorie. Cette dernière introduit une notion de chaleur tellement  » palpable  » qu’il faut quelquefois parler de  » Calorie  » ou de  » Frigorie « , suivant qu’on regarde un côté ou de l’autre du réfrigérateur.

Si le mouvement perpétuel permettait de prétendre au rendement égal à l’unité, la pompe à chaleur prétend dépasser l’unité de très loin. L’institut de la propriété industrielle, au début du siècle, refusait les demandes de brevets relatives au mouvement perpétuel.

Le fonctionnement du réfrigérateur muté en pompe à chaleur est constitué par un ensemble de trois éléments :

Un récepteur d’énergie mécanique ou électrique qui répartit son énergie dans deux échangeurs de température : un échangeur chaud appelé radiateur et un échangeur froid appelé évaporateur. La communication entre ces trois éléments s’établit en série et en circuit fermé.

Dans une atmosphère à une température constante donnée, plaçons chacun des échangeurs dans deux calorimètres identiques contenant la même masse d’eau. Soit  » M  » la somme de la masse d’eau et de l’équivalent en eau du calorimètre. Soit  » W  » l’énergie absorbée mesurée, par exemple, avec un compteur électrique. Conformément à la loi de JOULE, dite loi de conservation de l’énergie, chacun des deux échangeurs va recevoir, pour l’un  » W1  » et pour l’autre  » W2  » d’énergie telles que :

 » W  » =  » W1  » +  » W2 « 

Soit t et t’ les variations des températures dans chacun des calorimètres au moment quelconque choisi pour les mesures.

Dans l’évaporateur, l’énergie potentielle acquise sera : M.t =  » W1 « 

Dans le radiateur, l’énergie potentielle acquise sera : M.t’ + c =  » W2  » où  » c  » représente les pertes calorifiques de l’installation. On aura finalement :

 » W  » = M.t + M.t’ + c

On notera qu’il s’agit là de valeurs absolues et qu’aucun raisonnement philosophique sur des transferts d’énergie ne trouve sa place dans l’application de la loi de Joule. En effet, chacun des deux calorimètres va contenir une eau dont la température est différente de celle du milieu ambiant considéré comme infini. Cet écart de température peut être transformé en énergie mécanique aussi bien du côté refroidi que du côté réchauffé. En conséquence, il ne peut y avoir aucun transfert d’énergie entre les deux calorimètres et encore moins production d’une quantité d’énergie supérieure à celle qui a été fournie à la source motrice.

Rendement de l’installation

L’énergie  » W  » subira des pertes calorifiques d’environ 20% soi 0,2W. Les deux échangeurs se partageront le reste soit pour chacun : 0,4W

Si l’on considère la production de froid, le rendement sera M.t/W= 0,4 (40%)

Si l’on considère la production de chaleur : le rendement sera donc (M.t’ + c) = 0,6 (60%)

Si l’on emploie l’énergie électrique équivalente dans un vulgaire radiateur électrique à résistance, le rendement sera de 100%.

La pompe à chaleur est bien une erreur. Comme le disait avec humour un leader politique :

 » Puisque c’est écrit dans le journal ; c’est que c’est vrai. « 

 

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