MACHINES A RARÉFIER ET A COMPRIMER L'AIR

Machine pneumatique à un seul cylindre. — Machine à deux corps. — Robinet. — Récipients. — Platine. — Degré de vide. — Calcul des épuisements. — Dispositif de Babinet. — Machine de Blanchi. — Machine de M. Deleuil. — Machine de M. Carré. — Machine pneumatique à mercure. — Machine de compression. — Pompe à main. — Grande machine de compression.

Les expérimentateurs ont à chaque instant besoin d'enlever Tair que contient un espace fermé ou de comprimer des quantités considérables de gaz dans des enceintes résistantes ; ils y parviennent au moyen des pompes pneumatiques et de compression, que nous avons souvent supposées connues et que nous plions décrire en détail.

HAGHniE PNEUMATiaUE A UN SEUL GTLIHDBE (* )• — Concevons un cylindre creux bien régulier et parfaitement alésé {fig- 1 19), dans lequel il y ait un piston mobile dont le contour extérieur soit exactement appliqué contre les parois du cylindre, qui

(*) La machine pneumatique à un seul corps de pompe a été imaginée par Otto de Guericke, lequel réalisa par son moyen les expériences du crève-vessie, du baroscope, des hémisphères de Magdebourg, ceUes qui démontrent que le son ne se propage pas dans le vide, que l'air est pesant, etc. Nous avons vu qu'il se servait aussi de sa machine pour l'installation d'un baromètre à eau yOttonis de Guericke expérimenta nova {ut uocantur), Magdeburgica; Amsterdam, i663].

La platine de la machine pneumatique fut imaginée par Papin ( A new di" gestor or engine'for softing bones, 1687). Boyle imagina de réunir deux pistons se mouvant en sens Inverses dans deux corps de pompe, par le moyen d'une corde passant sur une poulie. Hawksbee substitua à cette disposition celle de la roue dentée et des crémaillères, qui est "encore en usage {Pogg, Gesck, der Phyèihy p. 4i3, 470, 473)»

Fig. 119.

puisse s*élever ou s'abaisser à frottemeni et qui soit percé d'uD trou muni d'une soupape A ouvrant de bas en haut. Imaginons de plus qu'il y ait sur la base du cylindre une autre soupape B dirigée dans le même sens, ouvrant ou fermant un conduit K par lequel l'appareil communique avec le récipient

dans lequel on veut faire le vide.

Au moment où Ton élèvera le piston» la soupape A se fermera par Teffet delà pression atmosphérique, l'espace AB augmentera, et, Tair qu'il contient prenant une pression moindre, celui qui est dans le récipient soulèvera la soupape B ei pénétrera sous le piston. Cette action se continuera jusqu'au moment où le piston sera arrivé au sommet du cylindre, après quoi on l'abaissera.

La soupape B commencera par se fermer, puis l'air compris entre le piston et celte soupape se comprimera, et il arrivera un moment où il acquerra une pression supérieure à celle de l'atmosphère : alors il ouvrira la soupape A, s'échappera, et le piston reviendra se placer sur la base du cylindre dans la position qu'il occupait primitivement. On voit donc qu'en soulevant le piston d'abord et qu'en l'abaissant ensuite on raréfie d'abord l'air du récipient et l'on en rejette ensuite une partie dans l'atmosphère, et, comme on peut continuer indéfiniment la même opératioT), il semble que l'on pourra diminuer indéHnimeotla pression de l'air dans le réservoir.

Mais il n'en est pas précisément ainsi, car le gaz du récipient ne pourra affluer dans le corps de pompe qu'en soulevant la soupape B, et la limite du vide sera atteinte' aussitôt que la pression exercée par le gaz sur la soupape sera devenue égale à la résistance de celle-ci. Cette première ifnperfeclion de la machine primitive a nécessité des modifications dont nous allons donner une figure et une description détaillée {fig^^io). Le piston contient intérieurement un noyau en métal composé d'un tube épais CC et d'une base élargie NN;?autourde

MACHINE PNEUMATIQUE A UN SEUL CYLINDRE, aji ce lube et sur celte base sônl empilées des rondelles de cuir découpées D,D que l'on a imbibées d'huile, et au-dessus d'elles est posé un couvercle métallique PP que l'on serre au moyen d'un écrou MM. On lime le contour de ces cuirs superposés pour en former une surrace cylindrique lisse et à peu près égale à la dimension du corps de pompe. Il est facile ensuite de %■ "°-

l'ajuster exactement, car, toutes ||

les fois qu'on viendra à serrer l'écrou, le diamètre du piston augmentera, et il décroîtra si l'on diminue la pression des disques de cuir; c'est là un moyen aussi précis que simple pour régler exactement la surface extérieure du piston et faire en sorte qu'il ferme exactement, sans opposer pour cela une résistance trop grande au jeu de la pompe.

A l'intérieur du tube creux se voit la soupape ou plutôt le clapet B : c'est un petit bouton plat dont la base, bien rodée, repose sur la plaque A et bouche exactement un petit trou dont elle esl percée; il est maintenu adhérent par un ressort à boudin très léger qui presse sur lui, s'enroule autour d'une lige qui le surmonte, et prend un autre point d'appui sur un couvercle fixe. Pour soulever ce clapet, il faudra que l'air intérieur exerce sur la base du bouton un excès de pression au moins égal à son poids augmenté de l'élasticité du ressort; mais poids et ressort sont très légers.

On a supprimé la soupape qui fermait le conduit du récipient, et on l'a re;nplacée par le mécanisme suivant, qui n'en a pas les, inconvénients. On perce le piston d'un trou cylindrique PN qui IraVerse les deux bases métalliques et toutes les rondelles, et l'on y introduit une tige de laiton qui peut glisser dans l'intérieur avec assez de frottement pour ne laisser aucune issue à l'air. Quand le piston descend, il entraîne cette lige avec hii, jusqu'au moment où elle rencontre la base du

corps de pompe, et alors elle vient appliquer sur rouvertureD un bouchon qui la ferme. Pour plus de sûreté, le trou a la forme d'un entonnoir, le bouchon celle d'un cône qui s'y adapte exactement, et un peu d'huile versée dans l'appareil suffit pour rendre l'adhérence parfaite. Pendant tout le temps que le piston descend, il appuie sur cette tige, la maintientappliquée en D et glisse sur elle de haut en bas; quand on vient ensuite à le relever, il commence par soulever la tige et par ouvrir la communication avec le récipient; mais, aussitôt que cela est fait, le sommet supérieur de la tige rencontre le couvercle du corps de pompe qui l'empêche d'aller plus loin; elle devient fixe, et le piston, glissant encore tout le long d'elle, remonte jusqu'en haut. Cette ingénieuse disposition, qui ouvre et ferme mécaniquement le conduit, laisse donc l'air du récipient pénétrer librement dans le corps de pompe, quelque faible que soit devenue sa pression.

A DIiUX GOBFS. — On n'a pas tardé à reconnaître que ces machines à un seul cylindre avaient un très grave inconvénient. Quand la pression du gaz devient suffisamment faible, il faut, pour soulever le piston, non seulement vaincre la résistance des frottements, mais encore équilibrer la pression de l'air atmosphérique qui appuie sur le piston. C'est un poids de loS''» à soulever quand la section est égale à i^'i et qui, nul quand on commence le vide, croît très rapidement pendant qu'on le fait, jusqu'à rendre (la manœuvre impossible. Pour remédier à cette difficulté, on a disposé l'un auprès de Tautre deux corps de pompe pareils C et D {Jig, .121), tous deux en rapport avec le même récipient par un conduit unique E. Les deux pistons sont surmontés de deux tiges à crémaillère A, B, et dans l'espace laissé libre entre elles est une roue dentée qui engrène avec elles. Enfin une manivelle à deux branches, terminée par deux poignées que l'expérimentateur saisit à deux mains, sert à mettre en mouvement la roue dentée. Si l'on tourne dans un sens, en abaissant la main droite par exemple, on fait descendre le piston de droite et remonter celui de gauche, et l'on a soin de n'arrêter ce mouvement qu'au moment où l'on éprouve la résistance opposée par la base du

MACHINE A DEDX CORPS. a47

corps de pompe. On change ensuite le sens du mouvement, et l'oDdonne aux deux pistons unemarcheinverse. Voici maintenant quel est l'avantage de cet accouplemeni de deux machines : en premier lieu, il permet d'aller deux fois plus vile, et, secondement, il détruit, dans la mesure du posstbie, l'effet de la résistance atmosphérique, car la pression exercée par

l'atmosphère à la face supérieure des pistons tend à les faire descendre l'un et l'autre, et les forces qu'elle exerce se composent en une résultante unique appliquée sur l'axe de la roue dentée; dès lors, celte action atmosphérique se compense ellemême pendant tout le temps de l'opération, et l'on n'a plus à vaincre à chaque instant, en dehors des frottements, que la différence des pressions exercées par l'air raréfié sur la base inférieure des pistons ( ' ).

BÉGIPIEHTS. — PIATDtE. — La machine pneumatique doit pouvoir aisément se mettre en communication avec.les divers ré-

(') Prnpogans-nouB ds inlculer le travRil de la diflërence des pressions supportées par le piatoD pendant la marche ascendante et d acendante. D'après

a48 HYDROSTATIQUE.

^ cipients qu'on peut avoir besoin de lui joindre. A cet effel, elle esl fixée sur une table solide {fig. 122); les conduits des

le dispositif employé, le travail net à effectuer par la force extérieure qui meul le piston est égal et de signe contraire au précédent. Soient

H la pression atmosphérique;

y celle de Tair du corps de pompe ;

S la section du piston;

h la longueur de sa course ;

B = SA le yolume du corps de pompe;

A celui du récipient ;

X la distance variable de la base du piston à la base du corps de pompe.

Quand on déplace le piston d'une quantité Sx, la pression y du gaz confiné agit et exécute un certain travail ; la pression atmosphérique H exécute un travail de signe contraire ; le travail élémentaire total des pressions est donc

5(5 r^ — (H— .r)SSx.

Considérons d'abord le travail effectué pendant la marche ascendante du piston. En appliquant la loi de Mariotte à l'air confiné dans le récipient el dans le corps de pompe, et en désignant par P la pression dans le récipieni quand le piston est au bas de sa cour3e, on a

;r(A-(-Sx) = PA, 0 -c A -h- S o:

Puisque ^x est positif, le premier membre de cette expression représente, à la

limite, la dérivée de G par rapport à x. En passant aux fonctions primitives.

on a

Î5 r^ — HSx -^ PAL. (A 4- Sar)-+- C.

La constante C est déterminée par la condition que ^ soit nul pour ^ = o :