APPLICATIONS DE LA VAPEUR

Les applications de la vapeur sont très étendues et très importantes ; nous aurons occasion d’y revenir en parlant des machines à feu. En attendant je me bornerai à quelques réflexions sur ce que nous venons de dire. Nous avons vu que lorsque l’eau est en ébullition, le thermomètre no s’élève pas, et que l’eau reste constamment à la même température. Par conséquent, l’ébullition rapide ou lente est une chose inutile, à moins que l’on n’ait intérêt à produire de la vapeur.

Réciproquement lorsque l’eau se réduit en vapeur, elle absorbe du calorique qu’elle rend latent, et par conséquent, elle empêche la température des corps environnans de pouvoir s’élever. Il vous sera impossible , tant que vous aurez de l’eau dans un corps , d’élever sa température au-delà de ioo°.

Si aulieu d’avoir l’ébullition à ioo°, vous avez une ébullition à 4o°, par exemple ( il est possible de faire ainsi bouillir l’eau au-dessous de ioo°), dans ce cas , la température ne pourra s’élever. On a tiré de là un moyen de tempérer la chaleur dans les pays chauds.

La principale application de la vapeur est celle qu’on en fait au chauffage. De l’eau en ébullition prend , comme nous l’avons établi, un volume 1700 fois plus grand que celui qu’elle occupait à l’état d’eau , et elle peut alors , lorsqu’on la reçoit dans des tuyaux d’une longueur indéfinie, aller à des distances de 5o , de 100 mètres, et même au-delà : de sorte que si on la reçoit à l’extrémité d’un tuyau et qu’on la condense, elle abandonne tout le calorique qu’elle avait absorbé. IJn kilogramme d’eau réduite en vapeur renferme 53 1° de calorique latent, ce qui veut dire que ce calorique latent peut élever 5 kilogrammes 3i dezéroà 100 degrés, ou.

en d’autres termes , qu’avec un kilogramme de vapeur nous pouvons faire bouillir 5 kilogrammes 5i d’eau, et comme un kilogramme de vapeur à ioo°, donne un kilogramme d eau à ioo°, un kilogramme de vapeur donne 6 kilogrammes oi d’eau à ioo°. Vous concevez qu’en faisant arriver ainsi de la vapeur , nous pourrons faire bouillir de l’eau sans feu daris un vase en bois , au lieu d’avoir une chaudière en métal et un fourneau, ce qui est un grand avantage. Ce procédé est employé dans les grandes manufactures et particulièrement dans les teintureries. On a une vaste chaudière dans laquelle on fait bouillir de l’eau; des tuyaux partant de cette chaudière portent la vapeur dans des cuviers placés au loin, qui renferment de l’eau. Lorsqu’on veut échauffer l’eau de ces cuviers, on ouvre une soupape, et aussitôt la vapeur arrive et détermine l’ébullition en moins d’un quart-d’heure. Il faut avoir soin d’envelopper les tuyaux ; car autrement l’eau se condenserait avant d’arriver dans le cuvier.

On a fait récemment une belle application de la vapeur. Il s’agissait d’échauffer la Bourse de la manière la plus avantageuse. En plaçant des calorifères dans cet immense édifice , peu de personnes se seraient ressenties de la chaleur, parce que les poêles, en raison de leur surface, échauffent la colonne d’air qui pèse sur eux, cette colonne échauffée s élève et porte toute la chaleur dans le haut. On a pensé que dans un pareil local le mode le plus utile et le plus commode de chauffage serait de chauffer le sol , parce que quand on a les pieds chauds , on se ressent très peu du froid. On a donc pratique une galerie d’un mètre de large , sur laquelle quatre cents personnes peuvent se placer à la fois. Au-dessous de cette galerie se trouve un espèce de canal , ayant un mètre de côté. Ce canal qui est fermé en dessus par une plaque en fonte au niveau du sol, est traversé par trois tuyaux, dans lesquels passe la vapeur. La plaque se trouve échauffée et par le calorique rayonnant et par l’air qui s’élève après avoir été échauffé par son contact avec les tuyaux. Cette plaque peut avoir une température de 4o° à 6o°; chaleur qui se fait sentir facilement à travers les chaussures. On a joint à cela des bouches de chaleur ouvertes le long des pilastres , et qui donnent passage à des courans d’air qui se sont échauffés par leur contact avec les tuyaux. Ce système de chauffage est sans contredit le meilleur qu’on pouvait appliquer à une localité comme la Bourse.

PROPAGATION DE LA CHALEUR DANS LES CORPS OU CONDUCTIBILITÉ DU CALORIQUE.

Après avoir parlé du calorique latent absorbé par les corps en changeant d’état, nous avons encore à nous occuper de quelques phénomènes relatifs à la chaleur. Nous nous occuperons d’abord de celui qu’on appelle la propagation de la chaleur dans les corps ; c’est une question d’un très haut intérêt pour les arts.

Lorsque l’on échauffe un corps, en le présentant simplement à une source de chaleur par une de ses extrémités, cette extrémité s’échauffe assez promptement et peut devenir rouge, tandis que l’autre extrémité pourra rester froide : par conséquent la chaleur appliquée à ce corps par une de ses extrémités ne se propage pas dans l’intérieur du corps avec une extrême rapidité.

Si la chaleur transmise par l’extrémité en communication avec la source pouvait se répandre d’une manière uniforme, vous sentez que la température du corps serait la même dans tous les points. On appelle conductibilité cette propriété qu’ont les corps de transmettre le calorique de proche en proche dans leur masse. Cette propriété n’est pas à beaucoup près la même pour tous les corps ; il y en a qui laissent passer plus ou moins vite le calorique, d’autres le laissent passer très lentement. On peut facilement montrer l’énorme différence qui existe entre les corps à cet égard. Si l’on prend une barre de fer de la longueur d’un double décimètre et qu’on expose l’une de ses extrémités à une chaleur rouge , on ne pourra tenir la main à l’autre extrémité sans se brûler; mais si l’on prend un morceau de charbon , on peut le faire rougir et placer le doigt tout près de la partie rouge sans éprouver la moindre sensation de chaleur.

Analysons aussi exactement que possible ce qui se passe relativement à cette conductibilité du calorique. Pour cela, il faut supposer la barre que vous exposez à une source de chaleur, divisé entranches. La première tranche, celle qui est en communication avec la source, tend à se mettre en équilibre avec cette source et à prendre sa température, la chaleur qui est reçue par la première tranche passe dans la seconde, de la seconde elle passe dans la troisième, et ainsi de suite. S’il n’y avait aucune cause extérieure qui pût absorber la chaleur, il est évident qu’au bout d’un certain temps la température de la barre, si longue qu’elle fût, serait uni-

forme ; parce que dès que la première tranche verse dans la seconde , la seconde dans la troisième, la tranche qui a versé pourrait reprendre à la source, ainsi de suite. Dans ce cas, on mesurerait la propagation de la chaleur ou la propriété conductrice par le temps qu’il faudrait pour que la température fût la même à l’extrémité qu’au commencement , pour des barres de dimensions déterminées et parfaitement constantes. Mais la chose ne se passe pas ainsi; nous ne pouvous concevoir la transmission de la chaleur à travers une barre, sans qu’il y ait déperdition de chaleur à sa surface , et il y a double déperdition : il y a déperdition par le calorique rayonnant et en même temps déperdition par le contact de l’air qui entoure la barre et qui se renouvelle à chaque instant. Voilà donc ce qui arrivera : concevons trois couches, la première, qui est le plus près de la source et la plus échauffée, donne à la seconde ; la seconde reçoit une certaine quantité de la première et donne à la troisième. Mais pendant que ces communications ont lieu , il y a une perte de chaleur occasionnée par le contact de l’air et par le calorique rayonnant, et l’équilibre de température sera établi dans toute la niasse, lorsqu il arrivera que dans chaque point la quantité de chaleur qui sera reçue de la couche voisine sera égale à la perte qui se fera. Cet état d’équilibre qu’on ne peutplus dépasser n’a lieu qu’après un temps assez long. L’équilibre une fois établi , ce qui est donné par communication est entièrement compensé par le calorique qui s’échappe par radiation ou par le contact de l’air. Imaginez , fig. 2, une barre dans laquelle on ait pratiqué, à des distances égales, par exemple, d’un décimètre,^ des trous propres à recevoir des boules de thermomètre. Ces boules doivent plonger dans un petit bain de mercure, parce que le thermomètre touchant le métal par tous ses points, la communication de la chaleur se fait beaucoup mieux. On échauffe une des extrémités de la barre en la plongeant dans un bain de plomb, de mercure, ou d’huile, tenu à une température constante au moyen d’une lampe d’Argan qui produit constamment la même chaleur. C’est avec une barre semblable que M. Biot a fait ses expériences sur la conductibilité du calorique. La barre ayant été échauffée , les thermomètres ont varié successivement à mesure que la chaleur s’est produite, et, au bout de plusieurs heures, ils sont tous devenus stationnaires. On a remarqué alors que les distances entre les th ermomètres étant égales, les températures indiquées par ces thermomètres suivaient une progression géo-

métrique, tandis que leô distances allaient en progression arithmétique.

Lorsqu’on prend des barres de dimensions différentes , la propagation se fait suivant les mêmes lois; mais la température pourra être portée plus loin à travers une grosse masse qu’à travers une petite. Les masses étant comme les cubes des dimensions, tandis que les surfaces sont comme les carrés, vous concevez très bien que si vous exposez à la même source deux barres, l’une très grosse, l’autre mince , la température finale pourra être portée plus loin dans la première que dans la seconde , puisque les déperditions par le calorique rayonnant et par le contact de l’air sont plus considérables dans la petite barre que dans la grosse. Ainsi, supposez que nous ayons une barre cylindrique de 9 millimètres de diamètre, et que nous ayons un fil de métal qui n’ait qu’un millimètre de diamètre. La distance à laquelle la même température pourra être portée dans la grosse barre, sera à la distance à laquelle la même température peut être obtenue dans la petite, comme la racine carrée du grand diamètre est à la racine carrée du petit. La racine carrée de 9 est 5 , et la racine carrée de 1 est 1 ; par conséquent, dans la grosse barre, la même température sera obtenue à une distance trois fois plus grande que dans la petite.

On conçoit, d’après cela, qu’on puisse faire rougir un fil de fer très fin, et mettre le doigt tout près de l’endroit où il est rouge sans rien sentir; c’est parce que ses dimensions étant très petites, la perte de la chaleur par la surface est considérable.

On a employé divers moyens pour mesurer la conductibilité; tous ces moyens reviennent finalement à celui de rechercher quelle est la température de divers thermomètres qu’on suppose à des distances connues de la source.

Franklin se servait d’un moyen très simple pour déterminer la conductibilité des corps. Son appareil, figure 5, consistait dans une espèce de peigne formé par divers fils en fer, en or, en argent, en cuivre, qu’il plongeait dans de la cire en fusion; ces fils en sortaient avec une légère couche qui se solidifiait ensuite. La cire fond facilement à une température de 62° à 65°; en mettant les extrémités des fils dans de l’eau bouillante, vous sentez que la chaleur se porte à travers ces fils jusqu’à un certain point. Plus le corps est conducteur, plus une certaine température est portée loin.

Franklin faisait l’expérience en plaçant les fils dans une

position verticale; mais pour pviter l’influence de Pair chaud qui monte, il est mieux de faire l’expérience en tenant les fils horizontalement, comme le représente la figure Zj* appareil n’est bon que pour donner une idée générale du re- j sultat de l’expérience; il ne suffirait pas pour des expériences rigoureuses , parce qu’en mettant une couche de cire sur les fils d’or, d’argent, etc., nous changeons le pouvoir rayonnant

de ces corps.

Pour avoir des résultats parfaitement exacts , il faut prendre les corps tels que la nature nous les donne. Les physiciens qui ont déterminé la conductibilité en n’ayant pas égard a cette circonstance ont dû nécessairement commettre des erreurs. Ainsi donc il faut que la conductibilité soit étudiée sur les corps tels que nous les trouvons dans la nature ; si nous ne remplissons pas cette condition, c’est que nous ne voulons que donner un résultat général, et mootrei qu il y a c e très grandes différences entre les corps sous le rapport de la conductibilité, plutôt que déterminer ces différences d’une manière exacte.

Pour faire l’expérience dont nous venons de parler, on verse

de l’eau bouillante dans une espèce de boîte B, sur le cote

de laquelle sont fixées les extrémités des fils ; on pourrait pour

maintenir l’eau à l’état d’ébullition faire arriver de la vapeur

dans cette boîte au moyen d’un tuyau communiquant avec

une chaudière. La chaleur se propage à traveis les. parois

du vase et ensuite dans les fils, et l’on voit la cire dont ces

divers fils sont revêtus fondre à des distances plus ou moins

grandes; c’est la différence qui existe entre ces distances qui

nous fait connaître la différence de conductibilité des fi s.

Je suppose que nous ayons fait l’expérience exactement,

nous trouverions que parmi ces métaux il y en a un qui est

beaucoup meilleur conducteur que les autres, c’est l’or. Nous

le prendrons pour type, et représentant sa conductibilité

par

nous trouverons pour la conductibilité

de l’argent ‘ • *97> 3*

du cuivre °9> °*

du fer 4-

du plomb 9-

du marbre 2, •

de la terre, des fourneaux et de la porcelaine. ... i,

Vous pouvez voir par ces nombres quelles différences énor= mes existent entre les corps sous le point de vue de la ton-

ductibilité. Les corps ont été pris pour cette expérience, sous ïes mêmes dimensions, avec les mêmes longueurs, enfin dans les mêmes circonstances. C’est la distance à laquelle la même température, celle qui opère la fusion de la cire, est parvenue, qui a donné les nombres que nous venons de citer.

IMPRIMERIE I)E E. DCVERGER ,

RUE DE VERNEUiL , N . 4 .

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