MACHINE PNEUMATIQUE

171. Principe, Cet instrument est fondé sur la propriété qu'a l'air de tendre toujours à se dilater. Réduit à sa plus simple expression , il consiste (f. 169) en un corps de pompe a, muni de deux soupapes 5 et 5' placées l'une sur le fond du corps de pompe, l'autre sur le piston pp' , et s'ouvrant toutes deux de bas en haut. En adaptant ce corps de pompe à l'ouverture d'un vase b dans lequel on veut faire le vide, il suffit de faire jouer le piston pour parvenir à ce but, c^est-à-dire , pour retirer Tair qui se trouve dans h. Pour nous rendre compte de cet effet, considérons d'abord le pislon ^^'' comme placé dans I9 partie inférieure du corps de pompe , et appliqué contre la soupape s' de manière qu'il ne puisse point y avoir d'air entre le piston et le fond du corps de pompe.

En soulevant maintenant le piston nous voyons que les soupapes étant toutes deux fermées, il se ferait un vide d'air entre le fond du corps de pompe et le piston ; l'air contenu dans b n'étant tenu en équilibre par aucune pression opposée, cède à sa force d'élasticité , soulève la soupape s^ , et pénètre en partie dans le corps de pompe. Lorsqu'il eu est pénétré assez pour qu'il y ait équilibre entre cet air et celui qui reste dansé, la soupape 5' retombe par son propre poids. En faisant redescendre le piston, l'air qui se trouve dans a est comprimé de plus en plus , de sorte que bientôt son élasticité l'emporte sur la pression atmosphérique extrérieure, et alors il soulève la soupape s et s'échappe à travers elle jusqu'à ce qu'on ait ramené le piston sur le fonds du corps de pompe. En ce moment la soupape s se referme par son propre poids , et par effet de la pression atmosphérique ; on a donc ainsi enlevé une partie de l'air qui était contenu dans le vase i; en

( ikï )

continuant ce mouvement du piston, on parviendra bientôt à y faire le vide.

172. Raréfaction. On neparviendrait jamaisà enleverabsoluraent tout l'air de b ; en effet, nous voyons que ce n'est jamais qu'une partie de cet air qui passe dans le corps de pompe. Si le vase b par exemple, est neuf fois plus grand que le corps de pompe , au premier coup de piston , passera le '/lo ^^ '^ut l'air ; au second coup de piston le '/,„ de l'air qui restait, etc. j en sorte qu'en dernier résultat, il devra toujours rester de l'air. Le vide se fera d'autant plus parfaitement que la capacité du corps de pompe sera plus grande par rapport à celle du vase d'où Ton veut retirer l'air.

Voyons suivant quel rapport le vide s'établit dans le récipient de la machine pneumatique. Admettons, comme nous venons de le supposer, que le récipient soit neuf fois aussi grand que le corps de pompe: après le 1^"" coup de piston , le récipient ne contiendra plus que les */,„ de l'air qu'il renfermait auparavant; après le second coup de piston, il ne contiendra plus que les V, g des '/lo qu'il renfermait après le 1^" coup, c'est-à-dire, les -il de celui qu'il contenait dans l'origine : après le troisième coup de piston il ne contiendra plus que les— de ces 11., c'est-à-dire les —^ delà masse d'air primitive, et ainsi de suite. Nous voyons donc que le second reste est le carré du premier, que le troisième en est le cube, etc. Si donc le volume d'air que renfermait le récipient est appelé 1 , nous pourrons représenter les quantités successives par la série des nombres

^' lô' (ïô) ' (ïô) ' [W [jôT'

Si nous représentons le volume d'air que renferme d'abord le récipient par v , et que nous représentions la capacité du corps de pompe par p^ nous obtiendrons la série des formules suivantes pourreprésenler les quantités successives d'air que contient le récipient, avant le 1"'' coup de piston, après le 1^'' coup, après le 2* coup, après le 5° coup et après le n* coup.

' U'-f-/?/ ' \v-hp/ ' \v-\-fjJ \v-i-p)

A mesure que la masse d'air renfermée dans le récipient diminue, sa force élastique diminue dans le même rapport (1S8). Ainsi étant/, la force élastique du gaz que le récipient contient d'abord,

nous représenterons les pressions intérieures successives par la série suivante.

Si par exemple l'air du récipient était d'abord sous la pression de 0'°,76 , et que la capacité du récipient fût neuf fois plus grande que celle du corps de pompe, la pression intérieure du gaz, après le cinquième coup de piston , serait déterminée par la formule x =

173. Perfectionnements. La machine pneumatique a été inventée

par Otto de Guéricke en 16o4. Telle qu'on la construit aujourd'hui, elle consiste (f. 170) en deux corps de pompe semblables au précédent, communiquant ensemble au moyeu d'un tube tti qui va s'ouvrir en o au-dessous d'un plateau : c'est sur ce plateau parfaitement poli que l'on place le vase dans lequel on veut faire le vide , de manière que son ouverture se trouve au-dessus de l'ouverture o du tube.

Afin de voir a quel point on a poussé le vide , le tube tt' communique avec une petite cloche (f. 171), où se trouve an petit baromètre à siphon La branche fermée b de ce baromètre n'étant pas plus grande que la branche ouverte, le mercure la remplit complètement; mais quand Ton pompe l'air, bientôt la pression de celui-ci n'est plus assez considérable pour tenir le mercure élevé jusqu'au sommet de b: alors on voit la petite colonne se détacher de ce sommet et s'abaisser de plus en plus. Des divisions en millimètres tracées sur une lame métallique qui porte le petit lube barométrique indiquent la pression intérieure , c'est-à-dire, à quel point on a fait le vide.

Le petit appareil que nous venons d'indiquer porte le nom d'éprouvette de Meiran, et est placé ordinairement sur le tube W^, avec lequel on peut le faire communiquer au moyen d'un robinet r (f. 170).

La platine de la machine /5/3^ est une forte plaque de métal, sur laquelle est mastiqué un plateau de verre parfaitement poli et plan. Le vase que l'on place sur celte platine, poar y faire le vide, est ordinairement une cloche de verre que l'on appelle le récipient de la machine; il doit avoir ses bords enduits de suif

ou reposer sur une peau humide, afin d'adhérer bien herméliqueuient à la plaline. Les corps de pompe ont les tiges de leurs pistous dentelées, afin qu'elles s'engrainent dans un pignon (f. 172); on met ce pignon en mouvement au moyen d'un levier IV ^ et de ce mouvement il résulte que l'un des pistons étant soulevé, l'autre est abainsé, en sorte que l'air est pompé continuellement. Dans les machines à deux pistons, les pressions exercées sur chacun d'eux par l'air extérieur se détruisent, et il ne reste à vaincre que le frottement. Le robinet c (f. 170) s'appelle la clé de la machine; il est destiné à établir la communication entre les corps de pompe et le récipient. Pour tenir le vide , on tourne le robinet de manière à intercepter la communication du récipient avec le corps de pompe. Outre l'ouverture latérale ordinaire, le robinet c en porte une seconde qui se ferme au moyen d'un bouchon métallique conique; on enlève ce bouchon quand on veut rendre l'air, c'est-à-dire, faire rentrer l'air dans le récipient.

La figure 173 présente la coupe latérale d'un corps de pompe: ppl est le piston et s sa soupape; 5^ est la soupape inférieure : tt' est le tube qui se rend des corps de pompe sous la platine mm' où se trouve le récipient r; ee' est l'éprouvetle de Meiran.

Quand un piston est au fond du corps de pompe , il reste audessous de lui un peu d'air à l'état naturel. Si , en cet élal de choses, on ouvre pour un instant une communication entre le fonds de ce corps de pompe et l'autre , qui est presque vide et dont le piston est actuellement élevé , une grande partie de cet air y passera. On facilite ainsi la raréfaction , au point de pouvoir faire le vide à moins deO'",001.La communication alternative de l'air qui se trouve sous le piston abaissé, avec l'autre corps de pompe, se fait par le jeu d'un robinet. Les machines qui en sont pourvues sont connues sous le nom de machines à double épuisement , et ont été exécutées par M. Babinel.

174. Au moyen de la machine pneumatique on peut fa{re un grand nombre d'expériences tendant à prouver la pesanteur de l'air et son élasticité.

Cloche. Plaçant une cloche de verre sur la platine de la macliine et y faisant le vide , il ne sera plus possible de l'enlever. Cela est dû à ce que la pression atmosphérique, n'étant plus équilibrée comme auparavant par l'élasticité de l'air intérieur, pèse

sur la cloche qui supporte ainsi un poids considérable, puisqu'il est de 1*=,033 pour chaque centimètre carré de surface. Il faut avoir soin de ne toucher que légèrement cette cloche , car pressée comme elle l'est , un brusque mouvement en produit ordinairement la rupture.

Crève -vessie. Si on place sur la platine de la machine un tube en verre à parois épaisses (f. 174) ayant son ouverture b fermée au moyen d'une vessie fortement attachée , et si l'on fait le vide , on voit la vessie s'abaisser en prenatil une surface concave, et bientôt, cédant à la pression de l'air extérieur, crever avec force. Au moment où la vessie crève , les molécules d'air se précipitant dans le vide, y produisent par leur choc contre les parois une violente détonation.

Hémisphères de Magdeboiirg. On appelle ainsi des hémisphères creux (f. 175) parfaitement rodés l'un contre l'autre et portant un robinet r. En vissant sur l'ouverture de la machine pneumatique le prolongement que porte l'hémisphère inférieur, on peut faire le vide dans la sphère : fermant alors le robinet r et enlevant les hémisphères réunis, on verra qu'il faudrait une force énorme pour les séparer , tandis que précédemment l'on n'avait, pour y parvenir, aucun effort à employer. Le vide étant fait dans la sphère, la pression atmosphérique n'est plus équilibrée , et alors un poids considérable presse les deux hémisphères Tun contre l'autre.

175. Autres expériences. En plaçant sous le récipient de la machine pneumatique une vessie dont on a chassé le plus d'air possible en l'aplatissant avec la main, et dont l'ouverture est fermée par un robinet , l'on voit cette vessie se gonfler à mesure qu'on fait le vide dans le récipient. Cela est dû à ce que, par la disparition de l'air du récipient , l'air de la vessie n'est plus comprimé, et cédant alors à sa force élastique, cherche à occuper le plus d'espace possible.

C'est à la même cause qu'est dû le gonflement qu'éprouve un fruit ridé, tel qu'une pomme, lorsqu'on le place sous le récipient de la machine.

Les animaux ayant besoin de respirer l'air pour vivre , et les corps combustibles ne pouvant brûler que dans l'air , il est évident que, placés sous le récipient de la machine pneumatique, les pre-

miers périront, les seconds s'éteindront. Il existe cependant un certain nombre d'insectes qui peuvent vivre pendant plusieurs jours dans le vide.

Les matières organiques fermentescibles ne pouvant fermenter, la plupart, que par le contact de l'air, peuvent se conserver indéfiniment dans le vide.

Nous verrons plus loin des causes pour les quelles de l'eau froide placée sous le récipient de la machine pneumatique, entre ené,bullilion à sa surface, tandis que sa partie inférieure se change en glace. Pour faire celte expérience on prend un petit vase à large surface (f. 176) , on y met de Teau, on le pose au-dessus d'un autre vase contenant de l'acide sulfurique, et on met le tout sous un récipient que l'on vide d'air. L'acide sulfurique a pour but d'absorber sans cesse la vapeur qui se forme par rébuUilion, et par suite, de maintenir le vide.

Enfin , un corps sonore placé sous le récipient de la machine pneumatique, devient incapable de communiquer au dehors les sons qu'il produit. Ainsi, on n'entend plus une sonnette qui est suspendue par un fil de soie dans un ballon que l'on a vidé d'air, quelque fortement qu'on l'agite.

MACHINE DE COIVIPRESSIOIV.

176 Cette machine a pour but de comprimer les gaz, c'est-àdire, de forcer une quantité plus ou moins considérable d'un gaz à pénétrer dans un espace donné, plus petit que celui que remplirait le gaz sous la pression atmosphérique. La machine de compression la plus simple est le soufflet que l'on emploie pour activer l'ardeur des foyers.

La machine de compression ordinaire consiste en un corps de pompe portant une soupape s dans sa partie inférieure (f. 177) et une seconde soupape s' dans son piston : les deux soupapes s'ouvrent de haut en bas, c'est-à-dire, en sens inverse de celles de la machine pneumatique. Le jeu de cette pompe est facile à concevoir; en effet, le piston étant élevé au haut du corps de pompe, nous voyons qu'en l'abaissant, l'air qui se trouve dans celui-ci sera forcé de passer dans le vase b. Avant ce coup de piston , le vase 6 était rempli d'air sous la pression atmosphérique existante: donc, puisqu'il y a eu de l'air introduit, l'élasticité intérieure est déjà plus grande que la pression extérieure , et force la soupape 5 à se fermer;

en soulevant le piston, la soupape s' , ouverte, laissera pénétrer de l'air dans le corps de pompe : en rabaissant le piston, cet air se comprimant forcera la soupape 5' à se fermer , et alors le piston n'offrant plus d'ouverture forcera l'air du corps de pompe à pénétrer dans le vase b en ouvrant la soupape s qui se refermera aussitôt. On voit que, en continuant le mouvement, il y a, à chaque coup de piston , du gaz introduit dans l'espace b.

177. A mesure que l'on introduit plus de gaz dans l'espace b , la pression intérieure y devient de plus en plus forte ; on mesure cette pression au moyen d'un manomètre (159), ou quand la pression est très- forte, au mo^'en de soupapes de sûreté. On appelle ainsi un bouchon métallique muni d'un rebord, qui ferme exactement une ouverture conique dans laquelle il s'engage et contre laquelle il est pressé par un levier du second genre, chargé d'un poids. Lorsque la pression intérieure du gaz devient plus forte que la pression que subit la soupape, celle-ci est soulevée. Si donc l'aire de l'ouverture est de 1 centimètre carré , et que le poids que celle soupape porte , y compris la pression atmosphérique , soit de o kilogrammes, la soupape ne se soulèvera que lorsque la pression intérieure du gaz comprimé sera un peu plus forte que cinq atmosphères. Les soupapes de sûreté ne donnent que des résultats approximatifs , à cause de l'adhérence de la soupape et de la difficulté de mesurer rigoureusement l'ouverture et les bras de levier.

Les augmentations successives que la masse d'air éprouve à chaque coup de piston, dépendent nécessairement du rapport de la capacité du récipient à celle du corps de pompe. Soit par exemple la première neuf fois plus grande que la seconde, et il est certain qu'après le 1"^' coup de piston , la masse d'air sera devenue 1 -i- -L = 12 de ce qu'elle était d'abord : après le second coup elle sera devenue i -h — = ~ et ainsi de suite.

Si donc nous représentons par v le volume d'air que contient d'abord le récipient , et par p la capacité du corps de pompe. Les quantités d'air relatives contenues successivement dans le récipient avant le l*^"^ coup de piston , après le 1" coup, après le 2*" coup et après le n""* coup, seront représentées par les formules suivantes.

V v-\-p zi~\-^p v-\-np

TT ^^ ^ j 7. ' 7. 5 — 7. — •

Etant /, la force élastique que l'air possédait dans l'origine, la série suivante représente le rapport des pressions successives.

^xuf{^);fV^)^ 4^}

178. Dans la pompe de compression la soupape s' se place ordinairement, non dans le piston, mais latéralement (f. 178), ets'ouvrant d'ailleurs aussi du dehors au dedans. Quelquefois on remplace celte soupape latérale par un simple trou placé vers le milieu de la longueur du corps de pompe; ce trou fait office de soupape en ce qu'il se trouve alternativement au-dessous et au-dessus du piston.

La machine de compression perfectionnée est munie de deux corps de pompes et a une construction analogue à celle de la machine pneumatique.

179. FUSIL A VENT. La crosse de ce fusil est creuse et porte une soupape s'ouvrant du dehors au dedans j en vissant audessus de cette soupape une petite pompe foulante (f. 179), ou peut comprimer de l'air à une pression de plusieurs atmosphères dans la crosse ; on enlève ensuite le petit corps de pompe , et on le remplace par le canon du fusil; au moyen d'une détente on peut soulever un instant la soupape , et alors l'air comprimé dans la crosse s'échappe avec violence et chasse la balle qui se trouvait au fond du canon.

Dans les armes à feu ordinaires la balle est également chassée par le développement subit d'une grande quantité de gaz qui se forme par l'inflammation de la poudre. Si le canon de l'arme à feu est court, la balle supporte pendant trop peu de temps l'effet de la force élastique des gaz produits , et n'est pas chassée aussi loin qu'elle l'aurait été dans un canon plus long; la longueur de l'arme à feu ne doit pourtant pas être trop grande , car la vitesse du projectile serait diminuée par les frottements qu'il éprouverait dans un canon trop long.