EFFET UTILE

PAR klLOCft .

UE HOUILLE W;Cl£e.

A haute pression, sans détente ni condensation. . . .

A basse pression, sans détente et avec condensation. .

A haute pression, avec détente et sans condensation. .

A haute pression, avec détente et condensation. . . .

598. Étude plu* approfondie de la machine a vapeur, — Mais qu’oil

ne s’occupe pas de ces travaux accessoires dont nous venons de parler et qui ne sont réellement perdus que pour l’industriel ; pour le physicien ils sont de même ordre que le travail industriellement utile. Il doit les compter comme produits par la vapeur. La question est donc celle-ci : Quel est théoriquement le travail effectué par une machine d’une espèce déterminée ou mieux quel est le rapport de ce travail à celui que la machine effectuerait si toute la chaleur fournie à la vapeur était utilisée, rapport que l’on appelle coefficient économique de la machine? Mais le travail effectué ne peut l’être que par une consommation de chaleur (485), et si l’on étend la théorie dont nous avons donné un premier aperçu, extension qui a été légitimée par d’autres expériences, on voit que chaque calorie consommée produit un travail de 430 kilogrammètres. Il faut chercher le nombre de calories qui disparaissent pendant le jeu de la machine. Ce nombre est évidemment égal a la différence qui existe entre la quantité de chaleur que la vapeur emporte

MACHINES A VAPEUR

ilt1 la chaudière et celle qu'elle restitue au condenseur. Le quotient de la différence obtenue, divisée par la chaleur totale que la chaudière a fournie, représentera le coefficient cherché dont la valeur, c’est bien évident, n’est relative qu’à la machine employée, et cela dans les conditions où elle fonctionne.

Ce rapport a été trouvé dans des cas particuliers : des mesures calorimétriques de M. Régnault on a déduit la chaleur que la vapeur enlève à la chaudière. Ce nombre obtenu, M. Hirna mesuré directement la quantité de chaleur apportée par la vapeur au condenseur, etila trouvé ainsi ^ comme valeur moyenne du coefficient économique pour une machine marchant à une pression de 5 atmosphères avec un condenseur à 40°, Ce coefficient ^ est beaucoup plus considérable que celui que d’autres physiciens avaient trouvé. Mais d’une part les calculs de M. Macquorn Rankine et d'autre part de M. Clausius et les expériences de M. Hirn eu ont montré la raison : la vapeur utilise par sa détente une quantité de chaleur notable ; non pas seulement parce que sa température s’abaisse, mais surtout parce qu'elle subit une condensation partielle qui ne s’effectue que par un abandon de sa chaleur latente.

Voici l'expérience de M. Hirn : Un cylindre de cuivre ‘fermé à ses deux extrémités par deux plaques de verre bien transparentes, quoique épaisses, et muni de deux ajutages à robinet, a été mis en rapport par l’un d'eux avec la chaudière d'une machine à vapeur; par l’autre, avec l’atmosphère; tout d'abord le robinet qui gouverne cet ajutage était à peine ouvert. On mettait le cylindre en communication avec la chaudière et on le remplissait ainsi peu à peu de vapeur saturée et bien sèche, et par conséquent transparente. Ce résultat obtenu, on ouvre le robinet; la vapeur se précipite dans l’atmosphère et par suite se détend ; eu même temps un nuage se forme dans le cylindre qui bientôt devient d’une opacité complète. Ce résultat ne peut provenir que de la présence, dans le cylindre, d’eau à l'état de nuage formé de gouttelettes liquides. Ainsi la détente d'une vapeur est accompagnée de la condensation d une partie de cette vapeur.

Ù99. l'omparulaon de» différente» mnehlne» thermique». — Mais les physiciens se sont posé une autre question théorique qui est bien plus générale puisqu'elle s’applique à toute machine qui emploie la chaleur comme force motrice. N’y aurait-il pas d'autres machines mues par le feu plus avantageuses au point de vue théorique? Voici, à cet égard le résultat des travaux les plus récents.

M. Clausius a démontré par le calcul que dans toute machine1 ther-

inique, c’est-à-dire dans toute machine qui utilise la chaleur pour produire un travail mécanique, le rapport maximum de la dépense utile à la dépense tolalp de chaleur est égal à

g (t, — lo)

/, et tn désignant la plus haute et la plus basse température auxquelles parvient la substance, quelle qu’elle soit, qui s'échauffe et se refroidit pour produire le jeu de la machine. Divisons haut et bas par a, nous mettrons celte expression sons la forme :

t, — lo

ou en représentant par T, l'expression +t, parT„ l’expression +t«, c'est-

à-dire les températures comptées à partir delà température — — — “73"

Ces températures T„ T», sont dites températures absolues parce quelles sont comptées à partir de — 273", c'est-à-dire à partir d’un point où le gaz étant maintenu sons un volume constant exercerait une force élastique nulle si la loi de Gay-Lussac (279) était applicable aux températures les plus basses. On peut le voir en appliquant la formule (d) (244): mais cette extension de la loi de Gay-Lussac n’est qu’hypothétique ; toutefois l'expression est commode et nous la conserverons.

fiOO. Toute la question du perfectionnement des machines thermiques revient donc à étendre les limites qui séparent les deux températures extrêmes. Sous ce rapport, que l’on étudie les machines à vapeur, on se trouve bientôt arrêté par la résistance énorme qu’il faudrait donner aux appareils en raison du rapide accroissement de tension de la vapeur d’eau avec la température. Dans les machines à gaz rien de pareil, puisque si un gaz a une force élastique d’une atmosphère à la température ordinaire, il ne faut pas moins d’une élévation d’environ 275° dans sa température pour chaque augmentation d’une atmosphère dans sa pression Mais en revanche l’oxydation et l’usure rapide des métaux en contact avec l’air à une température élevée limitent beaucoup la température la plus haute qu’il soit possible d’atteindre. Au lieu d’air, employons de la vapeur d’eau suréchauffée, alors plus d’oxydation et cependant encore sensiblement tous les avantages propres à la machine à gaz, car une pareille vapeur tend de plus en plus à se confondre avec un gaz à mesure que sa température s’élève. — 11 est donc, à croire que l’avenir appartient aux machines de cette dernière espèce.

Cil M FFAGK ET VENTILATION.

r.nr,