xlog
En représentant graphiquement les valeurs du travail avec ou sans délente, on a dans le premier cas un rectangle, dans le second cas un rectangle suivi d'une figure curviligne, dans
laquelle les or(lonn(^es représentent les pressions et les abscisses les volumes ; les ordonnées et les abcisses ayant entre elles la relation exprimée par la loi de Mariette.
g S. Capacité des gai et des vapeurs pour la éhaleur.
ciMiieiir apécMvM. — L'unité de chaleur ou calorie est la quantité de chaleur suffisante pour élever i kilogramme d'eau
(le la température de (r à la température de 1" centigrade.
Entre tous les points de réchelie tliermomélrique, on admet que la quantité de chaleur nécessaire pour élever la tempère-
tuie de 1^ est conslanle : les dilTérences conslatées par M. liegnault peuvent éire négligées dans la pratique.
Les diiïérenls corps n'exigent pas la môme quantité de chaleur pour passer de 0 à ; la quantité de chaleur nécessaire à
chacun de ces corps rst désignée sous le nom de capacité pour k clideur ou de chaleur spécifique.
La chaleur spécifique de Teau étant prise pour
unité 1,00
celle de la i'onte est 0,15
— du fer 0,12
— du cuivre 0,09
La chaleur spécifique des gaz est difficile à constater, d'abord parce qu'il faut opérer sur des masses considérables, et ensuite parce que ran^iiKMilation do lemiMMalure peut, ainsi que nous ravons dil dans le chapitre précèdent, se produire dans des conditions très-différentes :
La pression restant la même, le volume varie avec la température ;
Le volume étant constant, la force élastique ou la pression varie aussi avec la température.
M. Rcgnault a fait des eipèriences très-nombreuses pour rechercher les variations de la chaleur spécifique des gaz à pression constante. Il a formulé ces deux lois :
1" La capacité calorilitjno des gaz par rapport à l'eau ne varie pas sensiblement avec la teaipéralure;
2° La capacité calorifique des gaz par rapport à l'eau n'est que très-peu modifiée quand lu pression varie de 1 à 10 atmosphères.
Les expériences de M. Rcgnault ont porté sur des températures de — 10 à -h 225", avec des pressions de i à 10 atmosphères. 11 a trouvé que la capacité de l'air pour la chaleur était Û,24 de celle de Peau, c'est-à-^ire qu'une masse d'air absorbe, pour que sa température s'élève de 1% moins du quart de la
DES HACIITNES A VAPEUTl.
quanlitc de chaleur nécessaire pour élever de 1** le même poids d'eau.
La chaleur spécifique & volume constant est plus faible que
la chaleur à pression constante :
On a Iroiivé pour l air c' =0,1680.
La capacité à pression constante étant €=0,2577, le rapport des deux est --7 = li'il.
La théorie mécanique nous a donné Icxplication de cette différence.
Knfin, pour les chuleurs spécifiques des principales vapeurs, M. Regnault a donné les chiffres suivants :
Vapeur d'eau 0,475
Alcool 0,451
Essence de térébenthine 0,500
Chalew lafeirte. — Nous ne reproduisons pas ici les théories
qui ont été pi ésciilrcs \n\v les physiciens sur la cli.ilciir latente; nous rappelons que Ton désigne sous ce nom la chaleur qui n'est pas accusée par nos instruments, et qui se produit ou disparait dans les passages de l'état solide à l'état liquide, de l'état liquide h Télal pazcux, cl inversement :
P«5.sï/f/<' (le Vêlât solnh' (t l êtat liquide :
Un mélange de 1 kilog. d'e;iu à 75'' et de 1 kiiog. de glace à 0% donnant 2 kilog. d'eau à 0% 1 kilogramme de glace exige pour se fondre 75 calories qui sont absorbées à Tétat de chaleur latente.
PiissfKH' de l état Ii(juide à l'état gazeux :
La détermination de la quantité de calories nécessaires pour . faire passer 1 kilog. d'eau à 0" à Tétat de vapeur saturée, sous diverses pressions, a donné lieu à de nombreuses expériences et à de nombreuses hypothèses.
£ther . . .
Chloroforme
Watt a admis que cette quantité de calories était constante et é^\G à 657 calories, quelle que fût la pression : L=657"'.
Soutliorn a pensé que la quantité de chaleur nécessaire pour obtenir la vaporisation était constante et égale à 557 calories, mais qu'il fallait, pour avoir le nombre total de calories, ajouter à 557 autant d'unités que le thermomètre indiquait de degrés. Ainsi, L désigiiunl le nombre total de calories,
on a : à 100% 1=557 + 100=657
àl20%L=537-hl20 = C57.
A 100", la concordance entre la loi de Walt et la loi de Southern est parfaite. Pour i'20\ la loi de Southern indique 657, tandis que la loi de Watt donnerait constamment 657.
M. Regnault a repris ces expériences et a indiqué une loi qui
les résume Irés-exaclcmcnt :
T étant la température.
A 10*0, on retrouve 657 comme l'avaient indiqué les deux
autres physiciens ; au-dessus de 400* et pour les pressions jusqu'à "25 atmosphères, les valeurs de L vont en croissant, mais beaucoup moins rapidement que ne Favait admis Southern.
Dans la formule précédente, la quantité constante 606*^', 5 semble représenter la chaleur latente proprement dite, c'està-dire la quantité de clKileur nécessaire pour vaporiser 1 kilog. d'eau à 0* ; et le coetUcient 0,505, la capacité caloritiquc de la vapeur d'eau à Tétat de saturation.
La quantité de chaleur contenue dans 1 kilog, de vapeur saturée est loin de croître comme la pression.
A iOO" et sous l atmosphère, elle est de 037"';
A 225" et sous 25 atmosphères, elle n'est que de 075'"'.
La quantité de chaleur que la vapeur d'eau absorbe pour s'élever de 1* centigrade est donc trés-faible.
turitif 4« la irspetar MMiNMfiée* — M. Begnault a également
• «* DES MACHWES A VAPEUR,
rcchen lié commenl la vapeur surchauffée, c'est-à-dire la vipeur saturée isolée de l'eau, se comportait lorsqu'on élevait sa lempérature, et il a indiqué, comme valeur de la quanlilé de ( alories qui existent dans 1 kilogramme de vapeur surchaulfée, la formule suivante, T étant la température de saturation, T' Ja température finale :
1-es deux premiers termes sont ceux do la Ibnnulc qui exprime la quantité de chaleur contenue dans la vapeur non encore sur-
chauffée.
coadoMMioB. — La détermination de la quantité d'eau à injecter pour condenser 1 kilogramme de vapeur es( un [wo blême dont la solution se préscnic conslaunuonl dans Tétalilissemenl des uiacliirK's ; la loi dite des mélanges cl laformuiede M. Regnault donnent une solution facile. Soient :
Q le poids de vapeur à condenser,
T sa température,
(y le poids de Teau de condensation,
T' sa lonipérature,
T ' la température que doit prendre le mélange, on aura, égalant la quantité de chaleur du mélarige à la somme des quantités de chaleur de la vapeur et de 1 eau :
(Q -h Q ) r = Q (606,5 H- 0,305 T) -t- QT ; et, si (y est l'inconnue :
ry ^ Q (606,5 + 0,305 T-V )
Si on suppose T = jr)0% T" = 50" T'^IO"
Il faut donc, pour condonser un poids do vapeur à IMretpar suite à 4"'"', 70, un volume d eau à 10" pesant 51 fois plus.
COiNMDÉHATiOiNS GËAÉRALES. 65
Cette quantité est considérable, et dans beaucoup de cas il
est impossible dr se la procurer. Nous verrons que pour les niaeliines à vapeur employées dans les travaux publics qui n'ont par consi^quent qu'une installation provisoire, il faut le plus souvent renoncer à condenser la vapeur, ou au moins recourir à d'antres moyens ((ue Teniploi de Teau dans les loromolives. Dans les locuinobiles, on ne songe pas à condenser la vapeur à sa sortie des cylindres, et on en perd la majeure partie dans l'atmosphère. Dans les grandes machines fixes et dans les machines de bateau « au contraire, la condensation par Feau est employée d'une manière générale; nous verrons que l'usage des (aux de condeasulion présente cerlains dangers qu'il importe de combattre.
€ a — erwHe» ëm la ehalevr recvetlHe par Feaa 4c CBMdie Ma
— La formule précédente montre la quantité de chaleur absoi liée par Peau de condensalion ; on a nalnrellcnienl cln-rclié à utiliser celte < ]ialeur, en reprenant, pour ralimentution de la chaudière, Teau dans laquelle s^est efTectucc cette condensation. La chaleur opère ainsi une espèce de circuit continu de la cliaudière au condenseur el du coiulenseur à la chaudière, mais en subissant une double perle due au passage de 1 eau de 1 état liquide à Tétat gazeux dans la chaudière et au passage de la vapeur de Tétat gazeux à Tétat liquide dans le condenseur.
La conservation de la chaleur produite est un des problèmes les plus im; orlants qui se ppi scnlenl dans Tinduslrie, el nous la ven'ons plusieurs fuis reparaître.
§ i. — Monveiueiil U.> gaz el iJc> vapeurs dans les organes dt-smatliiiiob. Éc—leirat 4cii «as et 4ca %m^mn mmmm émm pr ew l»»» wmr
viaMcs. — Soient :
V la vitesse de la vapeur qui s*écoule, indiquée en mètres et
mesurée par secondes;
DKS MACUUSES A VAPEUR.
la pression de la vapeur, mesurée en kilogrammes par mètre carré dans le vase contenant la vapeur au moment où
commence l'écoulcmcnl ;
p\ la pression en kilogrammes par mèlrc carré du milieu dans lequel s'écoule la vapeur ;
dy sa densité.
La vitesse d'écoulement est donnée par la formule :
L'application de celte formule donne des vitesses considérables. En supposant une chaudière contenant de la vapeur à 7 atmosphères et un robinet débouchant dans l'atmosphère,
la vilosse d'écoulcMnciil sorait do 5(il mètres par seconde. De tclschilTres indiqueiili iiiiluencedes fuites dans les chaudières; la moindre fuite dans un appareil se traduit par des augmentations de dépense très-sensibles dans le combustible.
Les deux tableaux ci-après donnent les vitesses d'écoulement de la vapeur sous diverses pressions: le premier tableau suppose récoulement de la vapeur dans l'atmosphère sous des pressions variant, par quart d'atmosphère, de cinq à une atmosphère; il correspond aux fuites proprement dites : le second tableau donne les vitesses d'écoulement pour la vapeur passant d un milieu à un autre; il correspond aux mouvements delà vapeur dans les organes d'une machine.
GONSmÉRATlONS GÉNÉRALES. 67
Foids et vitessec de la vapeur ■ échappant dans l'atmosphère à diverses pressions
TITBSSE
