MÉCANIQUE

Tableau de M. CiiHEMT-DESORMES, relatif à la théone générale de la puissance

mécanique de la Vapeur. (Extrait par M. Hachette.}

M. c|e Belancoort arait euajé, en 1790, de déterminer les forces élastiques de la vapeur d*ea« à diverses températures , et îl avait fait plusieurs remarques importantes , 1*^ qnil j avait une relation et une dépendance mutuelle entre la température et la pression de la vapeur, telles, que la même pression doit toujours correspondre k la même température > quelle que soit retendue du vase dans lequel se fait la vaporisation , pourvu toutefois que ce vase nq contienno que de Teau à Tétai liquide et de Teau en vapeur; a** que la force élastique de la vapeur augmente plus rapidement que la température deTean qui la produit. En 181 o, un célèbre physicien anglais , Dallon , détermina y par des expériences plus exactes , la correspondance des pressions. et des températures de la vapenr d'eau. Plusieurs savants ont, depub cette époqae, confirmé les résultats obtenits par Dalton, et les ont étendus k des pressions plus élevées. M. Clément-Desormes, professeur de chimie au Conservatoire des arts et métiers, a fait imprimer un tableau qui montre la relation des pressions, des t^^mpératures et des puissances mécaniques de la vapenr. Prenant pour unité de pression celle d^une colonne de mercure de 76 centimètres en hauteur, le taU^iinouvellement publié (mars 1836) donne pour les pressions croissantes de 1 à 10, les températures suivantes (thermomètre centi* grade, et en nombres entiers), 100% lai', iS5*, 145**, ï55% i6o*, i60% 17a*, 177% iSa". En supposant qn un volume de vapeur à ipo degrés et à lapression d*une atmosphère , soit comprimé dans un vuse impfeil^éable an calorique, et réduit par la nouvelle presjiion à un Tolome dix fois moindre que le primitif, la température s*éleTcra-t-e|le à }8a'* par le seul fait de 1 augmentation de pression j on une addilipn de chaleur serait-elle uécessoîre pour maintenir toute la vapenr dans Fétat dç compression à dix atmosphères? Un physicien anglais , Southern 9 s^était depuis loi|g*temps occupé de cetfe question , e^ il résulterait de %e$ expé-» rienœs que Ton devrait considérer les d^nx volumes successifs de la vapeur aux pressions I et lo^atmosphères, commie des volumes d^ei^u liquide de mèpae poids , élevés de la temperatnre séro ajox températures t 4- ipo*> et £ -{- 100* -f* 8^*» ^ ^V^^ ^ cliajcur latente de la vapeur, qne les physiciens o*ont pas encore déterminée rigonrensempi^t , et qui varie , diaprés leurs expériences, de 53o** à $67*. En admettant, avec M^ Clément, quelle soit de 55o*, et supposant qu une masse d*eaii m ait été convertie en un volume de vapeurs de même poids , à la pression de 10 atmospfièros , la chaleur ajoutée à Peau liquide h zéro, pour former la vapeur , sa:9it , suivant Southern^ m ( 55o* -j- FOO* -f 8a*) , ou 733" m 1 et suivant M. Clément , seulement 65o* m, ppur tpi^tes 1^ pressions. Ce savant affirme qu*un poids donné de vapeurs contient la même quantité de chaleur, quel que soit le volume de ces vapeurs \ qn ^ipsi , après avoir rempli da vapeurs un vase imperméable au calorique , et ayant eu ioin qu*il en contienne la plus grande quantité possible sous une température quelconque, ou pourra, si le vase est flexible et extensible , augmenjber ou diminuer à volonté le volume de vapeurs ; ces vspeurs prendront naturellement, saps addition ni soustraction de chaleur, la température qui leur convient poor conserver en totalité Tétat de vapeur, et pour saturer Fespac^ dans lequel elles sont répandues.

Une Commission, nommée par FAcadémie Royale des Sciences , s*oocupe en ce moment il nn travail fprt important, qni comprendra U loi de Mariote sur les ga^ permanppts , cell^ de Dation sur les vapeurs, et les consiqueuoes de ces deux lois.

De la puissance mêcamque de la vapeur d'eau.

Quoujue la vapeur d^eau ne soit une puissance mécanique que lorsqu*oa Tetuploîe cUns une macliîne qui se cumplîque d'un grand nombre de mécanismes , cependaut on peut facilement avoir une idée exacte de cette puissance, en ne considérant que la pièce principale d'uoe machine à vapeurs , qui est un cjlindre creux dans lequel un piston de même diamètre peut se mouvoir à frottement y et dont la tige qui traverse le couvercle supérieur du cylindre, glisse dans un fourreau, qu^bn nomme boîte à cuir : Tobjet de ce fourreau est de fermer la communication de rintërîeur du cylindre et de lair atmosphérique. Le piston , dans une position quelconque , divise le cylindre en deux capacités , et lorsque le piston est au milieu du cylindre, ces deux capacités sont égales. Admettons qu*il soit dans celle position, et que chaque capacité du cylindre soit remplie d^une vapeur d^eau à la température 100** et à b pression d*une colonne de mercure de 76 centimètres ; il est évident que si Ton refî*otdît seulement Tune des deux capacités , de manière que la vapeur d*eau y passe à Télat ISqiûde , la vapeur qui conservera son état de fluide élastique dans Tautre capacité , pressera le piston , vaincra la résistance appliquée à la tige de ce piston, et le piston arrivera vers Tun des fonds du cylindre , dont elle ne sera séparée que par la couche d'eau liqttide provenant de la vapem* condensée : écliaufifant extérieiu>ement cette coudie liquide, poiu* la convertir de nouveau en vapeurs , et refroidissant en même temps la vapeur dans la capacité opposée*, le piston sera poussé vers le fond de cette dernière capacité f et, k chaque coup de piston , on produira un effet dyasmlque qui aura pour mesure le volume de Tespace parcouru par lo piston , multiplié par la pression moyenne de la vapeur pendant la course du piston. Des A c 0 'U^^ ^Si effets semblables auraient lieu , si Ton substituait à la vapeur un fluide élastique , tel que le gjz ^l^ fement ou un refroidissement extérieur* ce qui a été Xeniéf nouvellement par M. Bronel 7f 2fy acide carbonique , qui prendrait successivement Tétat gazeux et Tétat liquide par un écliauf- ^ iogënietu' français domicilié â Londres. Dans les madiines à feu ordinaires , le cylindre à piston moteur est alternativement en communication ; d''un c6té , avec une chaudière , et , de Tautre cAté , avec un condenseur dans lequel la vapeur "^âsse à Fétat liquide en se êDm<binant avec tm courant d^eau froide. On enlève du condenseur, au moyen d*une pompe dite pompe à air y Teau d^injectlon et Fair dégagé de cette eau ; le jeu du piston dans le cylindre , est entretenu par un courant coq tinuel de vapeurs qui remplissent îéne des capacités àtk'éj^ liodre, pendant que les vapeurs de la capacité o|iposée passent au condétiseiir. LWet^na* miquc de la vapeur, transmis de cette manière au piston , se calcule poUr diaque coup , de la même manière que dans l'hypothèse d^'un échauffement et d*nn refroidissement extérieurs*

Une machiçc 2i vapeurs est dite à simple ou Haute pression , selon que là vapi^ur qui' se forme dans li chaudière est \ la pression d*ùne W plusieurs atmosphères. Loréqûàe la vapeur est à la pression d'une seule atmosphère , les parois de la chaudière dans laquelle se forme cette vapeur, sont autant comprimées en dedans qu en dehors ; mais pour dés vapeurs à haute pression , elles sont poussées du dedans en dehors. Cette cause de rupture , qui a existe pas pour les machines à simple pression, est augmentée par Temploi de la fonte de ^ dans la construction des chaudières. Cependant, on ai reconnu que les madiines à haute pression consomment, pour les mêmes effets , moins de cotnbastthles , et,, malgré le^dangerg de rupture , elles sont recherchées partout où le prix du charbon de terre est éle^ré. Les premières machines à haute pression et à condensation d'une bonne exécution , -Sont dues k Fingénieur anglais Woolf, dont la patente pour cette invention e*t de Fannée i8o4 î^'importation en a été faite en France par un habile mécanicien, M. Èdtvârds, actûdlemeatdireclDiir de 4a fonderie de Chaîllot (près Paris). Woo!f ayaît îmag-nc iin nouveau moyen dé dilater

U Tapeur arant de la condenser; il emploie deax cylindres, dont Vua est plus petit que Fautre ; la Tapeur de la chaudière passe d*abord dans le petit cylindre , de là dans le grand , où elle se dilate avant la condensation : ces deux cylindres ont chacun leur piston , qui communique k la résistance , et de plus ils sont réunis dans un seul cylindre enTeloppé, qui communique avec la chaudière. Ce cylindre cnTcIoppe a été depuis ajouté aux cylindi*es des machines à simple pression.

L*idée d'employer la force deTeloppée par la dilatation de la Tapeur , aTant la condensalion , appartient à Watt; mais ce déTcloppement diminue la régularité du mouTCment des pistons f lorsqu'il n*y a qu un seul cylindre à Tapeur ; Temploi de deux cylindres contigus pour produire la dilatation de la Tapeur sans trop nuire à la régularité du mouTement des pistons y est de TinTention de Woolf.

LUmportaUon des machines de Woolf par M. Edwards s^est faite en i8t5; et en 181 7, une machine de cette espèce , de la force de six cheTaux, faisait mouToir des mécaniques à carder la laine, ches M. Richard, rue Charonne, n* gS (Yoyes le rapport de M. Molard^ de TAcadémie royale des Sciences, BuUetin de la Sociiii d'Encouragement, année 181 7, page 967}. Aucune expérience authentique naTait été &ite pour constater la dépense du charbon ; mais les propriétaires de ces nouTcllcs machines s*accordaient k dire qu'elles économisaient le combustible. A cette époque, on n^aTait aucune opinion 6xe sur la cause de cette économie. lie 6 juin 181 7, M. Hachette lut à la Sociiii Phiiomatitfue un mémoire sur la manière de comparer les effets dynamiques des machines à haute et à simple pression. Quoiqu'il n'eût alors aucune connaissance des expériences de Southern , il admettait , comme un résultat suffisamment exact pour la pratique, que des poids égaux de Tapeur contenaient , à très-pen près, des quantités égales de calorique; et comme des Tapeurs à haute pression sont, à poids éga!^ des ressorts dont la tension est mesurée par la pression, il fit Toir que la détente des ressorts dcTait produire un effet dynamique d*autant plus grand , que la tension prîmitiTC était plus considérable. On objecta à M. Hachette , dans la même séance (6 juin 1817), qu'il admettait un principe qui n*était pas prouTé, que la capacité en calorique des Tapeurs élcTées n*était pas connue ; que Ton ignorait ce qui se passait lorsque la Tapeur se dilatait en passant du petit cylindre de la machine de Woolf dans le grand ; ces objections n'infirmaient pas la proposition démontrée par M. Hachette , que laugmentation des effets dynamiques de la Tapeur, proTcnant de la détente de cette Tapeur, suffisait pour expliquer Féconomie du combustible dans les machines à haute pression.

Sur la proposition de M. Hachette , le Conseil d*administration de la Société d^encouragement aTait arrêté, dans sa séance du 16 décembre 1818 , qu'on se senrirait de k chaudière de l'une des machines à Tapeurs de M. Edwards pour comparer , à poids égal de combustible employé, les quantités d'eau éTaporées à diTCrses pressions. (Voyez le Bulletin de cette Société , année 1818 , page 585 , et année 1819, pages a5a-a55.) MM. Desormes et Clément ont fait cette expérience , et en août 18x9 , ils ont présenté, à l'Académie royale des Sciences, un Mémoire sur la théorie des machines à feu, dont on a publié un extrait dans le Bulletin de la Sociéti Philomatique de la même année, page 1 15. Us ont cru pouTOÎr conclure de leurs expériences y cette loi générale, saToir : qu^une masse donnée de Tapeurs constituée jusqu'à la saturation de l'espace , contient la même quantité de calorique , quelles que soient la température et la tension. Le tableau , que nous aTons cité au commencement de cet article, contient les résultats des eipériences et des calculs de MM. Desormes et Clément, sur la tliéorie générale de la puissance mécanique de la Tapeur d*eau ; on y troure uue expression numérique de cette puissance , tant pour le cas où la Tapeur est h force élastique constante , que pour celui od elle se détend.

EXERCICES

MATHÉAIATIQUES ,