COMBUSTIBLE, UN KILOGRAMME
GliarboQ de bois
Coke pur
Coke donnant o,i de cendre
Houille , i"*-. qualité , donn. 0,02 de cend.
Houille donnant 0,1. . . . .'
Houille donnant 0,2
Bois très sec de toute espèce
Bois contenant o,'i d-eau
Tourbe bonne
Idem mauvaise
Alcool à 42°
Idem à 55**
TAVBUm
produite un kil<^.
xu.oom.
de comboxtiblc
de
looe kilog.
combnstib.
de Tspeor.
kil.
kil.
5oo,oo
i,iïi5
Ces tableaux démontrent l'avantage qu'on trouve à se servir de charbon de terre, même dans les lieux où la cherté des transports rend ce charbon d'un prix assez élevé.
On opère la combustion du charbon en brûlant cette substance qu'on appelle carbone , et qui se transforme en gaz acide carbonique, lorsquelle absorbe l'oxigène de l'atmosphère. Le poids du charbon entre dans le gaz pour ^74 ™>^ lièmes, et le poids de l'oxigène pour 726 rail-
lièmes/ Ajoutons que le poids du mètre cube de gaz acide carbonique , à la température moyenne de l'atmosphère et avec une pression barométrique deo"'",76, est de i^^^^gya.
Il résulte de là qu'un kilogramme de charbon exige, pour être entièrement brûlé, s'^^^^^^G d'oxigène , lequel se trouve dans une quantité d'air qui pèse i ^^'^°°-,6 1 , et qui occupe 9"^* *^"^ ,70 1 . Ces 9"*' '"*'-,70i correspondant à la température zéro^ forment 10 mètres cubes à la température de 10 ^ degrés.
Dans les phénomènes habituels de cotnbùstion , tels qu'ils se produisent au sèiri des fourneaux , une quantité d'air qui surpasserait de beaucoup celle qu'exigerait une de'composition ^complète , doit passer sur le charbon. Les meilleurs appareils ont besoin d'une quantité d'air double de celle qui suffirait rigoureusement à la combustion. Ainsi, dans les appareils les plus parfaits , tels que les fourneaux fumivores, il faut au moins 20 mètres cubes d'air pout la combustion d'un simple kilogramme de charbon. Ces données sont utiles lorsqu'on veut déterminer la capacité et la forme des foyers , des fourneaux et des cheminées. Elles servent dé base aux calculs suivants.
kilog.
Gaz acide carbonique, le mètre cube pèse . . ',97a
Chaque kilogramme contient oxigène. 0,726
charbon. 0,274
368 DYfUAUlE.
Un kilogramme de carbone produit , en bru- *
lant, ^f^ mètres cubes d'acide carbonique = i kilog.
Poids de i'oxigène = , . . . a^»W-,65o
Poids de l'azote appartenant à cet oxigène. . . 9^^ygg6 Poids égal au poids ci- dessus d' oxigène et d'azote , représentant l'air non décomposé qui
passe dans le fourneau la***^ ,646
Poids total de carbone , d'oxigène et d'azote. a6^*^*,:i9a
F'ol urnes.
Gaz acide carbonique !"»**• **,85o
Volume de l'azote de l'air décomposé. . . . y"^'* *^'>^9
Volume d'air non décomposé g"***» *',925
Volume total , après la combustion ig"»** **,465
Nous venons de voir que , pour brûler un kilogramme de charbon , il faut employer h trèspeu près 20 mètres cubes d air atmosphérique ; ce qui produit au total i9"^S465 de fumée, pesant 26'^^°^,292. Le mètre cube de fumée produite de la sorte pèse x'^'^^SÔo, tandis que le mètre cube d'air atmosphérique pèse i*^^**',a98. Ainsi la fumée , à la même température de zéro que Tair atmosphérique ^ descendrait 9 au lieu de s'élever.
Le volume des gaz s'accroît de -^ pour chaque degré de température. Deroundops-nous quel est le nombre de degrés nécessaire pour que la fumée ait la même pesanteur spécifique que l'air atmosphérique? Par une simple proportion nous trouvons qu'il suffit d'élever la température de la fumée à i i^,47 au-dessus de
t)OtJ!&IÈME LEÇON. 369
la température de Tair atmosphérique; cette différence servirait seulement pour mettre la fumée eu équilibre avec l'air atmosphérique , sans qu elle eût à monter ni à descendre : il f^ut donc qu'elle ait acquis cette différence. Toute la quantité de chaleur supérieure à ce degré de température servira pour rendre la fumée plus légère ; et , par conséquent , pour la faire monter dans le tuyau , avec uqe force motrice donnée par la différepce des peean* teurs spécifiques de l'air et de la fumée.
On a voulu déterminer par le calcul la vitesse de la fumée dans les tuvaux de cheminée , en n'ayant égard qu'à la différence de pregi^ion de l'atmosphère y aux deux extrémités de la cheminée; on n'est parvenu qu'à des résultats bien élpignés de U vérité.
Nous çonseiU4|||g aux personnes qui voudront traiter à fond ce sujet, de faire des expériences directes ppur mesurer la vil<^s^ du mouvement ascensionnel de la fumée, au moyen d'un peti( anémomètre qu'elles disposeront à l'entrée dp tuyau de cheminée , et d'uu autre qu'elles établir ront au sommet de ce même tuyau. "^
Observons, en passant , que l'air atmosphér rique non décomposé , qui se mêle à la fumée^ en modi^e beaucoup l'ascension.
L'on emplpie pour les machines à vapeur, le bois > la tourbe et le charbon de terre. Si l'on
T. ni. — Dynam. 47
iyO l)\iNANIE.
fait usage du bois , il convient qu'il soit très-secî. S'il est réduit en charbon , son emploi est encore plus îivantageux ; il ne donne aucune fumée qui puisse diminuer l'effet de la combustion. La houille carbonisée ou coke jouit d'un avantage analogue.
Quand la chaleur agit sur un liquide, les molécules de la couche liquide adhérente à la paroi qui la sépare du feu , se dilatent les premières. Leur pesanteur spécifique diminue et , par cet effet , elles s'élèvent vers la surface du fluide. Une seconde couche remplace la première, et s'élève ensuite de la même manière eij globules imperceptibles , à mesure que ces globules viennent d'être échauffés : voilà comment la chaleur se répand dans les liquides. Il y a bien aussi communication immédiate de ia chaleur d'une couche à une alÊke , indépendamment du mouvement insensible que nous venons d'indiquer ; mais cette communication est peu considérable. Aussi l'expérience démontre qu'il est beaucoup plus avantageux d'échauffer une masse liquide en faisant passer la chaleur par la partie inférieure; de même qu'il est plus avantageux, pour le refroidissement, de la refroidir par la partie supérieure. Par conséquent, pour échauffer la masse d'eau qui doit servir aux machines à vapeur^ il faut quela chaleur agisse principalement sur le fond des chau*
DOUZIÈME LEÇON. Zj 1
diéres. Pins r est considérable ta surface du f"ond,rnise en contact avec la chaleur, plus- efet rapide réchauffement et par suite la vaporisation. Toutes choses égales d'ailleurs,' les meil- ^ leures chaudières seront donc celles qui auront le plus de base pour leur hauteur.
Lorsque la chaleur est très-g^rande et qu'elle' pénètre non-seulement la couche inférieure, mais les couches supérieures*, les moléctil)($s d'eau de la couche la plus basse se trarisfor^i ment en bulles de vapeur qui augmentent dé volume à mesure que, ces bulles s'approche»! de la surface dU liquide.
Dès que lebullition comjnencedatis un liquide libre, la température y devient stationnaire ^ et toute la chaleur. extérieure qui pénètre dans ce» liquide est .employée pour en vaporiser une partie de plus en plus grande. Cette chaleur», absorbée par le liquide pour devenir vapeur, est très-considérable , quoique là vapeur immédiatement formée ne présente pas une plus grande élévation de température que le liquide même qui la fournit. Il est facile de s'en assurer au moyen d'un thermomètre alternativement plongé dans le liquide et dans la vapeur.
On a dé^iontré par l'expérience, qu'il faut 65o unités de chaleur ou thermes pour réduire en vapeur chaque kilogramme d'eau à zéco.
La pression atmosphérique s'oppose à la vapo-
i'JI DTNAMIE.
risation des liquides. Plus cette pression est considérable, plus il faut de chaleur pour que Feau passe à l'état de vapeur. Ainsi , dans le fond des mines , elle n y passe qu'à une température supérieure à loo degrés; tandis que sur les hautes montagnes, elle se réduit en vapeur à une température inférieure à lOO degrés.
Les gaz ou fluides analogues à l'air s^échaufFent comme les liquides, en formant des courants chauds qui montent , et des courants froids qui descendent pour remplacer ceux-ci. La communication directe de la chaleur est plus grande entre les molécules des gaz qu'entre les molécules des liquides.
Quand on compare les quakitites de chaleur nécessaires pour élever d'un même degré de température l'eau et différents gaz, on forme le tableau suivant :
GbaUnr •pëcifiqu*.
Eau \ lyoooo
Vapeur d'eau 0,^470
Âir atmosphérique 0,3669
Gaz hydrogène 5^^936
Acide carhonique 0,2110
Oxigcne o,a36i
Azote 0,3754
Oxide d'azote ^ . o,a36Q
Gaz oléûant 0,4^07
Oxide de carbone ô,a884
A mesure que les gaz' sont échauffés, ils se dilatent proportionnellement à rélévation de
DOUZIÈME LEÇOPf. 3^3
leur tempék^ature. Pour chaque degré xle température et sous une pression cottstante, ils augmelfitent en volutoe de i divisé par 266,67 , ou 0,00375 de leur volume, à la température de zen?. C'est à M. Gay-Lussac qu'on doit la démonstration de cette belle propriété des fluides élastiques , entre o et loo®. MM. Petit et Dulong l'ont ensuite étendue à des températures plus élevées.
On regarde comme un fait d'expérience, que le temps nécessaire pour convertir en vapeur une quantité d'eau froide, est cinq à six fois aussi considérable que le tenjps nécessaire pour amener cette eau à la température de l'ébullition.
Un mètre cube d'eau, mesuré au maximum de condensation, c'est-à-dire, à peu près à 3^,89, converti en vapeur sous la pression de 76 centimètres de mercure , occupe un espace de 1 696"*'- *^%4-
D'après cette donnée, on voit qu'un mètre cube de vapeur, sous la pression de 76 centiinètres et à la température de leau bouillante, doit peser i .000 kilogrammes divisés pai^ i .696,4» ou 589 gramities. »
Suivant une expérience de M. Gay-Luèsac, de l'eau refroidie à 19^,69 aU-dessous de zéTt>^ produit dans le vide une vapeur iqui fait équilibre à une colontie de mercure haute de i""*"',353. A la température de la glace fondante , la vapeur fait équilibre à ime, colonne de mercure
374 DYNAMIK.
haute de 5™'", 069. Cest la lirake de la quanûté de vapeur qui peut se former dans le vide, produite au-dessus d'inie quantité quelconque d'eau, à la température de la glace i'ondante. Il y a donc un rapport nécessaire entre la tension de la vapeur et sa température.
Lorsque, par un moyen quelconque, on fait occuper un plus grand espace, à telle quantité donnée de vapeur, on remarque que cette vapeur est refroidie par elle-même.
Toutes les fois qu'on met en contact avec de la vapeur un corps solide ou liquide plus froid que cette vapeur , il tend à la condenser.
Lorsqu'on fait entrer de nouvelle vapeur dans un espace limité , la température de cette vapeur s'élève. La tension de la vapeur augmente jusqu'à un certain terme, au delà duquel une portion de la vapeur se réduit en liquide, et la tension reste constante.
Lorsqu'on met de la vapeur en contact avec un corps d'une température moins élevée , si cette vapeur avait atteint le maximum de tension qije comportait sa température , elle se refroidit , une portion de vapeur se réduit en liquide, jusqu'à ce que la vapeur restante ait pris la tension due ^ sa nouvelle température.
Nous allons présenter les résultats obtenus par les physiciens qui ont fait des expériences sur la force de la vapeur à divers degrés de
bOliZIÈME LfeCON. SyS
iemperature, et sur le degré de chaleur néces-» saire pour produire cette force.
En Angleterre et en France, Watt, Southern et Dalton , Bétancourt, Gay-Lussac, Dulong et Petit, Clément et Desormes, et Christian, ont fait des expériences sur la force de la vapeur à différentes températures.
Les expériences de MÎVI. Southern, Clément et Desornies , et Christian présentent une concordance remarquable que nous allons faire connaître par le tableau suivant :
