NOTIONS PRÉLIMINAIRES

modiliéc que par une action extérieure; les corps liquides présentent, entre les particules qui les composent, une mobilité qui leur fait prendre spontanément la forme des vases qui les renferment,

très, Je telle sorte (niej sous mie forme quelconque, toujours le môme volume. Les corps gazeux ou gaz participent de la propriété : caractéristique des liquides, par le déplacement relatif que leurs particules peuvent prendre; mais ces particules ne paraissent avoir aucune liaison ; elles sont, au contraire, soumises à l'action d'une force intérieure qui tend à les écarter de plus en plus , de telle sorte que cet, corps ne jwuvent être conservés que dans des vases entièrement fermés ; si la capacité du vase qui les renferme vient à augmenter, ils ne cessent pas pour cela de le remplir, et leur volume1 augmente d'une màme quantité ; si, par une action contraire, on tend à réduire la capacité du vase qui les contient, ils subissent une réduction semblable dans leur volume pour revenir à leur état primitif, dès que la compression a cessé. Cette dernière propriété leur a fait donner le nom de fluides élastiques.

En principe, tous les corps sont susceptibles de prendre, suivant les conditions dans lesquelles on les place, chacun des trois étals solide, liquide et gazeux; — l'eau, par exemple, se présente à l'état de glace, d'eau liquide et de vapeur; on doit admettre que, s'il y a des corps que nous ne pouvons pas faire passer successivement par ces divers éta!s, c'est à l'imperfection des moyens dont nous disposons qu'il faut l'attribuer.

On donne eu général le nom de vapeur aux gaz qui, dans les circonstances ordinaires, se présentent à l'état liquide ou même solide, et n'affectent la forme gazeuse que par une modification de leur état habituel ; l'exemple le plus commun est fourni par l'eau qui, par l'action du feu, se transforme en vapeur.

2° COMPRESSION ET niLATATION DES GAZ. — Loi DE MaRIOTTE.—

Les jÇUE, en vertu de la propriété qui les caractérise, se àonipritftrjtt et se dilatent, c'eatsi-dire occupent un espace plus grand

uigi

by GoogU

du plus petit , suivant qu'on augmente on qu'on diminue la capacité du vase qui les renferme. Gc changement de volume, lorsque les conditions de température ne sont pas modifiées, est soumis à une loi très-simple, qui a été constatée par les physiciens Boy le et Mariotte, et qui prend généralement le nom de ce dernier; cette loi s'énonce ainsi : les volumes des gaz sont eu raison inverse des pressions.

Les travaux des savants de l'époque actuelle ont démontré que cette loi n'avait pas une généralité et une exactitude absolues; mais les limites d'erreur que l'on peut commettre en l'appliquant sont négligeables dans la pratique.

l'n gaz n'étant retenu dans le vase qui le renferme que par la résistance des parois, exerce contre ces parois un effort qui tend à les briser ; cet effort est la tension ou la force élastique des gaz. L'effet produit par le gaz sur les parois du vase, ou par la résistance de ces parois sur le gaz, est la pression. La tension et la pression ont une mesure commune, ou se mesurent l'une par l'autre ; mais ces deux expressions ne sont pas exactement synonymes, quoiqu'habituellement on les emploie indistinctement Tune pour l'autre. Nous nous appliquerons à les distinguer dans l'application que nous aurons a en faire, pour rendre plus nets les dévelop|>enients que nous aurons à donner dans le cours de cet ouvrage.

La loi de Mariotte peut donc s'énoncer en disant que les volumes des gaz sont en raison inverse de leur tension ou des pressions auxquelles ils sont soumis : cela veut dire que si, par une cause quelconque, un gaz qui remplit une capacité de % 3, 4, 5 mètres cubes subit une réduction de volume telle qu'il n'occupe plus qu'une capacité d'un metre cube, sa tension ou sa force élastique devient double, triple, quadruple, etc., de ce qu'elle était d'abord ; en d'autres termes, qu'il est soumis à une pression, ou exerce sur les parois du vase qui le renferme une pression double, triple, quadruple, etc.

3» Mesure des pressions. — Il existe dans la pratique deux

manières distinctes d'énoncer la mesure des pressions ou des forces élastiques qui leur font équilibre : 1° en prenant pour unité la pression atmosphérique ou, comme on dit en langage ordinaire, l'atmosphère ; 2° en prenant le poids équivalent à la pression exercée sur l'unité de surface.

L'air presse de tout son poids sur la surface du sol et sur tous les objets qui s'y trouvent placés. Cette pression s'exerce sur la surface des liquides, de telle sorte que, si l'on vient à mettre un point quelconque d'un liquide en communication avec une capacité entièrement vide, le liquide sera refoulé dans cette capacité jusqu'à ce qu'il ait atteint une hauteur telle que le poids de la colonne lasse exactement équilibre au poids de la colonne d'air. C'est sur * cette propriété qu'est fondée la construction des appareils employés le plus fréquemment pour mesurer les pressions.

Pour mesurer la pression atmosphérique, on met un vase contenant du mercure en communication, d'une part, avec l'atmosphère, de l'autre, avec un tube de verre dans lequel on a fait exactement le vide ; le mercure s'élève à une hauteur d'environ 0m 70, qui mesure la pression exercée à la surface de la terre par l'atmosphère qui l'enveloppe ; cette pression est variable, et ses variations sont accusées par celles de la colonne de mercure. — L'instrument construit sur ce principe porte le nom de baromètre.

Si l'on met la surface du mercure contenu dans la cuvette du baromètre en communication avec une capacité pleine d'air et que l'on dilate cet air en augmentant son volume, la colonne de mercure diminuera de hauteur, de telle sorte que son poids fasse toujours équilibre à la force élastique du gaz dilaté.

Si l'on comprime le gaz, au contraire, la hauteur de la colonne de mercure augmentera. Les physiciens, pour énoncer les mesures de la pression, se contentent souvent d'indiquer la hauteur de la colonne de mercure à laquelle elle fait équilibre ; mais cette méthode n'est pas usuelle ; on est convenu généralement de prendre pour unité la pression habituelle de l'atmosphère ou celle qui fait équilibre à une colonne de mercure de 0m 76 de hauteur, comme on est convenu d'appeler mètre une certaine longueur que l'on a

prise pour unité, destinée à mesurer les longueurs, et qui est équi- • valente à trois pieds anciens environ, ou plus exactement a une certaine fraction de ia circonférence de la terre. En conséquence, si l'on observe qu'un gaz enfermé dans un vase tient la colonne du

baromètre à ^- 0» 38 , à 0» 76 X 2 = 4 » 52 , à 0» 76 X 3

= 2" 28, etc., de hauteur, on dira que ce gaz est soumis à une pression, ou qu'il a une tension ou force élastique d'une demiatmosphère , de deux, de trois, etc., atmosphères.

Dans la pratique on n'emploie le baromètre que pour mesurer la pression atmosphérique ou des pressions inférieures; pour les pressions plus considérables, on construit un autre instrument qu'on nomme manomètre, et qui se compose d'un tube ouvert k la partie supérieure et en communication avec l'air; par suite, à la pression mesurée par la hauteur du mercure, il faut ajouter celle de l'atmosphère ou une atmosphère, pour avoir la force élastique ou la tension réelle du gaz qui presse sur la surface du mercure. Cet instrument se divise habituellement en atmosplières et fractions d' atmosphères; et pour tenir compte de la pression atmosphérique qui s'ajoute au poids de la colonne de mercure , on place ordinairement la division l"b au point où le mercure affleure, lorsque son réservoir, comme le tube, est en communication avec l'air, ou, en d'autres termes, lorsque l'appareil est au rcjjos.

La pression, mesurée comme on l'a indiqué plus haut, est la pression totale que le gaz supporte et la mesure exacte de sa force élastique; on l'appelle pression absolue, par opposition avec la pression effective. Dans certaines machines, et notamment dans les machines locomotives, on ne peut utiliser que l'excédant de la pression de la vapeur sur la pression atmosphérique, comme on le verra plus loin. Par suite, les praticiens se sont habitués à n'avoir égard qu'a la pression utile ou effective ; celle-ci n'est donc autre chose que la pression absolue qui mesure la force élastique du gaz, diminuée d'une atmosphère ou d'une unité. Les praticiens mettent souvent la division 0*th à l'origine de la colonne manométrique, au point où il convient en réalité de mettre la division

Kn Angleterre, on ne prend jninais en considération que la pression effective; en France, les règlements de police, qui ont dfl être formulés d'une manière à la fois générale et précise, ont introduit dans leS arts industriels l'usage de la pression absolue; il en est résulté souvent une confusion regrettable dans le langage mécanique ; c'est pour éviter cette confusion que nous avons cru nécessaire d'entrer dans les développements qui précèdent. Nous ne parlerons, autant que possible, dans le cours de cet ouvrage, que de la pression absolue ; de telle sorte que les expressions tension, force élastique et pression, qui pourront se présenter dans un même paragraphe, correspondent toujours à un môme nombre. Le parti que nous prenons n'est pas conforme aux habitudes généralement établies dans la pratique des ateliers ; mais, d'un côté, il répond aux nécessités du langage officiel, et il est l'expression de la vérité ; de l'antre côté, il faudrait, pour être conséquent avec soi-même, si l'on n'avait égard qu'à la pression effective, introduire dans le langage les expressions de tension ou de forée élastique effective, ce qui serait absurde , car la force d'expansion d'un gaz est une chose qui est propre et qui est absolue.

La mesure des pressions de plusieurs atmosphères exige l'emploi d'un manomètre d'une grande hauteur, qui par suite serait d'une application difficile ou impossible dans beaucoup de circonstances. On a remédié à cet inconvénient par plusieurs dispositions ingénieuses, que nous indiquerons en décrivant les manomètres employés sur les machines locomotives. En outre, on construit des manomètres à air comprimé, qui se composent essentiellement d'un tube fermé, rempli d'air, soudé sur la paroi du réservoir à mercure. Lorsque la pression que l'on veut mesurer s'exerce sur la surface du mercure, celui-ci est refoulé dans le tube et comprime l'air dont le volume diminue en raison inverse de la pression, conformément à la loi de Mariotte. Si le tube est exactement calibré, les volumes d'air sont proportionnels aux longueurs que prend successivement la colonne, et l'instrument peut être gradué géométriquement; mais, dans la pratique, les instruments bien construits doivent être gradués par comparaison avec un

manomètre à air libre, nom donné au manomètre ordinaire par opposition avec les manomètres à air comprimé et a tube, fermé.

On fait encore usage de manomètres à ressorts métalliques de formes diverses ; nous les ferons connaître en détail dans la partie descriptive de notre travail ; nous ne faisons donc que les mentionner ici.

On mesure aussi les forces élastiques, comme nous l'avons dit plus haut, parle poids équivalent à la pression exercée sur l'unité de surface. Cette méthode est commode pour le calcul de la puissance des machines. Les Anglais expriment la pression en livres par pouce carré, c'est-à-dire en énonçant le poids, mesuré en livres, qui correspond à la pression exercée sur une surface d'un pouce carré. En France, celte mesure s'exprime en kilogrammes par centimètre carré; par une heureuse coïncidence, une pression d'une atmosphère correspond presque exactement au poids d'un kilogramme sur un centimètre carré; le rapport exact est 1, à 1,033. — Lorsqu'une tension ou une pression est exprimée en atmosphère, il suflit donc de multiplier le nombre correspondant par 1,033, pour obtenir en kilogrammes la charge déterminée par cette pression sur une surface d'un centimètre carré. Une pression d'une livre anglaise savoir «lu poids) sur un pouce carré équivaut à une pression de 0^070*28 sur un centimètre carré, et par conséquent une atmosphère correspond à UL703 par pouce carré.

S ». — œ la chaleur.

1° Production de la cuALr.rn. — La notion de la chaleur nous est donnée par la sensation que produit sur nos organes le contact ou l'approche d'un corps chaud ; la cause inconnue de cette sensation, ou l'agmt qui la produit, se révèle encore par d'autres erfets qui ont reçu de nombreuses applications dans les arts, tels que la dilatation, la liquéfaction ou fusion des corps solides, la vaporisation ou transformation en fluides élastiques des corps liquides. La chaleur est l'agent direct de la productiou de la vapeur

et, par conséquent, le point de départ de la machine à vapeur et de la machine locomotive en particulier.

La source principale de la chaleur est le phénomène de la combustion , réaction chimique qui a lieu, avec dégagement de chaleur, entre certaines substances végétales ou minérales et l'oxygène de l'air.

Dans les arts industriels, l'emploi des combustibles est jusqu'ici la seule source de chaleur appliquée, le seul moyen de produire la vapeur qui fait mouvoir les organes des machines.

2° Comblstidlf.s. — La nature des combustibles appliqués à la génération de la vapeur dans les machines locomotives varie suivant les circonstances locales. Dans certaines parties de l'Amérique du Nord et de l'Allemagne, on fait usage du bois en nature ; dans quelques circonstances exceptionnelles, et à titre d'essai seulement, on a employé la tourbe, combustible minéral d'origine trèsrécente, et qui se forme encore de nos jours par la décomposition des végétaux aquatiques dans certains lacs ou marais. — Plus généralement, on emploie la houille, préalablement carbonisée et transformée en cale; ce combustible, formé de débris de végétaux qui ont subi une décomposition complète, appartient à des terrains géologiquement assez anciens. Certaines houilles, plus sèches que d'autres, sont employées à leur état naturel dans les foyers de locomotives ; telles sont, par exemple, les anthracites de Pensylvanic, qui ont la propriété de s'extraire en fragments plus ou inoins volumineux et de ne pas se briser en petits fragments ou décrépiter au feu ; mais généralement on est obligé de transformer les houilles en coke, soit pour éviter la fumée, soit parce qu'elles sont trop collantes et se prendraient en masses sur la grille ; soit, au contraire, parce qu'elles se réduiraient en menus fragments qui seraient également une cause d'obstruction ; soit, enfin, pour les débarrasser d'une partie du soufre qu'elles renferment. Nous ne parlerons dans le cours de notre travail que du chauffage au coke et à la houille, qui seuls présentent de l'intérêt en France.

3° Pouvoir rayonnant bt conductibujtê. — Les corps absor»

bent ou abandonnent de la chaleur suivant les conditions dans lesquelles ils sont placés : ce gain ou cette perte de chaleur a lieu soit par voie de dispersion ou de rayonnement, soit par voie de contact; ils possèdent cette propriété à un degré plus ou moins saillant et présentent également des différences très-sensibles pour la conductibilité, c'est-à-dire pour la facilité avec laquelle la chaleur se transmet d'un quelconque de leurs points à un point voisin, et par suite se propage dans leur masse. Cette double propriété doit être prise en considération dans la construction des machines, dans lesquelles il importe d'empêcher la déperdition de la chaleur, déperdition à laquelle sont exposées surtout les machines locomotives. 11 est nécessaire, dans ces dernières machines, d'envelopper les parties qui renferment le combustible incandescent, l'eau et la vapeur, avec les substances qui, par leur nature, sont peu favorables à la déperdition de la chaleur |>ar rayonnement ou par contact ; ces substances devraient, s'il était possible, être à la fois peu conductrices de la chaleur et n'avoir qu'un faible pouvoir rayonnant. Les corps qui répondent le mieux à cette dernière condition sont les métaux polis et notamment le cuivre jaune ou laiton ; au contraire, ceux qui dispersent le plus facilement la chaleur sont le noir de fumée, les corps terminés par des surfaces non polies et noircies. Parmi les substances à travers lesquelles la chaleur se pronage avec le moins de facilité, on peut citer le charbon, la sciure de bois, le feutre, la brique, le bois, etc. Une bonne enveloppe devrait être composée d'une couche assez épaisse de matières peu conductrices recouverte d'une feuille mince de laiton poli.

4° Dilatation. — Thermomètre. — Tous les corps, par l'application de la chaleur, ont la propriété de se dilater dans tous les sens ; leurs dimensions s'accroissent de quantités variables, suivant leur nature. L'expérience a démontré que, lorsque la quantité de chaleur que possède un corps s'accroît de quantités égales, les dimensions s'accroissent de quantités sensiblement égales ; toute perle de chaleur détermine inversement une contraction. Cette propriété a été mise à profit pour apprécier la quantité de

chaleur que possèdent les corps, soit dans leur élal nalure), soit lorsqu'ils ont été soumis à l'action d'une source extérieure de chaleur.

L'appareil employé porte le nom de thermomètre; il se compose habituellement d'un réservoir en verre rempli de mercure et surmonté d'une tige creuse, d'un calibre intérieur très-petit. — Le réservoir du thermomètre, mis en conctact avec le corps dont on veut apprécier le degré de chaleur acquise, ou la température, se réchauffe ou se refroidit à son contact, et le mercure dilaté ou contracté monte ou descend dans la tige ; le point où il s'arrête, lorsque l'équilibre est établi, fait connaître la température. Pour rendre comparables les indications des thermomètres, qui sont construits sur des dimensions très-variables, on prolite de la propriété qu'ont tous les corps de ne changer d'état en passant de l'état solide à l'état liquide, ou de l'état liquide à l'état gazeux, que dans des circonstances de température identiques, et par l'application de quantités de chaleur constantes ; on plonge successivement le thermomètre à graduer dans la glace fondaute et dans l'eau bouillante. On marque 0° et 100° aux points où se fixe la colonne de mercure, et l'on divise l'intervalle en 100 parties égales (le tube étant régulièrement calibré sur toute sa longueur) ; chacune de ces divisions forme un degré; on prolonge Véclwlleùn reportant des divisions égales au-dessus et au-dessous des points extrêmes. — Quelquefois, on divise l'intervalle des points extrêmes en 80°, et l'on a l'échelle ou le thermomètre de Réa umur. -r- Les Auglais marquent 32° au point de la glace fondante, et 212° au point de l'eau bouillante, et ils (partagent l'intervalle en 180 parties égales ou degrés. Celte graduation constitue le thermomètre de Farenheit.

La quantité dont se dilate l'unité de longueur d'un corps, pour une augmentation de température d'un degré, a reçu le nom de coefficient de dilatation.

Dans les recherches scientifiques, on est obligé d'avoir égard aux variations que présente le coefficient de dilatation, qui n'est pas rigoureusement constant, suivant la partie de l'échelle thermométrique dans laquelle on opère; mais pour les besoins de la pratique et pour l'usage que nous pourrons faire, dans le cours de cet

ouvrage, des notions qui précèdent, nous supposerons ce coeftïcient constant pour un même corps.

Le tableau suivant donne le coefficient de dilatation linéaire des principaux métaux employés dans la construction des machines locomotives:

Acier non trempé 0,000010791 ou 1/92700

Fer doux forgé 0,000042205 ou 1/81900

Fer rond passé à la filière 0,000013350 ou 1/81200

Acier trempé 0,000012391 ou 1/80700

Cuivre rouge 0,000017132 ou 1/58200

Cuivre jaune ou laiton 0,000018782 ou 1/53300

Plomb 0,000028481 ou 1/350O0

Le coefficient de dilatation de l'eau

est de 0,000433 ou 1/2300

Celui du mercure est de 0,000180 ou 1/550?;

Les gaz ont un coefficient de dilatation sensiblement constant et commun : pour l'air sec , il est , d'après les recherches de Kegnault, égal à 0,003065 ou à 0,00307, suivant le mode de détermination employé ; nous adopterons le uombre 0,003666, qui est

exactement égal à —

Nous admettrons, à défaut de détermination plus précise, que ce coefficient s'applique à la vapeur suréchauffée ou sèche qui se comporte comme un gaz.

Pour avoir la quantité totale dont un corps se dilate, lorsque la température passe d'un degré à un autre, il suffit de multiplier le nombre qui exprime la quantité de ce corps par le nombre de degrés qui mesure l'élévation de teuq>érature, et le produit par le coefficient de dilatation. Par exemple, une barre de fer de 3m de longueur, chauffée de 10° à 150°, s'allongera de 3» X ^ X 0,000012205 = O»0Û5.

5° Chaleur spécifique. — Nous avons dit plus haut que la dilatation des corps était proportionnelle aux quantités de chaleur qu'ils absorbaient ; par suite, ces quantités de chaleur sont proportionnelles au nombre de degrés qui indiquent les températures.

Pour chaque degré de l'échelle tbcrmométrique, un corps donné, en s'échauffant, absorbe une quantité de chaleur constante, ou tout au moins ne variant que de quantités négligeables pour la pratique ; mais lorsqu'on passe d'un corps à l'autre, on observe des différences très-marquées. — On désigne cette propriété qu'ont les corps d'absorber ou de dégager des quantités de chaleurs différentes pour une même variation de température, par le nom de chaleur spécifique ou capacUé pour la chaleur.

On ne peut pas mesurer d'une manière absolue les quantités de chaleurs totales comprises dans un corps ; on peut seulement comparer les quantités de chaleurs que les différents corps absorbent pour un même effet calorifique produit. On a choisi l'eau pour terme de comparaison, et l'on désigne par 1 sa chaleur spécifique ; les chaleurs spécifiques des autres corps sont proportionnelles aux quantités de chaleurs que ces corps absorbent comparativement avec un poids égal d'eau, pour passer d'une température à une autre température. Si l'on prend, par exemple, lk* d'eau à 40°, et qu'on le mélange avec de la glace à 0°, l'eau, en abandonnant sa chaleur spécifique , fera fondre une certaine quantité de glace, dont le poids pourra être déterminé. Si l'on prend ensuite différents corps à 40°, et qu'on les mette successivement en contact avec de la glace à 0°, chacun d'eux, en abandonnant sa chaleur spécifique , fera fondre une certaine quantité de glace , dont le poids sera également déterminé. Les quantités de glaces fondues sont proportionnelles aux quantités de chaleurs abandonnées par les différentes substances, et si elles sont égales, par exemple, pour les corps autres que l'eau, à 1/8, 1/9, 1/10, etc., de celles que l'eau a fondues, on dira que les chaleurs spécifiques de ces corps sont 1/8, 1/9,1/10, etc., celle de l'eau étant 1.

Le tableau suivant donne les chaleurs spécifiques des principales substances qui entrent en jeu dans une machine locomotive :

Eau : 1,0000

Plomb 0,0293

Cuivre 0,1013

Fer forgé 0,1218

On appelle unité de chaleur ou calorie la quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré la température d'un kilogramme d'eau. Pour avoir le nombre de calories nécessaires pour élever d'un certain nombre de degrés la température d'un corps dont le poids est connu, il suffit de multiplier le poids de ce corps donné en kilogrammes par le nombre qui exprime la chaleur spécifique, et par le nombre de degrés centigrades dont sa température doit être élevée. — Par exemple, pour chauffer à 150° une masse de fer de 500k«, dont la température initiale est de 10°, il faudra un nombre de calories égal à 500 X 0,8326 X 140 = 8526.

En appliquant la chaleur dégagée par la combustion d'un corps, à échauffer une masse d'eau connue, dont on observe les variations de température, on détermine le pouvoir calorifique des divers combustibles. Le tableau suivant indique le nombre de calories que peut produire un kilogramme des divers combustibles habituellement employés daus les arts, en d'autres termes le nombre de kilogrammes d'eau que la combustion d'un kilogramme de chaque substance pourrait échauffer d'un degré , si toute la chaleur dégagée était utilisée.

Tourbe ordinaire 1500 calories.

Tourbe de 1" qualité 3000 »

Bois séché à l'air 2945 »

au feu 3666 »

Houille de 3- qualité 5932 »

» lr° » 7050 »

Coke pur 7050 »

Charbon de bois ordinaire 6000 »

» sec ou distillé 7050 »

Ces nombres n'ont rien d'absolu, car ils s'appliquent à des substances de qualité très-variable ; ils peuvent cependant être appliqués à des calculs approximatifs, surtout lorsqu'il s'agit de comparer entre eux des combustibles de nature différente.

$ S. - Oc la Vapeur d emi.

1° Production de la vapeur d'eau. — La vapeur d'eau s'obtient en brûlant un combustible quelconque au contact d'un vase rempli d'eau. La masse s'échauiïe graduellement jusqu'à 100° ; à partir de ce point, la température devient stationnaire, et si. l'on opère dans un vase de verre, on voit se former sur les parois soumises à l'action du feu des bulles qui viennent crever à la surface. C'est là ce qui constitue le phénomène de Yébullition. Pour utiliser la vapeur comme agent mécanique , on produit l'ébullition dans un vase fermé , à la partie supérieure duquel la vapeur se rassemble, et d'où on la fait échapper par un orifice dont l'ouverture se règle

volonté , au moyen d'un robinet ou d'une soupape.

La vapeur d'eau se produit encore par évaporation , c'est-à-dire par émission spontanée à la surface du liquide , à des températures inférieures à 100°. Cela tient à ce que les liquides, sans participer à toutes les propriétés caractéristiques des fluides élastiques, ont leurs particules soumises à une certaine force répulsive qui tend à les écarter les unes des autres, mais dont l'action est faible et se trouve équilibrée par la pression que la vapeur déjà formée exerce à la surface, dès qu'elle remplit toute la partie supérieure du vase , si c'est dans le vide qu'on opère, ou dès qu'elle salure le gaz qui remplit le vase et dans lequel elle peut se dissoudre dans une certaine proportion. Il est du reste inutile d'insister sur le phénomène de l'évaporation , qui ne joue aucun rôle dans les machines à vapeur.

2° Chaleur latente. — La fixité de la température pendant l'ébullition a dù naturellement appeler l'attention des physiciens. On a reconnu qu'elle était due à l'absorption de la chaleur par la vapeur qui se forme. Cette chaleur est nécessaire pour constituer le nouvel état sous lequel l'eau se présente ; elle ne se révèle par aucune aclion extérieure. Toute la chaleur transmise par le combustible à la masse d'eau en ébullition est appliquée à produire le

changement d'état qui a lieu lui-même lorsque la force répulsive intérieure , s'accroissant avec la température , tand à dépasser la pression exercée à la surface par le milieu dans lequel le liquide est placé. L'ébuMlion a lieu à 100° au contact de l'air atmosphérique , parce que c'est à cette température que la force répulsive , qui tend à écarter les particules de l'eau, fait équilibre à la pression de l'atmosphère. Si l'ébullilion se produit daus un milieu qui détermine sur la surface du liquide une pression supérieure à celle de l'atmosphère, la température de l'eau s'élève au-dessus de 100°, et c'est à un point supérieur de l'échelle thermométrique que l'ébullition se produit ; à partir de ce point, toute la chaleur transmise au liquide est appliquée à produire le changement d'état et en quelque sorte incorporée aux particules du fluide élastique qui se forme. On donne à la chaleur ainsi absorbée pendant le changement d'état , par opposition avec la chaleur sensible qui produit l'élévation de température accusée par le thermomètre , le nom de ctialeur Ui tente.

On a admis pendant longtemps que la chaleur latente variait avec la température à laquelle se produisait l'ébuUition , de telle sorte que la chaleur totale absorbée par l'eau à l'état de chaleur spécitique et de chaleur latente restât constante, quelles que fussent la pression et h température d'ébullition. Mais cette loi n'était que grossièrement approximative , ainsi que l'ont démontré les expériences de M. Regnault, entreprises au collège de France, par ordre de l'administration des travaux publics.

La table suivante indique , d'après ces expériences, les quantités totales de chaleur absorbées depuis la température de 0° , pour réduire en vapeur un kilogramme d'eau aux différentes températures auxquelles l'ébuUition peut avoir lieu , en raison de la pression à laquelle est soumise le liquide :

Lorsque Ton abaisse au contraire la température de la vapeur , par exemple, en refroidissant extérieurement les parois du vase qui la renferme , il arrive un point où la force répulsive , qui décroît avec la température, ne suffît pas pour la maintenir à l'état de fluide élastique ; elle se transforme en eau , en abandonnant la chaleur latente qu'elle avait absorbée. C'est là le phénomène de la condensation. Si la condensation a lieu dans l'atmosphère , par un temps humide, tel que la vapeur ne puisse pas se dissoudre dans l'air qui en est déjà saturé, elle se précipite sous forme de llocons blancs , comme ceux qu'on voit s'échapper de la cheminée d'une machine locomotive en marche.

La glace, en fondant , absorbe également de la chaleur latente lorsqu'elle entre en fusion , ou , inversement , l'eau en abandonne lorsqu'elle se congèle.

3° Force élastique de la tapeur d'eau. — Densité. — Lorsque la vapeur se produit dans un appareil fermé, elle reste en contact avec le liquide et remplit l'espace libre ou réservoir de vapeur. Si, par une cause quelconque , une portion de cette vapeur venait à disparaître , la partie restante tendrait à se dilater en diminuant de pression, conformément à la loi de Mariotte ; mais le liquide n'étant plus soumis à l'action de la pression qui le tenait en équilibre , entrerait en ébutlition , jusqu'à ce que la vapeur fût accumulée dans le réservoir en quantité assez grande pour déterminer la pression qui fait équilibre à la tension propre du liquide. Au contraire, si l'on cherchait à comprimer la vapeur, sa force élastique cesserait

de faire équilibre à la force répulsive intérieure des particules , et il y aurait condensation ; on dit, dans ce cas, que la vapeur est à saturation. La température de la vapeur à saturation, en contact avec le liquide qui l'a produite, est nécessairement égale a celle du liquide, car, sans cela, il y aurait ébullition ou condensation.

On s'est appliqué à établir, par des expériences très-multipliées, le rapport qui existe entre la température à laquelle a lieu l'ébullition et la pression exercée sur le liquide par la vapeur , ou , ce qui revient au même , la relation existante entre la température et la force élastique de la vapeur à saturation , afin de pouvoir déduire indistinctement l'un de ces éléments de l'autre. On ne considère habituellement que la vapeur à saturation , et lorsqu'on se sert de l'expression : force élastique de la vapeur, c'est de la force élastique à saturation que l'on veut parler.

Le tableau suivant, dressé par M. Regnauit au moyen des résultats qu'il a obtenus dans les expériences qui ont déjà été citées, donne les forces élastiques de la vapeur d'eau de 5 en 5 degrés , à partir de 100 de-grés jusqu'à 480 degrés, limites entre lesquelles sont comprises toutes les données qui peuvent être nécessaires dans la pratique , en ce qui concerne toutefois les machines locomotives. (Les pressions sont exprimées en millimètres de mercure et en atmosphères.)

FORCIS ttASTlQClS

Ces résultats sont liés entre eux par une loi continue , mais dont l'expression ne peut être donnée que par une formule compliquée. Nous renverrons les personnes qui auraient besoin de renseignements plus détaillés à ce sujet à la relation des expériences, etc. , publiée par M. Regnault.

La connaissance des résultats qui précèdent permet d'évaluer, au moyen du thermomètre , la force élastique de la vapeur d'eau en contact avec le liquide qui la produit; il suffît pour cela de plonger dans Peau ou dans la vapeur le réservoir du thermomètre, en l'entourant d'une enveloppe métallique qui le préserve des effets de la pression , et d'inscrire sur sa tige les pressions qui correspondent aux divers degrés de température. Cet instrument , (mi a été fréquemment employé sur les machines locomotives , mais que sa fragilité rend peu commode, porte le nom de thermomanomètre. Le tableau qui précède donne la concordance des températures observées au moyen de cet instrument avec les pressions ou les forces élasttqN#s<le la vapeur saturée ou en contact avec le liquide qui l'a produite.

La densité d'un corps est le poids de l'unité de volume. Pour l'étude de la machine locomotive, il est nécessaire de connaître la densité de la vapeur aux différentes pressions auxquelles elle peut être employée. Nous donnons ces densités, en indiquant le poids d'un mètre cube pour la vapeur saturée , en concordance avec la température et avec les autres éléments qu'il peut être utile de prendre en considération. Il est à regretter que les expériences de M. Regnault, auxquelles nous empruntons la plupart des éléments de ce tableau général , n'aient pas encore donné la mesure exacte des densités de la vapeur. Nous les avons déterminées par le calcul, avec toute l'approximation que comportent les formules connues.

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