APPAREILS FONDÉS SUR LES LOIS DE LA STATIQUE DES FLUIDES

La machine pneumatique est destinée à faire le vide, c'est-à-dire à extraire Tair atmosphérique ou tout autre gaz contenu dans un vase disposé de façon à pouvoir être mis en communication avec elle, et qui reçoit alors le nom de récipient.

Inventée par Otto de Guericke^ en 16S0, elle a subi de nombreux perfectionnements dont la description appartient à l'histoire de la science, mais ne saurait trouver place dans un ouvrage du genre de celui-ci. Nous nous bornerons donc à la décrire dans la forme qui est aujourd'hui généralement adoptée.

Fig. 412. La machine pneumatique

se compose de la platine p (fig. 412), qui est formée d'une forte plaque de métal sur laquelle on mastique un plateau de verre épais, dont la surface supérieure est dressée avec soin, mais sans être polie.

A son centre, la platine est percée d'une ouverture pour livrer passage au conduit vye de la machine, lequel commence en Vy un peu au-dessus de la surface supérieure de la platine, qu'il traverse de haut en bas, pour se diriger ensuite horizontalement et se diviser , à une certaine distance de la platine, en deux branches communiquant chacune, par une ouverture conique e, avec le fond d'un corps de pompe cylindrique, pareil à celui qui est représenté en a. La partie v du conduit porte un pas de vis propre à recevoir des ballons ou d'autres vases dans lesquels on veut faire le vide. Quand le récipient a la forme d'une cloche, comme le suppose la figure, on en dresse le bord inférieur, afin qu'il puisse s'appliquer exactement sur la platine. Une légère couche dun corps gras achève, au besoin, d'établir l'adhérence, car il ne faut pas que l'air extérieur puisse pénétrer entre la platine et le bord de la cloche.

Geogle

Fig. ii3. Dans chacun des deux corps de pompe a

se trouve un piston 6 qui monte et qui des-

^ cend au moyen de la tige à crémaillère c.

Un même pignon mû par le mouvement de va-et-vient d'une double manivelle fait monter Fun des pistons quand l'autre descend , et réciproquement. On verra bientôt l'avantage de cette disposition , représentée dans la figure 415.

Les pistons b (fig. 412) sont formés d'un grand nombre de rondelles de cuir réunies par. pression. Ils doivent être exécutés avec assez de soin pour que, dans toutes les positions qu'ils peuvent prendre, ils tiennent le vide^ c'est-à-dire que rien ne puisse passer entre leur contour et les parois des corps de pompe. Chacun d'eux est percé de deux ouvertures : l'une d'elles est munie d'une soupape s, qui se ferme lorsqu'elle est plus pressée de haut en bas que dans le sens opposé, mais qui s'ouvre facilement dans le cas contraire; l'autre est traversée par une longue tige d, dont l'extrémité inférieure, en forme de cône tronqué, est la soupape du corps de pompe; c'est le piston qui l'ouvre et qui la ferme : quand il monte, il la soulève, le renflement d vient s'appuyer contre la plaque supérieure du corps de pompe, et le piston glisse à frottement dur sur toute la longueur de la tige; quand il descend, il Tentraine avec lui, le tronc de cône tombe dans l'ouverture conique correspondante e du conduit de la machine, sa base ne fait qu'un seul plan avec le fond du corps de pompe, et le piston vient s'appliquer exactement sur ce plan.

Il est aisé de concevoir le jeu de ce mécanisme. — Les deux corps de pompe présentant alternativement les mêmes phénomènes, nous pourrons nous borner à examiner ceux qui se passent dans l'un d'eux. Supposons que, dans ce corps de pompe, le piston soit au bas de sa course et que les soupapes soient fermées. Lorsqu'on soulève le piston, le cône tronqué de la tige d dégage l'ouverture qu'il fermait, et, la soupape 8 étant fermée, l'air du récipient se répand, en vertu de sa force élastique, dans le corps de pompe où le mouvement du piston tend à produire un espace vide que l'air extérieur ne peut venir combler en passant entre le piston et la surface intérieure du corps de pompe, si, comme nous lavons supposé, la machine est bien exécutée. Lorsque le piston est arrivé au plus haut de sa course, on l'abaisse,. ce qui ferme l'ouverture du conduit eyv; le piston comprime la masse d'air

16i MACHINE PNEUMATIQUE.

isolée au-dessous de lui, et la force élastique de ce gaz augmentant, finit par devenir supérieure à celle de Tair extérieur; alors la soupape s s'ouvre, et l'air du corps de pompe s'échappe. De cette manière, la quantité d'air du récipient se trouve déjà diminuée. Pour la diminuer de plus en plus, il suffit de répéter un grand nombre de fois la même série d'opérations.

Mais jamais on ne saurait de cette manière obtenir le vide absolu , car le volume de chaque corps de pompe étant, par exemple, 1 /20 de celui du récipient, on extrait, à chaque coup de piston, seulement 1/20 de la masse de l'air ou du gaz qui reste dans le récipient; par conséquent, on n'enlève jamais tout le gaz qu'il contient. On démontre, en effet, par le calcul, qu'il faudrait un nombre de coups de piston infini pour faire le vide parfait. Théoriquement le vide absolu est donc impossible. Il l'est aussi en pratique, parce que jamais le piston, en s'abaissant, n'expulse complètement l'air du corps de pompe : il reste toujours, au fond de celui-ci, quelque petit espace dans lequel l'air se condense. Or, si le volume de cet espace nuisible est, par exemple, la cinq centième partie de la capacité du corps de pompe, il est facile de voir que la pression finale dans le récipient ne pourra pas devenir inférieure à un cinq centième de la pression atmosphérique A. En effet, lorsque le piston est au bas de sa course, l'espace nuisible se trouve rempli d'air sous la pression A. Lorsque ensuite on le soulève, cet air finit par occuper un volume cinq cents fois plus grand , et sa pression devient égale à ^. Par conséquent, si l'air du récipient est parvenu à ce même degré de raréfaction, il ne passera plus dans le corps de pompe; l'épuisement aura donc atteint sa limite. En réalité^ la pression dans le récipient ne pourra même pas devenir égale à ^, à cause du poids que l'on est obligé de laisser à la soupape pour qu'elle soit suffisamment résistante. En effet, pour que la quantité d'air qui passe du récipient dans le corps de pompe puisse s'échapper lors de la descente du piston, il faut qu'elle soulève la soupape ; or, c'est ce qui n'aura plus lieu après un certain nombre de coups de piston, car alors cette quantité d'air, devenue très-petite, se logera dans l'espace nuisible, sans pouvoir exercer contre la soupape une pression suffisante pour la soulever. A partir de ce moment , la masse d'air rie pourra plus diminuer.

Pour compléter la description de la machine pneumatique, il nous reste à parler de l'éprouvette r (fig. 412), qui sert à mesurer la force élastique du gaz qui reste dans le récipient; et de la clef, placée en y, transversalement au conduit, et qui sert non-seulçment k rendre l'air,

ROBINET A DOUBLE £PVISEHERT. iG5

mais encore à établir ou à supprimer la communication entre les corps de pompe et le récipient. L'éprouvette r est renfermée sous une cloche communiquant avec le récipient. Elle se compose simplement d'un baromètre à siphon tronqué , dont les deux branches ont une même longueur de i à 2 décimètres seulement. Lors des premiers coups de piston, le mercure remplit toute la branche fermée; mais il baisse dans cette branche et remonte dans l'autre, quand la pression de Tair est suffisamment diminuée; alors les deux niveaux se rapprochent; mais ils s'arrêtent toujours malgré le mouvement continué des pistons^ avant d'avoir atteint le même pian horizontal, parce que la réalisation du vide absolu est impossible, en théorie et en pratique , ainsi qu'il a été dit plus haut. Le degré de perfection d'une machine pneumatique se mesure par la différence des hauteurs du mercure dans les deux branches de l'éprouvette, lorsqu'elles ont atteint leur état stationnaire. Les meilleures machines du genre de celle que nous avons décrite font le vide à 1 ou 2 millimètres près.

Fig. iii. I^a figure 414 représente la clef de la machine. C'est un robinet percé de deux canaux : l'un, transversal, doit être dans l'axe du conduit lorsqu'on veut faire le vide; l'autre traverse la tête du robinet, se recourbe et aboutit latéralement à un qua-« drant de distance des ouvertures du premier; son orifice extérieur est fermé par un bouchon métallique. Pour faire rentrer l'air, on ôte le bouchon et l'on tourne le robinet d'un quart de révolution; l'ouverture intérieure du second canal est alors dans l'axe du conduit principal de la machine.

On peut concevoir maintenant pourquoi il faut employer deux corps de pompe. En effet, si l'on n'en employait qu'un seul, il arriverait, vers la fin de l'opération , que , la pression intérieure étant devenue très-faible, il faudrait vaincre, pour soulever le piston, la pression que l'air exerce sur sa surface supérieure, c'est-à-dire le poids d'une colonne cylindrique de mercure ayant pour base la surface du piston et pour hauteur environ 76 centimètres. Par l'emploi de deux pistons, on équilibre entre elles les pressions de l'atmosphère sur leurs surfaces libres, puisque, dans le mouvement produit, l'un de ces pistons monte tandis que l'autre descend. (H. Y.)