ARTICLE IV

De la chaleur (i).

Je crois que la chaleur est un principe élémentaire, et qu'elle existe comme partie constituante de toutes les substances ? quoiqu'en des proportions différentes. Les substances les plus combustibles en contiennent des quantités plus considérables que les autres , dans l'état que le docteur Black , célèbre professeur de chimie , appelle latent.

La combustion est l'opération par laquelle ce principe latent est excité et mis en action; tout ce qui est contenu (de ce principe) dans le corps brûlé, ainsi que la portion contenue dans l'air qui aide à la combustion , devient actif et susceptible d'être transmis d'un corps à un autre corps , et ainsi de suite jusqu'à ce qu'il

(i) Voyez note b à la fin de l'ouvrage.

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 5i trouve un lieu de repos dans lequel il peut redevenir latent. Ces principes sont au-dessus de notre intelligence, contentons-nous donc d'en observer les effets.

Nous pouvons voir que la chaleur, dans l'opération de la combustion , paraît fondre la matière soumise à son action , et la dissoudre , pour ainsi dire , en un fluide invisible et impondérable. Ce fluide se dissipe dans l'air, où il redevient latent. La force expansive des fluides formés par la chaleur, est le sujet qui nous occupe; l'atmosphère est le réservoir général dans lequel toute chaleur active retourne à son état latent (i). Supposons que chaque colonne de l'atmosphère , ayant un pied carré de base, contienne une quantité égale de chaleur latente , d'eau en état de vapeur et de fluide élastique permanent; supposons de plus qu'une de ces

(i) La chaleur latente peut remplir l'espace que les anciens physiciens soutenaient être rempli de ce qu'ils appelaient êther.

colonnes soit renfermée dans un cylindre 9 et comprimée dans la moitié de l'espace qu'elle occupe actuellement- d'après la loi de Boy le , son élasticité doit être doublée; elle serait décuplée \ si elle était renfermée dans un dixième de l'espace ; centuplée ? si l'espace qu'elle occupe était réduit à une centième partie , et ainsi de suite. La vapeur aqueuse serait réduite en eau au fond du cylindre, la chaleur latente deviendrait active, passerait à travers le cylindre, et s'échapperait dans l'air pour y redevenir latente; dans cet état de choses , si l'on retirait subitement le piston , l'air contenu dans le cylindre , ayant perdu sa portion d'eau et de chaleur latente , ne pourrait reprendre son volume primitif jusqu'à ce qu'il eût réparé sa perte par un emprunt aux colonnes d'air qui l'environnent. L'expérience a prouvé l'exactitude de cette théorie (i). Ainsi il est donc démontré

(i) Voyez Encyclopédie j édition américaine.

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 53 que Fair comprimé, et la vapeur portée à une grande force élastique, ne contiennent pas une aussi grande quantité de chaleur latente en raison de cette force, que dans un état moins dense, et conséquemment que la loi de Boyle est erronée (i).

Si la chaleur est employée à fondre de la glace à la température de 32 degrés de Fahrenheit — o° de Reaumur, 147 de-

(i) On a fait des expériences pour trouver la loi que suit la force élastique de l'air, en raison de sa densité , en le comprimant dans un cylindre par le moyen d'un piston. On a trouvé qu'une densité double ne produisait pas une force élastique tout-à-fait double, ni une densité quadruple une force tout-à-fait quadruple, etc. On a été surpris de voir qu'une forte et subite compression d'air écbauffait le cylindre, et qu'une fiole qu'on avait placée au fond. du cylindre se remplissait d'eau. D'après cette expérience nous pouvons conclure que l'air et la vapeur ne contiennent pas de la chaleur latente en proportion de leur densité , mais plutôt en raison inverse ; c'est-à-dire que plus leur densité est grande, moins ils contiennent de chaleur latente sous un même volume ; qu'un vide en contient plus qu'un plein, et que l'air atmosphérique n'est pas un fluide élastique permanent,

grés (Fahr.) de cette chaleur deviendront latens , et sont nécessaires comme partie constituante de l'eau , pour la maintenir à l'état liquide. Ces i/|7 degrés de chaleur seront absorbés par l'eau \ de sorte qu'ils ne produiront aucun effet sur nos thermomètres ; c'est-à-dire que si l'on mêle ensemble des quantités égales i de glace au moment où elle commence à se fondre, et d'eau à la température de 147 degrés j tout l'excédant de chaleur que contient l'eau , sera absorbé par la glace dans son passage de l'état solide à l'état liquide j et quand toute la glace sera fondue, le mélange aura la température de 3a degrés de Fahrenheit, ou o° de Reaumur, qui était celle de la glace fondante. Si nous continuons à y ajouter de la chaleur jusqu'à porter le mélange à Tébullition (ou à 212 degrés Fahr. = 8o° Réaumur), il en résultera de la vapeur élastique capable de vaincre le poids de l'atmosphère et de le soulever. Dans cette vapeur , sous la pression de l'atmosphère,

CONSTfi. DE MACHINES A VAPEUR. 55 800 à 1000 degrés de chaleur trouvent à se cacher en l'état de chaleur latente , et sont nécessaires, comme partie constituante de la vapeur i à son maintien dans cet état. Dans ce cas, comme dans celui de la glace fondante , le thermomètre ne marque aucune différence entre la température de l'eau bouillante et celle de la vapeur qui en est produite , comme l'a prouvé le docteur Black (1).

Si l'on enlève la pression de l'atmosphère de dessus Feau , elle bout à 70 degrés ; mais , dans ce cas , 1 3oo ou peutêtre 2000 degrés de chaleur sont absorbés et deviennent latens dans cette faible vapeur qui s'élève sans résistance (2). Moins il y a de pression sur la surface de l'eau en ebullition , et plus il faut de chaleur pour la faire entrer tout entière en état

(1) Voyez les leçons du docteur Black ,voI 1.

(2) Voyez les expériences du célèbre James Walt sur ia distillation dans le vide, {Leçons du docteur Black j vol 1 )

de vapeur 5 au contraire, plus il y a de pression sur sa surface, et moins il faut employer de combustible pour réduire toute cette eau en vapeur 5 la chaleur ne trouve pas de place parmi les particules de vapeur fortement comprimées pour devenir latente, mais au contraire elle reste active pour en augmenter la puissance. Si nous augmentons la pression sur la surface de l'eau , d'une à huit atmosphères , elle ne bout que lorsque la chaleur est portée à 90 degrés au-delà du point d'ébullition à l'air libre, c'est-à-dire à3o2 degrés de Fahrenheit = 1 200 Reaumur , et la force expansive de la vapeur sera alors de 1 20 livres par pouce. (Voyez la table, article Iïï. ) A cette température l'eau entrera en ebullition , et la vapeur s'élèverasouslepoidsdehuit atmosphères, parcourant des distances égales en temps égaux \ ce que nous pouvons comparer à la charge d'une machine à vapeur. Ici il paraît qu'après la cessation de la perte de chaleur par sa transformation en chaleur

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 57 latente (puisque toute cette perte a lieu pendant que la température s'élève des premiers 212 degrés) , nous pouvons , par l'addition de la petite quantité de combustible nécessaire pour communiquer à l'eau 90 degrés de chaleur , obtenir huit fois la force, produire huit fois l'effet , ou porter huit fois la charge à une égale distance. Mais nous démontrerons , lorsqu'il en sera temps , que la vapeur ayant acquis une force capable de soulever huit atmosphères , peut être appliquée de manière à produire , non-seulement huit fois, mais bien 22,6 de fois l'effet, et peut-être même 32 fois autant d'effet que la vapeur dont la force élastique est seulement égale à une atmosphère. (Voyez article vu , ci-après. )

Comme la chaleur paraît fondre ou dissoudre la matière mise en combustion , et la transporter , sous la forme d'un fluide très subtil, dans l'air, où elle devient latente , ainsi elle semble dissiper l'eau de la même manière , en la con-

vertissant en une vapeur élastique, avec laquelle elle s'échappe pour devenir latente dans l'air. La quantité de chaleur qui s'échappe de cette manière, paraît avoir quelque rapport avec l'étendue de l'espace dans lequel la vapeur peut se répandre; peut-être ce rapport est-il en raison directe des espaces , c'est-à-dire qu'un espace double peut recevoir une quantité double de chaleur latente. Un pouce cube d'eau s'élevant librement en vapeur dans le vide , a emporté avec lui i3oo ou 2000 degrés de chaleur sous la forme de chaleur latente , tandis que la même quantité d'eau s'élevant sous la pression de l'atmosphère ( ce qui renferme la vapeur dans des limites plus étroites), n'a emporté que iooo degrés de chaleur dans le même état. D'où nous pouvons conclure que la quantité de chaleur latente emportée par la vapeur, diminuera à mesure que la résistance au libre développement de la vapeur , est augmentée ) et qu'ainsi en poussant la

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 59 force élastique de la vapeur de une à deux, etc. , jusqu'à huit atmosphères, la quantité de chaleur latente enlevée par la vapeur, sous chacune de ces pressions, pourra être de iooo, 7^0, 5oo, 2^0, etc. degrés ; ou . que le décaissement suivra une autre loi qui ne nous est pas encore hien connue.

La glace fondante absorhe très lentement la chaleur nécessaire pour la convertir en eau \ de même la chaleur latente contenue dans l'eau s'en sépare très lentement pour devenir sensible , lorsque l'eau se gèle. La chaleur sensible , contenue dans l'eau chaude , la quitte , au contraire , avec une rapidité extrême , lorsqu'on enlève la pression de la surface de" cette eau , pour devenir latente dans la vapeur élastique , et elle abandonne la vapeur à son tour , avec la même facilité, pour rentrer dans l'eau, ou dans un autre corps dont la température est moins élevée que celle de la vapeur avec laquelle elle est en contact ; ainsi la va-

6o MANUEL DU MÉCANICIEN

peur est condensée, et forme une quantité d'eau égale à celle dont elle fut d'abord formée. Pendant cette opération , la chaleur latente redevient sensible et réchauffe l'eau qui sert à opérer la condensation. Les expériences du. docteur Black ont prouvé tout ce que je viens de dire , quoique ce savant professeur n'ait pas considéré cet objet sous le même point de vue. Lorsque nous examinons la force irrésistible de la vapeur , nous pouvons dire avec vérité que nous avons à nos ordres un agent physique, dont les opérations sont aussi rapides que l'éclair, et aussi puissantes que la foudre.

Des faits qui précèdent , nous pouvons tirer la conclusion suivante : que la quantité d'eau nécessaire pour effectuer la condensation d'une quantité quelconque de vapeur, élevée à un degré d'élasticité quelconque, doit être telle qu'elle puisse recevoir toute la chaleur latente contenue dans la vapeur soumise à l'expérience , et cela sans être elle-même échauffée au-

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 6r delà du point où elle est prête à entrer en ebullition sous la pression qu'elle éprouve \ donc, plus Feau de condensation est froide , moins il en faudra pour opérer la condensation. Si la condensation s'opère dans le vide , il faudra employer une bien plus grande quantité d'eau froide , puisque Feau bout dans le vide à 70 degrés (Fahrenheit) (1).

(1) La connaissance de ces principes nous conduit naturellement à la découverte d'un grand nombre de perfectionnemens et d'inventions , également importans et curieux, et ceux-ci pourront conduire à d'autres à leur tour, savoir :

i°. Des machines à vapeur inépuisables. Les chaudières de ces machines une fois remplies d'eau n'auront pas besoin qu'on l'y renouvelle ; il ne peut s'y former aucun sédiment qui fait brûler les chaudières dans les machines ordinaires ; celles-ci doivent donc durer beaucoup plus long-temps.

20. Des appareils distillatoires qui peuvent être faits continus , ou sans aucune interruption, et construits de manière à faire en même temps disparaître la vapeur aqueuse et les huiles essentielles qui donnent un mauvais goût aux liqueurs distillées.

3°. Des chaudières de distilleries et de brasseries qui

Il paraît donc presque impossible de foi mer un vide parfait parla condensation

pourront être chauffées à un degré quelconque, en moins de temps et à moins de frais.

4°. Des chaudières inépuisables pour le chauffage des appartemens que l'on ne peut échauffer à feu découvert sans danger.

5°. Des fourneaux et des chaudières peuvent être construits de manière à jeter dans l'eau toute la chaleur qui, d'ordinaire, s'échappe et se perd par la cheminée, et à produire de la vapeur élastique, laquelle, par ce moyen, sera appliquée à aider la machine dans son travail , ce qui diminuera ainsi le poids de la machine d'environ neuf dixièmes, et la consommation de combustible d'environ les trois quarts, et produira, en même temps, autant de force que les meilleures machines anglaises. Une machine ainsi construite serait très avantageuse pour faire remonter le Mississipi aux bateaux , et pour conduire des voitures sur de bonnes routes.

Mais les frais de toutes les expériences nécessaires à l'exécution entière de ces idées seraient trop considérables. Aucun homme prudent ne hasarderait l'essai à moins d'avoir la perspective d'une récompense proportionnée à la grandeur et à l'utilité de l'entreprise.

Il existe un préjugé généralement répandu contre les hommes de génie, sans doute parce qu'ils paraissent condamnés à continuer leur vie dans des essais ruineux

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 63 de la vapeur par l'eau , dans la machine à vapeur; tout ce qu'on attend des con-

et par conséquent dans la pauvreté. On ne réfléchit pas que c'est presque toujours à l'injustice du gouvernement qu'ils sont redevables de cette triste destinée.

Et en effet , qui voudrait tenter péniblement d'acquérir quelque bien par le succès d'utiles entreprises ? avec la triste certitude de voir ces moyens d'existence devenir la propriété du public, presque au moment même de leur développement , ou après quatorze années au plus, terme fixé aux États - Unis pour la durée du brevet d'invention ?

Quel homme prudent pourrait consacrer ses recherches , son temps , son travail et les plus belles années de sa vie, à la poursuite d'un avantage qui ne lui serait pas mieux assuré? Ce n'est donc pas parce que tel homme a du génie qu'il est pauvre , mais parce que poursuivant sans relâche l'accomplissement de sa conception , sans être appuyé du moindre secours ni garanti par la moindre protection, il est forcé de négliger les soins de ses intérêts pécuniaires; car le génie, au contraire, doit nécessairement enrichir tous ceux qui , s'occupant du bien public, ont pu joindre à l'exécution d'utiles projets la poursuite des biens plus solides que la gloire.

Pourquoi jeter ainsi de la défaveur sur le génie qui pousse les hommes et les sociétés vers leur perfectionnement ? N'est - ce pas à cette faculté si précieuse que nous devons l'immense supériorité qui nous

denseurs dans ces sortes de machines, c'est de détruire la resistance de l'atmosphère, ce que Ton ne parvient jamais à faire que très imparfaitement ; et lorsque nous considérons la petite quantité additionnelle de combustible nécessaire pour vaincre cette résistance, les avantages de la condensation paraissent s'évanouir.

Car , si l'eau de condensation était chauffée à 160 degrés Fahrenheit, 57 ° Reaumur, nous avons vu (article ni) que la force de la vapeur de cette eau serait de 3,7.^ livres par pouce ; déduisant cette quantité de i5 livres , poids de l'atmosphère, il reste 11, 1 5 livres, ce qui est

distingue des peuples sauvages qui nous environnent ? N'est-ce pas par les encouragemens donnés aux hommes de mérite que l'Angleterre a surpassé les autres nations en richesses et en puissance? il faut en convenir : c'est en leur assurant la jouissance plus étendue des honorables profits attachés au succès de leurs patriotiques travaux, en les mettant à portée de s'indemniser convenablement de leurs longs sacrifices, qu'elle a excité parmi les citoyens la noble émulation dont elle a recueilli les fruits précieux.

CONSTR. DE MACHINES A VAPEUR. 65 toute la quantité dont on diminue la résistance par la condensation ; d'un autre côté, si l'on renvoie à la chaudière cette eau de condensation , à la température de 160 degrés , elle fera baisser la température de l'eau de peut-être 3o degrés , ou de 3io à 280 degrés, et diminuera, par ce moyen , la force élastique de la vapeur de 120 à 160 livres par pouce (voyez article ni), ce qui serait perdre 22,4 livres pour en gagner 11, 25 (1) (voyez article vi, ci-après).