CHAPITRE II

nE LA VAPEEE.

L'eau est, à peu prés, le seul liquide dont la vapeur est employée a produire le mouvement des machines dont nous avons à noua occuper. On a fait des essais multipliés sur d'autres liquides; l'alcool ou esprit de vin, l'acide carbonique ont été mis à contribution; d'autres, tels que le mercure, l'huile, ont été employés comme véhicule , ou comme

moyens Ae transmission du calorique. Mais la vapeur d'eau continue à être l'agent principal de la force mouvante de toutes les machines aujourd'hui en usage, et c'est aussi d'elle dont nous nous occuperons -d'une manière particulière. -

Quelques personnes attribuent aux particules qui composent la vapeur une forme vésiculaire, infiniment mince, semblable aux bulles qui se forment contre les parois chauffées des vases, très impressionnables aux variations de température et susceptibles d'être transparentes dans un milieu ambiant d'égale température. A la dernière supposition près, qui n'est point une hypothèse, cette opinion équivaut à un système qui, ainsi que beaucoup d'autres, ne saurait être discuté dans cet ouvrage. Les connaissances que nous possédons aujourd'hui sur la vapeur d'eau , suffisent à l'explication des résultats que nous en obtenons, etnous nous contenterons de l'étudier dans ses effets, depuis sa formation jusqu'à l'époque où sa puissance peut être utilisée comme force mouvante.

Par l'inspection de la table ci-après; on peut voir que l'eau à une température même inférieure à celle de la glace foudaute, pro-

Digilized

LE LA VAPEUR. 3J duit déjà une force élastique appréciable, et qu'à — 20% elle fait équilibre à une colonne de mercure de i»'», i53.

A cette époque de température , l'eau est à l'état de glace. Et si on l'admet sous cette forme dans un vase exposé au feu, sa température s'élerera , et à o°, elle reprendra la forme liquide en diminuant de volume, d'environ ~.

En augmentant toujours de température, on croirait que ce liquide, suivant la loi ordinaire de tous les autres, ainsi que celle des solides, devrait augmenter en volume; mais il en est autrement, et il est bien confirmé que de o° à -j- 4°î l'eau se contracte, et que ce n'est qu'a partir de cette époque, désignée sous le nom de maximum de densité, qu'elle obéit à la loi de dilatation qui lui est propre. Du point de son maximum de densité ù 100° l'eau se dilate d'environ ^ ; à ce terme, elle entre en complette ébullition, et sa vapeur est en équilibre avec la pression de l'atmosphère. Voici comment on peut s'en convaincre.

Dans la chambre barométrique d'un baromètre, faites passer une goutte d'eau (1);

(1) La chuse est facile à l'aiie : le tube étant renversé el plein de mercure, ïidci une ltgira purlion

d'abord cette goutte d'eau, en arrivaatdans la chambre barométrique, émettra instantanément une quantité de Tapeur, relative à la température du moment, tandis qu'une portion conservera son état liquide; le niveau du mercure baissera d'une certaine. quantité.

Remarquons en passant, que si dans de pareilles circonstances, on enfonce davantage le tube du baromètre dans la cuvette, le sommet de la colonne de mercure restera constamment à la même hauteur, A partir du niveau de la cuvette, et que cette immobilité se conservera encore, si on donne a l'instrument un mouvement ascendant contraire.

Ainsi donc, dans ces diverses positions, la vapeur d'eau ne s'est point comprimée ni détendue; elle variait seulement en quantité et en

du mêlai , et remplacez- la par une goutte d'eau; bouchez ensuite arec te doigt et replongez ce lube ainsi bouché dans la cuvette. Vous verrez aussitôt la goutte d'eau traverser le mercure et venir occuper le sommet de ia colonne dans la chambre barométrique. Cela l'ait, relirez le drigt , alors la colonne de mercure s'abaissera A une hauteur qui dépendra de la pression actuelle de l'atmosphère et de la quantité de vapeur d'eau qui se formera dans la chambre barométrique de l'instrument.

DE LA VAPEUK. » 9 raison inverse du volume de l'eau au-dessus de laquelle elle s'était formée, c'est-à-dire qu'il se produisait une nouvelle quantité de vapeur à pression égale, au dépend du volume de l'eau, quand l'espace était agrandi; elle se condensait, et repassait a l'état liquide dans le cas contraire. Dans les deux cas , la longueur de la colonne de mercure suspendue, restait exactement la même , et mesurait par sa longueur comparée ;\ celle d'uD baromètre en fonction, la tension effective do la vapeur dans le vide barométrique, relativement A la température du moment.

Ainsi donc la vapeur d'eau ne se comprime pas, quand elle ne change pas de température; elle varie seulement enquantilc, comme l'espace qui la contient varie lui-même eu grandeur.

Maintenant, soumettons notre instrument entier à une chaleur progressivement croissante; alors les quantités de vapeur et leurs tensions augmenteront graduellement avec elle, le niveau du mercure s'abaissera X mesure, et quand la température aura atteint - 100 degrés, on remarquera que la colonne de mercure a baissé jusqu'au niveau de la cu-

3o bE LÀ VAPEUR,

rette. Or avant d'introduire ta goutte d'eau dans la chambre barométrique , la longueur de la colonne de mercure était de o",^G, égale à celle qui mesure la pression de l'atmosphère : donc la force de tension qui a pu l'abaisser ainsi jusqu'au niveau de la cuvette ne peut être que la même; en un mot, la force élastique de la vapeur d'eau à 100 degrés de température, est égale à la puissance de l'atmosphère. C'est-à-dire à un k. , o35 par centimètre carré de surface (1) ou o k,8i par centimètre circulaire.

Dans l'expérience que nous venons d'indiquer, nous supposons que la pelile quantité d'eau introduite dans la chambre barométrique était suffisante pour fournir un volume de vapeur capable de remplir ou saturer la capacité du lube. Mais il peut en être autrement sï, par exemple, dans notre expérience , à mesure que l'appareil approchait de la tempéralure de 100 degrés, le liquide eût manque pour fournir une quantité suffisante de vapeur, le niveau supérieur de la colonne sus-

(i) Celte quantité de i* oôî est la valeur en poid» d'une colonne de mercure de 0" 76 de longueur et de un centimètre carré de surface de base, ou encore d'une colonne d'eau de io»3y (3» pieds) de longueur et de mCtne base. .

DE LA VAPEUR. 3( pendue, malgré l'addition de chaleur, ne serait pas descendu jusqu'à celui de la cuvette. Supposons, cependant, que par un moyen quelconque, on soit parvenuà l'obliger à descendre jusque là; alors l'espace agrandi, et la Tapeur ainsi dilatée dans une capacité trop grande, eussent été dessaturés. On sait, au reste déjà, qu'un centimètre cube d'eau liquide peut fournir envirsn 1500 centimètres tubes de vapeur à 100 degrés; ainsi donc, une capacité plus grande que 1700 fois le volume de l'eau destinée à être convertie en Tapeur sera dessaturée comme aussi la vapeur contenue ; l'espace et la vapeur seront saturés quand la capacité sera égale à 1700 fois le volume d'eau en question, et encore quand cet espace sera plus petit que le chiffre 1700. Mais dans ce dernier cas, comme nous l'avons dit plus haut , une portion de vapeur se réduira de nouveau à l'état liquide.

La vapeur d'eau dessaturée, séparée du liquide qui l'a produit , ne possède plus la même vertu de dilatation et de puissance, que celle qui se trouve en contact avec un excès de liquide; elle rentre dans le cas des fluides élastiques permanens , secs et non comprimés, c'est-à-dire', que sa dilatation

3a DE LA VAPEUR,

pour iô'o degrés centésimaux n'est plus que de 0,375 ; tandis que la force élastique de la Tapeur d'eau saturée et en contact avec le liquide, croîtra pour une même température dans le rapport de 1 à 160.

Icinous obserrerons unecircon=tance particulière, c'est que, bien que la vapeur d'eau soit en contact avec un excès de liquide , il est encore possible qu'elle ne soit point saturée, et ce cas arrivera quand la cbaleur sera appliquée à la vapeur, et que l'eau inférieure restera immobile sans participer au feu du foyer. Mais nous reviendrons plus tard sur ce sujet important.

L'instrument qui nous a servi A mesurer la puissance élastique de la vapeur d'eau à des températures qui ho sont pas supérieures à 100 degrés, 'et à prouver qu'à la pression habituelle de l'atmosphère , cette même Tapeur d'eau à 100 degrés lui fait équilibre, n'est point applicable à la mesure des fortes pressions qu'elle éprouve quand, sans cesser d'être saturée, on élève la température audelà de 100 degrés. Un autre appareil, dans ces derniers tems, a servi pour l'observer en pareilles circonstances.

Cet appareil se compose 1 " d'une capacité

hermétiquement bouchée, et destinée à contenir l'eau qui doit produire la vapeur dont on veut mesurer la tension- D'une solidité bien éprouvée , cette chaudière est armée d'un manomètre bouché et d'un mançmètre ouvert, prolongé indéfiniment; un thermomètre lui était pareillement adapté, de telle façon que la pression intérieure de la vapeur sur le tube et la boule, ne pût en aucune manière fausser les indications de cet instrument. C'est au moyen d'un appareil semblable, qu'on est parvenu A pousser la chaleur jusqu'à 234° centigrades, et par suite, la pression de la vapeur jusqu'à 24 atmosphères.

Voici la table qui fut le résultat de ces expériences :