AVERTISSEMENT. VU

généraux applicables à toutes les machines, et dont les autres constitueraient une série de monographies des machines appliquées à chaque usage spécial. Chacune de ces monographies devrait être écrite par des hommes spéciaux et renfermer tout ce que l'on sait sur les meilleures conditions d'application de la vapeur au travail spécial en question, et les meilleures dispositions pratiques qui y aient été appliquées ; c'est ainsi que MM. Flachat, Pétiet, le Chàtellier et Polonceau ont écrit la monographie des locomotives. Nous voudrions de semblables traités pour les machines d'épuisement des mines, pour les machines d'extraction de la houille, pour les machines appliquées aux opérations métallurgiques, pour les machines appliquées à la filature des matières textiles, pour les machines appliquées à la navigation, etc., etc. ; il est évident qu'un livre sérieux sur toutes ces applications de la vapeur ne peut être l'œuvre d'un seul homme.

C'est le premier de ces traités que nous offrons aux mécaniciens. Quoiqu'il soit encore, probablement, fort incomplet, nous croyons qu'il leur sera utile, et nous nous proposons de le tenir toujours au niveau de la science, par des additions périodiques et des corrections, à mesure que celle-ci fera des progrès.

Nous avons, dans cet ouvrage, exposé plusieurs théories nouvelles qui n'ont, jusqu'à présent, été examinées dans aucun autre, ou qui ne l'ont été que fort incomplètement; le lecteur en appréciera la valeur.

La chaleur est la force qui produit le mouvement dans les machines à vapeur.

Jusqu'en ces derniers temps les physiciens ont considéré la chaleur comme un fluide impondérable qui s'insinue dans les espaces moléculaires ou intervalles qui existent entre les éléments matériels de tous les corps que renferme la nature, écarte ces éléments et augmente le volume de ces corps en diminuant leur densité, lorsque leur dilatation n'est point empêchée par d'autres fqrces ou ne l'est qu'incomplètement.

Cette explication du phénomène caractéristique dû à l'action de la chaleur dérive évidemment du même ordre d'idées qui ont conduit à inventer l'éther pour expliquer les phénomènes de la lumière, et d'autres fluides impondérables de la même famille pour expliquer ceux de l'électricité et du magnétisme. Mais, depuis quelques années, plusieurs physiciens, doués d'un esprit moins disposé aux rêveries métaphysiques, ont protesté contre l'introduction, dans la science, de ces agents inintelligibles, et les ont attaqués avec une vigueur de raisonnement qui permet d'espérer qu'ils ne jouiront plus d'une longue existence.

A quoi bon^ en ciïct, conserver dans la physique, dont le caractère posilif est si nettement établi à d*autres égards, ce mélange intime de réalités et de chimères qui n*est propre qu a fausser les notions les plus essenlielles, à engendrer des débats sans issue et à inspirer à beaucoup de bons esprits une répugnance naturelle pour une étude qui offre un si vaste champ à Tarbitraire. La seule définition ordinaire de ces agents mystérieux devrait suffire pour les faire exclure de toute science réelle, car elle montre évidemment que la question n'est point soluble et que Texistcnce de ces prétendus fluides n'est pas plus susceptible d'affirmation que de négation, puisque, d'après la constitution qu'on leur a prudemment attribuée, ils échappent nécessairement à tout contrôle posilif. Quel raisonnement, ou quelle expérience pourrait-on imaginer pour ou contre la réalité de substances ou de milieux dont le caractère fondamental est d'être entièrement dépouillés de ce qui peut former la base d'une expérience ou d'un raisonnement? On les suppose invisibles, intangibles, impondérables^ inséparables des substances qu'ils animent et incapables d'exister sans elles; notre raison ne peut donc avoir sur eux aucune prise. Il faut la toute-puissance de l'habitude pour croire à leur existence, car ils n'ont pas plus de raison d'être que les fluides sonore et pesant par lesquels on a essayé d'expliquer les phénomènes de gravitation universelle et du son et qui auraient eu probablement la même fortune que les autres s'ils n'étaient venus trop tard. De plus, ces diverses hypothèses se renversent et se substituent les unes aux autres avec une grande facî-

à reiichainement logique de ces idées. De plus, le langage scientifique s'est tout naturellement empreint de ces bizarres conceptions qui en sont devenues presque inséparables, et il serait grandement utile de procéder à une épuration rationnelle des termes employés aujourd'hui pour exprimer certains phénomènes, en les remplaçant par d'autres indépendants d'une hypothèse quelconque sur la nature intime des causes primitives de ces phénomènes, ou, tout au moins, en indiquant expressément que ces termes actuels ne doivent impliquer aucune notion préconçue sur le mode d existence de ces causes primitives.

On doit, d'autant moins, regretter la perle ou l'abandon de ces prétendus moyens de direction, qu^en réalité ils ne satisfont en aucune manière à leur destination scientifique.

Est-ce que la dilatation des corps est expliquée ou éclaircie par cette seule idée qu'un fluide imaginaire, interposé dans les espaces moléculaires, tend sans cesse aies accroître, puisqu'il reste à concevoir comment ce fluide possède cette élasticité spontanée qui n'est pas plus intelligible que le fait primitif de la dilatation de ces corps? Comprend-on mieux la propriété lumineuse de certaines substances, après ravoir attribuée à la faculté incompréhensible de lancer un fluide fictif ou de faire vibrer un éther imaginaire? Il en est encore de même pour les fluides électriques et magnétiques. Ces explications, loin d'aplanir les difficultés, en font naître artificiellement et inutilement de nouvelles.

La réforme que Ion propose aujourd'hui est accomplie depuis longtemps dans l'élude du son et de la pesanteur; les astronomes, satisfaits de connaître que la tendance des corps les uns vers les autres varie en raison directe des masses et en raison inverse des carrés des distances, ne s'informent plus si cette tendance provient d'une altraction ou d'une impulsion, et ils ont su porter l'astronomie à un degré de perfection dont les autres sciences sont encore fort éloignées.

Il faut aujourd'hui, dans toutes les branches des connaissances humaines, imiter celte circonspection, et toute hypothèse scientifique doit exclusivement porter sur les lois des phénomènes et jamais sur leur mode de production.

Ainsi, lorsqu'il y a production de chaleur dans les cas d'action solaire, de frottement, de compression brusque de certains corps, de combinaison chimique et notamment dans celle de loxygùnc de Pair

avec le carbone, qui constitue ce que l'on nomme combustion, cela ne signiûe pas que, dans les différentes circonstances que nous venons d'indiquer, il y ait production d'un fluide qui détermine dans les corps les effets connus de la chaleur, mais indique que ces effets calorifiques naissent dans ces conditions, sans qu'il soit utile de rechercher leur nature intime; ce qui n empêche nullement d'analyser toutes les circonstances de leur production, les effets appréciables qui en résultent et, finalement, de découvrir les véritables lois suivant lesquelles les phénomènes de la chaleur naissent et accomplissent leur période d'action sur les corps.

Ainsi encore, quand la chaleur, par contact entre deux corps, passe de l'un de ces corps dans l'autre en vertu de leur différence de température, on ne doit pas comprendre que le plus chaud envoie du fluide au second, mais tout simplement que, lorsque deux corps à des températures différentes sont mis en présence, le moins chaud a une tendance naturelle à s'échauffer et l'autre à se refroidir jusqu'à ce qu'ils se soient mis en équilibre de température, sans s'informer s'il y a réellement échange d'un fluide chaud entre ces corps ou s'ils possèdent en eux-mêmes le principe de cette modification de température ; principe qui agit lorsqu'ils sont mis en présence et qui demeure à l'état latent ou de repos, lorsque ces corps sont à la même température; et quand on parle de la quantité de chaleur qui passe de Fun de ces corps dans l'autre^ il ne faut pas comprendre autre chose que la grandeur des effets thermiques que la présence du plus chaud a fait naître dans vûlni dont la itmucratitre était moins êlevvcK Des réflt^xicms iuia-

il y a dimiDutioD de volume, cela tient, suivant toute apparence, à la disparition de certaines matières volatiles expulsées par la chaleur ou à des modifications de structure qui l'emportent sur les effets de dilatation et les dissimulent. Du reste, ces exceptions ne font que mieux ressortir la nécessité d'abandonner les systèmes préconçus sur la nature des causes premières et de se borner à la recherche des lois des phénomènes physiques.

Il ne peut être question ici des sensations que la chaleur produit sur les êtres animés et qui très-probablement sont elles-mêmes dues à des effets de dilatation, de contraction on de décomposition chimique, semblables à ceux qu'elle provoque dans les corps inanimés et dont l'intensité peut s'élever jusqu'à une limite incompatible avec l'accomplissement de certaines fonctions vitales et causer de la souffrance.

L'analyse de cette catégorie de phénomènes rentre dans une spécialité différente de la nôtre.

Après ces considérations préliminaires sur la façon, qui nous semble la plus convenable, d'envisager les effets de la chaleur, nous restreindrons notre sujet aux seules connaissances qui sont nécessaires pour comprendre aussi nettement que Tétat actuel de la science le comporte, et prévoir a priori^ les phénomènes qui s'accomplissent dans une machine à vapeur en mouvement; c'est-à-dire pour en former la théorie.

Ces connaissances sont :

l"* La loi de transmission du travail et des forces vives, qui constitue à peu près la mécanique rationnelle toute entière ;

^'^ La détermination de l'unité de mesure de la chaleur;

3® Quelques considérations sur la mesure des tensions et des températures ;

i*" La loi qui lie les températures et les forces élastiques de la vapeur d'eau saturée ;

S"" La loi de dilatation de l'air par la chaleur et celle qui lie son volume à sa force élastique ;

6*» Les quantités de chaleur qu'absorbe 1 kil. d'eau liquide à zéro", pour se réduire en vapeur saturée sous les diverses pressions ;

7® Les quantités de chaleur qu'absorbe 1 kil. d'eau liquide à zéro '', pour élever sa température jusqu'à colle à laquelle il prend l'état de vapeur sous les différentes pressions ;

S"" La chaleur spéciGque de la vapeur d'eau à différents états de densité et aux diverses températures ;

9"" La loi suivant laquelle varie la densité de la vapeur d'eau saturée sous les diverses pressions ;

10^ Les coefficients de dilatation de la vapeur d'eau prise dans ses différents états de densité ;

11"* La quantité moyenne d*air mise en liberté dans une capacité primitivement vide, dans laquelle on condense un poids donné de vapeur à Taide d'un poids donné d'eau froide à une température déterminée;

12^ Quelques autres lois physiques moins importantes que celles qui précèdent.

Les lois mécaniques sont incontestables et nous les supposerons connues du lecteur.

Quant aux lois physiques» elles ne présentent pas le même caractère d'absolue certitude et, jusqu'en ces derniers temps, celles qui concernent les vapeurs avaient été formulées en étendant à ces fluides des résultats qui concernent les gaz permanents et qui ne sont pas même rigoureusement exacts pour ces derniers. Aussi nous croyons indispensable de rappeler ici les principales conséquences des travaux récents de M. V. Regnault sur ces différentes questions; d'autant plus que tous les traités, faits jusqu'aujourd'hui sur les machines à vapeur, portent encore, à un trop haut degré, l'empreinte de ces anciennes hypothèses.

on la mesure d'après la grandeur de ces effets, l'évaluation directe de la grandeur de la cause étant hors de la portée de notre intelligence. Pour cela on a choisi un effet simple, facile à reproduire en toutes circonstances et qui se prête merveilleusement aux comparaisons des phénomènes calorifiques, Télévation de 1 kilogramme d'eau pure de la température O"" à l"" du thermomètre centigrade, et Ton a donné à la quantité de chaleur qui produit cet effet le nom de calorie ou tout simplement celui d'unité de chaleur.

Ainsi, quand la chaleur produit sur un corps certains effets déterminés, on dit qu'il a fallu pour produire ces effets autant de calories que la quantité totale de chaleur à laquelle ils sont dus pourrait élever de kilogrammes d'eau de la température O"" à la température l"" centigrade ; ce que l'on vérifie communément par la quantité de kilogrammes d'eau que ces corps, en reprenant leur état primitif, peuvent élever de 0« à i\

Pendant longtemps on a admis que la quantité de chaleur nécessaire pour élever la température d'un kilogramme d'eau de 1^ était la même quelle que fût la température initiale et, dans cette hypothèse, l'unité de chaleur était la quantité nécessaire pour élever la température de 1 kilogramme d'eau de 1^ dans toute l'étendue de l'échelle thermométrique avant la transformation de l'eau en vapeur, mais les expériences récentes de M. Regnault, que nous rappellerons plus loin, ayant démontré qu'il fallait plus de chaleur pour faire passer 1 kilogramme d'eau de 99^ à 100°, par exemple, que de 0*» à 1**, il faut renoncer à cette expression générale de l'unité de chaleur et adopter l'unité plus restreinte que nous avons formulée ci-dessus.

Cependant, comme l'emploi de l'ancienne unité présentait un grand nombre d avantages spéciaux et que l'accroissement de la quantité de chaleur nécessaire pour élever 1 kilogramme d'eau de 1° est peu rapide à mesure que l'on s'élève sur l'échelle ihermoraétrique^ on peut encore, dans certaines circonstances, et lorsque cela ne peut conduire à de trop graves erreurs, employer cette ancienne unité. Les considérations que nous venons de présenter sont suffisantes pour montrer dans quelles circonstances il faudrait adopter la nouvelle unité sous peine d'erreurs trop graves pdur être négligées.