II. " a

petit réservoir d'eau. Les récipiens et l'eau sont à o degré de température , afin de partir du même point pour tous les . deux.

Ouvrons le robinet du premier récipient ; aussitôt celui-ci se remplit de vapeur à o, et l'espace est saturé en peu d'instans. Cette vapeur est formée d'un certain poids d'eau et d'une certaine quantité de calorique; quant à son volume, il est trèsgrand en comparaison de la petite quantité d'eau dont elle est constituée; mais aussi la pression qui règne dans le récipient est, vous le savez, extrêmement faible.

Ouvrons le robinet de l'autre récipient, et exposons-le avec son réservoir d'eau à l'action de la chaleur , élevons sa température successivement à 5o,à ioo, enlin à 200 degrés centigrades. Nous obtenons ainsi le même volume de vapeur que précédemment , mais cette vapeur varie d'espèce , à chaque différence de température. Or, il peut arriver de trois choses l'une : i°. ou il y avait encore de l'eau dans le petit réservoir, lorsque vous êtes arrivé à 200 degrés; 20. ou l'eau achevait précisément de s'épuiser , au moment où vous parveniez à cette température; 3°. ou bien toute l'eau était réduite en vapeur, avant d'avoir porté l'appareil à 200 degrés.

Dans le premier et le second cas, l'espace a été saturé de vapeur à 5o degrés et à 100 degrés, puisqu'il l'a été à 200 degrés. Il l a été parce que le réservoir fournissait autant d'eau que l'aflluence du calorique pouvait l'exiger, et rien ne s'est opposé à ce que l'espace fut saturé, ou, en d'autres termes, rempli de vapeur autant qu'il peut l'être, soit à 5o degrés, soit à 100 degrés, soit à 200 degrés ; seulement la vapeur a été plus comprimée sur elle-même à 100 degrés qu'à 5o degrés ; et à 200 degrés qu'à 100 degrés; et la saturation de l'espace admettait plus d'eau en vapeur à 100 degrés qu'à 5o degrés , et à 200 degrés qu'à

ET DES MACHINES A VAPEUR. 2«3 ioo degrés ; car la diminution de l'eau du petit réservoir a suivi 1'élévatiou de la température.

Or comme à ces diverses températures la vapeur a le même volume, il est évident que son poids est d'autant plus grand qu'il y a plus d'eau vaporisée, et que la température est plus élevée ; qu'ainsi le volume de vapeur à 200 degrés perd plus qu'à 5o degrés.

Nous disons que, dans ces deux cas, un poids de vapeur à o contient autant d'eau et de calorique qu'un poids égal de vapeur à 5o, à 100 , à 200 degrés; mais, nous le répétons, à o le volume en est beaucoup plus grand qu'à 5o, à 5o qu'à 100 et à 100 qu'à' 200 degrés, et enfin, en agrandissant progressivement le récipient qui renferme la vapeur à 200 degrés , vous feriez successivement de la vapeur à 100 , à 5o degrés , et finalement à o ; et alors un volume de cette dernière vapeur, égal à celui du premier récipient , pèserait autant que le volume de la vapeur que renferme le premier récipient , et contiendrait autant d'eau et de calorique.

Voilà rigoureusement dans quel sens notre proposition est une vérité de fait qui semble incontestable , et voici dans quel autre elle admet quelques restrictions que l'examen du troisième cas va rendre nécessaires.

Supposons donc qu'avant d'être parvenu à porter la température du second récipient à 5o degrés, qu'arrivé, par exemple à 40 degrés, vous ayez vaporisé toute l'eau du petit réservoir, et que, malgré cela, vous n'ayez pas moins élevé la vapeur résultante à 5o, à 100 degrés, à 200 degrés, en continuant l'action du feu il est évident qu'à ces derniers termes de chaleur l'espace n'a pas été saturé ; il ne l'a été que depuis o degré jusqu'à 40 degrés, c'est-à-dire tant qu'il y a eu de l'eau dans le réservoir. Après ce terme , la vapeur a changé en quelque

2o4 DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE, sorte de constitution en se mêlant ainsi avec les diverses doses de calorique libre dont vous l'avez successivement pénétrée ; et comme le calorique n'a pas de poids appréciable , le volume de vapeur, à tous les degrés après 4° degrés, n'a pas plus de poids qu'à ce dernier degré : sa densité ne change pas et n'a plus aucune correspondance avec la température.

Vous voyez donc que de la vapeur ainsi constituée n'est plus comparable à celle du premier récipient qui sature l'espace à o, et il ne serait plus vrai de dire qu'un poids donné de vapeur du second récipient échauffé , et ne contenant plus d'eau audessus de 4o degrés , donne les mêmes proportions d'eau et de calorique, qu'un poids égal de la vapeur à odu premier récipient. Il faudrait, pour rétablir les proportions, introduire de nouvelle eau dans le réservoir, et en quantité telle qu'il en restât encore au moment d'arriver à la température de 200 degrés; ou bien diminuer l'espace en comprimant cette vapeur, jusqu'à ce que le calorique excédant soit dissipe, et que dans l'espace ainsi réduit , une nouvelle quantité d'eau introduite ne puisse plus se vaporiser ; c'est à ces deux conditions seulement que l'espace peut être saturé, et que les diverses espèces de vapeur sont comparables sous le rapport et de leur densité et des proportions constantes de leurs principes constituans , eau et calorique.

Il est aisé de concevoir que ce que nous venons de diredel'eflfet produit par la chaleur s'applique à la soustraction d'une portion de vapeur, ou à l'agrandissement de l'espace, lorsqu'on serait arrivé au point d'avoir vaporisé toute l'eau du second récipient. Par l'un ou l'autre de ces procédés , on changerait de même la constitution de la vapeur, eu égard au poids donné d'eau et à la quantité de calorique qu'elle contiendrait, si elle avait été produite dans les circonstances requises pour la saturation de l'espace.

ET DES MACHINES A VAPEUR. ao5 Jusqu'ici nous avons considéré la vapeur dans le vide et se formant dans le vide ; nous ne pouvons nous dispenser maintenant de chercher quelle influence l'air, renfermé dans un récipient, peut avoir sur sa formation , et quelle modification il peut apporter dans ses qualités mécaniques.

Ceci est d'autant plus important que, dans l'usage de la vapeur comme puissance motrice, il n'arrive peut-être jamais que l'air n'y soit môle dans des proportions plus ou moins fortes. L'eau elle-même en contient qui se dégage nécessairement dans lebullitiori et vient quelquefois porter le trouble dans les fonctions d'une machine à vapeur, dont le vide partiel dans le condenseur est une des conditions de son mouvement.

Supposons donc que le récipient, dont il a été question plus haut , soit plein d'air à o degré de température , et le petit réservoir plein d'eau; supposons encore que le récipient ait été fermé tout simplement à l'air libre, sous la pression moyenne de 76 centimètres. L'air contenu dans le récipient exercera sur la surface de l'eau du réservoir la même pression que celui dont il faisait partie dans l'atmosphère, c'est-à-dire une pression de 76 centimètres.

L'expérience prouve que la présence de l'air dans le récipient n'empêche pas plus la formation de la vapeur qu'il ne l'empêche dans un vase tout ouvert : la* seule différence qu'il y ait entre la vaporisation dans le vide et celle qui a lieu dans l'air, c'est que dans le premier cas elle est presqu'instantanée, et dans le second, très-lente.

Bien différent d'un corps liquide ou solide, l'air, introduit dans un récipient , laisse entre les molécules qui le composent assez d'espace pour y recevoir celles de la vapeur qui se forme, et pour n'apporter aucun obstacle à ce que la vapeur vienne

îioO DE LA VAPEUR COMME FORCE MOTRICE ,

saturer l'espace au bout de quelque temps, comme elle le

ferait très-rapidement si l'espace était vide.

L'expérience prouve encore qu'il résulte du mélange de l'air et de la vapeur, dans notre récipient, une tension égale à la somme des tensions respectives et de l'air et de la vapeur, pris isolément ; qu'ainsi , d'après notre supposition , la tension «le l'air est de 76 centimètres de mercure dans le récipient, mars lorsque la vapeur à o degré sature l'espace , la tension devient égale à 76 centimètres -{- 5m,lo5g, ou 765 millimètres.

échauffez le récipient à des degrés quelconques , la vau peur se formera et saturera l'espace comme si le récipient était vide ; mais il ne règne plus dans celui-ci la seule tension de la vapeur, tension correspondante aux divers degrés de température auxquels on la élevée , mais encore celle qui appartient à l'air échauffé à ces divers degrés, comme noufc venons de le dire.

Quelle que soit la compression ou la raréfaction de l'air introduit , la formation de la vapeur et la saturation de YesL •pacc , à toutes les températures , ont lieu comme dans le vide ; et vous ôleriez du récipient ou vous y ajouteriez de l'air, que ces phénomènes ne changeraient pas; vous aug*inenleriez seulement ou vous diminueriez la part qu'aurait l'air dans la tension commune du mélange.

Cependant le mélange de l'air et de la vapeur setant fait dans le récipient, et l'espace y étant saturé, soutirez-en une .portion de ce mélange : pour ce qui regarde l'air, vous l'avez raréfié, et pour ce qui regarde l'espace et la vapeur, il n'y a plus de saturation, puisque vous avez emporté avec l'air une portion de vapeur nécess ire à cette saturation. Il se refonmera donc incontinent uni nouvelle quantité de vapeur pour la compléter.

ET DES MACHI-NFS A VAPEUB. 'io;

Mais puisque vous avez raréfie l'air, vous avez diminue sa tension; et quant à la tension de la vapeur, en définitif elle n'a point changé, attendu qu'une portion nouvelle de vapeur a remplacé celle que vous aviez soutirée. La tension commune s'est donc affaiblie, mais seulement pour la part que l'air y prend. Vous obtiendriez le même effet en agrandissant tout ù coup le récipient.

Vous voyez que jusqu'à présent la vapeur se conduit, sauf la promptitude de sa formation, dans un récipient plein d'air, comme dans le vide ; nous allons remarquer quelques différences.

Vous savez que dans le vide on peut, par uue pression sufisante, ramener toute la vapeur à l'état liquide; on ne le peut pas lorsqu'elle est mêlée avec l'air.

Diminuez donc graduellement les dimensions du récipient : du moment que l'espace tendra à se sursaturer de la vapeur existante, une portion de celle-ci repassera à l'état liquide. Sa tension restera la même, et celle de l'air augmentera en raison inverse du volume qu'on lui donnera, ainsi que nous l'avons vu en sou lieu; mais comme l'air ne peut pas perdre sa forme fluide , sa constitution primitive , quelle que soit la réduction de son volume, il contiendra toujours une portion de vapeur, qu'il défendra contre toute action comprimante. L'interposition des molécules de l'air entre les molécules de vapeur semble tenir celles-ci à une telle distance les unes des autres, qu'elles ne peuvent se réunir, comme elles pourraient le faire dans le vide, sans cette pression.

11 n'est pas inutile de remarquer ici que, comme l'air de notre récipient exerce une pression de 76 centimètres , il faut y employer une pression étrangère supérieure pour réduire son volume. Or, bien que la vapeur qui y est mêlée n'exerce

qu'une tension de 5 o5q, elle résiste cependant, au moyen de l'air, à une pression étrangère quelconque au-dessous de 7G centimètres, et ce n'est qu'au moment où le volume de l'air diminue, qu'une portion de vapeur repasse à l'état liquide.

Nous conclurons de ces observations, avec M. Biot ( voy. son Traité de Physique), que la quantité de vapeur qui peut subsister à l'état aëri forme dans un volume d'air, est toujours exactement la même qu'elle sera dans le vide, à la même température. Que si l'on dilate le mélange, ou qu'on le comprime, la température restant constante, la force élastique de l'air varie selon la loi de Mariotte, c'est- à-dire en raison inverse du volume qu'on lui fait occuper } mais celle de la vapeur reste constante, quel que soit l'espace, tant qu'il y a du liquide à vaporiser, et alors elle est la même que dans le vide. Si la vaporisation n'est pas complète , la force élastique de la vapeur augmente avec la pression, comme celle de l'air ou d'un gaz, jusqu'à ce que la vapeur soit assez condensée pour que la liquéfaction ait lieu. Dans tous les cas, les forces élastiques de la vapeur et de l'air s'ajoutent pour former la force élastique totale du mélange. Ces phénomènes sont les mêmes pour tous les gaz, et aussi ils se passent exactement comme s'il n'y avait aucune affinité sensible entre les gaz .et les -vapeurs qui constituent un mélange aëriforme. L'unique effet qui résulte de l'interposition du gaz parmi les molécules de vapeur , c'est d'empêcher celles-ci de céder à la pression extérieure , et de se réunir en gouttes liquides, comme elles le feraient si .elles étaient soumises seules à la même pression.