CHAPITRE XXXXIl

Septième question : Quels sont Us phénomènes que présente , ou auxquels donne lieu la vapeur , lorsqu'elle sort dune chaudière par divers orifices, et à divers degrés de tension.

Cette question se rattache à la théorie générale de la vapeur; mais, pour tâcher de l'éclaircir, suivons pas à pas le phénomène dé l'union de la chaleur avec l'eau, sous le point de vue où nous place la question qui nous occupe maintenant.

Supposons qu'on place sur un foyer bien allumé une chaudière entièrement remplie d'eau froide, et fermée fortement et hermétiquement.

La combinaison de la chaleur avec l'eau se fera, d'autant plus rapidement, que la différence sera plus grande entre la température de l'espace que lachaudière occupe au-dessus du combustible enflammé, et la température de la chaudière et de l'eau quelle contient : car nous savons qu'entre deux <»rps- 00 préV sence et d'inégales températures, les échanges de calorique ray orinanT sont d'autant plus rapides, qu'il y a plus de différence entre leurs températures respectives. U semble dès lors j>ermis de croire que dansles premiers instans de l'exposition de la chaudière à l'action du feu, cette action est à son plus haut. point d'intensité, c'«st*4-dire qu'alors la combinaison du calorique arec la chaudière et l'eau se fait avec le plus 4eiviva* cité ; elle doit se faire plus lentement et par un décroissemeot graduel -d'activité , à mesure crue J appareil s'échauffe. , i • — • Or il deit arriver un moment qu'une chaudière entièrement pleine d'eau , comme nous l'avons supposé , prend une température égale à celle de l'espace qu'elle occupe au-dessus du feu 1 car il ne se forme point de vapeur , faute de place dans la chaudière, et la chaleur peut s'accumuler dans l'eau et les enveloppes qui la contiennent. *

Parvenu; a ce point, l'appareil ne peut plus augmenter de température, si la chaleur du foyer reste constante; et l'action prolongée de celui-ci n'a plus pour [objet que d'entretenir la température communiquée; mais quelle peut être la quantité de chaleur nécessaire pour maintenir cette température?' t>i*écU sémeut la quantité que perd l'appareil par le rayonnement dans l'espace, et par son contact avec les corps pqu oonduc*teurs dont se compose le fourneau. Cette quantité peut être très-faible, en comparaison de celle qui s'est combinée avec l'eau, au commencement de l'opération ; et il suit de là que la puissance calorifiante du foyer doit se dissiper inutilement

BT' DES. MACHINES A VAPEUR. 269 presque en totalité, lorsque la température 'de imtre chaudière est é1 son 'maximum ; cependant la dépense de combustible , la vivacité du feu, doivent rester au même point d'élévation , sans quoi la température de la chaudière baisserait. îiîàviiia Il faut remarquer que le degré de température, auquel l'eau de la chaudière parvient f dépend de la grandeur relative de.la^ masse en combustion : avec un petit foyer et une grande chou* dière remphe d'eau , le metiXimuni' de chaleur auquel . celle?-oi pourra parvenir ne serajamai» très-*élevé, en égard à ce qu'il peut être dans un cas contraire, bien que la chaudière soit fermée hermétiquement et que le petit feu reste dans une activité constante,. Cette remarque trouvera plus loin son application. . . ,. ...II. -ih 1 ,| ». ■ M -J..1 ; l 1

Supposons maintenant qu'au lieu de remplir notre chaudière es^èiement «fceau, nous ne la rimjphsstons, par exemple, qn'qaz neuf dixièmes ç quHm dixième de sa capacité reste vide; nous la supposons encore fermée hermétiquement.

Dans ce cas-ci , il y a de la vapeur qui se forme pour remplir 1 espace vide; mais comme en se formant, elle rend latente une quantité de calorique considérable, calorique qu'elle enlève à l ean elÀ Jftçlwudière, il paraît évident qu'il est passé plus de cbatenrfdui foyer, dans l'appareil pour faire arriver celui-ci au degré dp température de l'espace qu'U occupe au-dessus du feu , lorsqu'il se forme delà vapeur , que quand il ne s'en forme pas. U, est évident encore que la production graduelle de la vapeur, quU,làen,da»s kt cbapdière, maintient pins longtemps l'inégalUéjde^Aemiîefatpre qui doit régner entre l'espace calorijiant et k chaudière, pour que la chaleur du foyer soit utilement employée sur notre appareil. ,\

Cependant, comme la vapeur n'a qu'un dixième de lacafa» citià-occuper, sa température et sa tension augmentent assez

370 DE LA TÀPEÎJR COMME FORCE MOTRICE , rapidement ; et si la chaudière est suffisamment forte , eu égard à la puissance du foyer, l'inégalité de température dont il est fait mention ci-dessus finira par disparaître ; l'équilibre du calorique aura lieu, et le feu n'aura plus d'effet utile sur la chaudière.

Nous voyons clairement dès lors que si , mettant moins d'eau dans la chaudière, on y laisse plus de vide, la vapeur aura pins d'espace pour se répandre; plus de calorique sera enlevé à l'eau sous forme latente, et plus de chaleur sera utilement employée.

Ceci toutefois ne peut être vrai que dans certaines limites : rappelons-nous la loi de propagation du calorique dans lés liquides y et nous comprendrons que , pour combiner beaucoup de chaleur avec l'eau de notre chaudière, il faut multiplier autant que possible les points de contact du liquide avec ceux de son enveloppe; ce qui assurément n'aurait pas lieu si on ne mettait que très-peu d'eau dans une chaudière d'une grande capacité.

Nous avons supposé jusqu'à présent que la chaudière était hermétiquement fermée, et que par conséquent elle perdait peu de chaleur; il s'agit maintenant d'examiner ce qui doit se passer si nous pratiquons et ouvrons un orifice sur notre chaudière.

Admettons d'abord que la chaudière soit remplie deau, et que l'orifice soit très-grand par rapport à la surface du liquidé qu'elle renferme, qu'il soit le quart, par exemple; nous savons que l'eau ne dépassera pas le terme de l'ébullition, parce que la vapeur, qui se dissipe au fur et à mesure qu'elle se forme, emporte avec elle autant de chaleur que le foyer peut lui en donner.

Faisons l'orifice beaucoup plus petit, supposons de 7— de la surface du liquide dans la chaudière, exposée à un aussi grand feu qu'elle peut comporter : la température de l'eau s'élèvera

ET DES MACHINES A VAPEUR. ijt hieiian-dessDS.de celle qui correspond an terme de l'ébullition ; ce ne sera plus la vapeur seule qui sortira de l'orifice, mais un jet d'eau et de vapeur; la température s élèvera, parce qu/en un temps doraé il ne sortira pas assez de vapeur à 100 degrés par ce petit briûce pour épuiser tout l'effet de la puissance du foyer; l'eau jaillira avec la vapeur par la force de dilatation que 1 accumulation du calorique développe entre ses molécules. L'eau devient pour ainsi dire, comme une sorte de vapeur d'une grande densité relative, qui jouit d'une force d'expansion analogue à celle de la vapeur même.

Voilà pour ce qui regarde une chaudière pleine d'eau ; voyons une chaudière dans laquelle on laisse un espace vide , pour y recevoir la vapeur.

Plusieurs choses influent ici sur le phénomène qui fait le sujet de ce chapitre, ainsi que sur l'état de la vapeur, savoir : i°. le degré de puissance calorifiante du foyer, eu égard à la grandeur de la chaudière et de la masse d'eau qu'elle renferme; a\ la quantité d'espace vide laissé dans la chaudière; 3°. l'étendue de la surface de l'eau exposée au feu ; 4°. la dimension de l'orifice par lequel la vapeur doit sortir; 5°. enfin la manière de la faire sortir.

Un foyer donné de dimensions a une puissance calorifiante limitée, et lorsque le combustible qu'il peut recevoir brûle aussi prfaitement, se consomme avec autant d'activité que possible , cette puissance est à son maximum. Or la masse d'eau qu'on expose à son action peut être telle, en grandeur relative, que le calorique émané du foyer ne suffirait pas pour porter le liquide à lebullition, bien que le foyer fût constamment entretenu j ce n'est pas qu'au bout d'un certain temps il ne se serait développé assez de chaleur pour représenter celle qu'exigerait lebullition de Joute la masse d'eau dont il est question;

372 DE LA. VAPEUR COMME FORCE MOTRICE , mais, sans compter les pertes de chaleur inhérentes à la con* stitution même d'un foyer quelconque, il y aurait incessamment une déperdition de chaleur et par les parois de la chaudière et par la faible vapeur qui sortirait de son orifice et se mêlerait à î air ambiant; déperdition tenuyqu' avant d'arriver à l'ébullition, la chaudière dépenserait tout ce qu'elle pourrait recevoir de chaleur du foyer. Exposez à la chaleur d'une lampe quelques grammes d'eau dans un petit vase; vous les portera d'autant plus aisément à l'ébullition qu'H y en aura moins; tous n'y parviendriez pas si vous opériez sur ro litres d'eau.

Cependant le foyer peut être tel, avec une masse d'eau et un orifice à vapeur donnés, ou que vous ne pourriez pas dépasser le terme de 1 ebullition, quelle que fût la vivacité du féu, ou que vous dépasseriez nécessairement ce terme, «n entretenant le feu au degré d'intensité qu'il avait au moment de 1 ebullition*

Dans le premier cas, la quantité de chaleur que recevrait la chaudière à chaque instant, avant l'ébullition, étant plus grande que celle qui s en échappe aussi à chaque instant avant ce terme , vous arriveriez à l'ébullition , et vous y arriveriez d'autant plus tôt que la différence entre les quantités de chaleur affluentes et les quantités émanées est plus grande : mais au moment de L'ébullition, la quantité de vapeur qui sort, sans interruption, de l'orifice (que nous supposons même petit en comparaison delà surface du liquide) , entraîne avec elle une si grande dose de chaleur que l'égalité s'établit, à ce terme, entre les quantité» reçues et les quantités dissipées.

Dans le second cas , 1 affluenee du calorique est si grande, en comparaison de ce que peut perdre l'appareil avant l'ébullition ; et .celle-ci est si vive à sa naissance, tant de vapeur se forme à l'instant, qu'elle ne peut sortir assez tôt par l'orifice; elle se replie donc sur elle-même au-dessus de l'eau qui la fournit, et la

fifT DBS MACHINES A VAPEUR. ^ 3

température s;élève, jusqu'à ce que la différence entre la temjiéralure de l'appareil et celle de l'espace qu'il occupe dans le foyeriae isoit plus assez grande pour qu'il entre dans:la.chandièrer plus nie calorique qu'il n'en >sorl.par loriGce avec la va-

v. . J^eypeu. d'espace ^ufou aurait kiss-é vide *4ens<laiBhaudière influerait faiblement dans le premier» cas., à moins que l'oriiiee de«#Qriiene foi précisément le plus petit qu'on pût admettre, fcaaséire dans le cas de dépasser, le. terme de l'ébullition;. car alors il se ji«urjait<qOela quantité 4® vapeur formée, manquant do.-plajQ^^^aefpoHïant sortir assez prdci pitamoleat, au^nônte- 4^ ttoipératureet de tension.. • .- . ltl .

■j Mais dans le second cas, Ja petitesse relative do cet espace ttfc^inon~se«demeot S»r la p^QnapUtude aveçlaquelle l'apparméil arrive» k son mfmwwfc fJ%<te$ï^r4tuje,,»pais,apportoia t enfmKfkm ou,mpii>§ 4fl troubje^aris U pi^uctjon et Jk sortie \<te la ^t^enr* < aipslque. jnou*;^ a*ons,4e& fait la remarque plus haut. , ». ♦ m }, . 1 1. '•) t: . • c ;> i.-'ïj i:- • * u, AtLflurpins, la masse de vapeur, produite dans un temps donné, dépend en partie, do l étendue de là surface liquide exposbsêoi àft'actooA.du feu ; «t » la , temp? rature, qu'acquerra l'appareil iijaiiwijqu^Vfiwmitt'il r«pferm«4^pen4 ^dimensions de lori- ■il froide, sortie j-on ou co«cevrti*isémont laraison, si Ton vont se br*ppek* ce qui * été dit ^peVcéoVwnmaut. vy'v .U^a^leuwmaniàras^f frire SMttr, Jajapcur dune chaudière,

ou par bou ffées intermittente.*, Ojfcpar ,un jel continu. •\» .. ^«Wîifpf w«r (w,n v4lum6 d$wné)de .vapeurà un dégrade tenrv^^leonq^e^iJfilfiiU w^aicemeot un certain temps; la combinaison de calorique et dWj> qui la consti tue, n'est, jamais et nej peut être subite ^ce tem»**est 4'autant plus long, pour la formation d u» poids. donn 4e .vapeur , que la puissance calori-