MACHINE PNEUMATIQUE

part sur la face supérieure du piston par l'atmosphère, d'autre part sur la face inférieure par le gaz raréfié : le second terme de cette différence de- Tenant rapidement assez faible, l'opération devient bientôt trés-pénible, surtout quand l'effort est exercé directement sur une poignée adaptée à la tige du piston (fig, 145). Au contraire, dans la machine pneumatique, les deux pistons P et F supportent sur leurs faces supérieures la pression exercée par l'atmosphère : pour les faire mouvoir en sens contraire, on n'a donc à vaincre que la différence des pressions exercées sur leurs faces inférieures, laquelle résulte à chaque instant de la différence des forces élastiques de l'air dans les deux corps de pompe (*). — Enfin, l'effort de l'opérateur, exercé sur les poignées M, M' (fig, 146), produit sur la tige, au point où celle-ci engrène avec la roue dentée, une force égale à cet effort multiplié par le rapport de la longueur du bras de levier au rayon de la roue. — Pour ces diverses raisons, on peut donner aux corps de pompe une section assez considérable, sans que la manœuvre de la machine soit trop pénible.

170. Degré de iiîée possible. — Chaque fois qu*on fait monter l'un des pistons, une fraction de l'air du récipient passe dans le corpsde pompe; elle en est expulsée quand le piston redescend : on n'enlève donc, à chaque coup de piston, qu'une fraction de l'air qui était resté au coup de piston précédent. — Donc, même en supposant la machine parfaite, il serait impossible d^enlever jamais tout l'air du récipient ; cependant théoriquement il devrait y avoir toujours avantage à continuer de faire fonctionner la machine.

.Mais, quelque soin qu'on ait mis à ajuster les bases descorps de pompe, les surfaces des pistons et les cônes qui bouchent les conduits, il reste inévitablement sous les pistons, quand ils sont appliqués sur le fond de leurs corpsde pompe, de petites cavités où peut se loger l'air, et qu'on a nommées ïespace nuisible. Or, si la force élastique a été rendue assez petite, par l'ascension du piston, pour que l'air qui occupe alors tout le corps de pompe, puisse èlre ensuite réduit au volume de l'espace nuisible sans acquérir une force élastique supérieure à la pression atmosphérique, le disque^ cesse de se soulever, et l'air ne s'échappe plus au dehors. — 11 existe donc pratiquement une force élastique minimum, et, lorsqu'on Ta atteinte, si la machine ne présentait pas d'autre imperfection, il n'y aurait aucun avantage à la faire fonctionner plus longtemps. Dans les* bonnes machines, cette force élastique est d'environ 1 ou 2 millimètres de mercure.

Enfin, il faut remarquer qu'il s'établit toujours, entre les différentes pièces mobiles de la machine, des fuites par lesquelles l'air exté-

(*) Quand on approche du terme. de l'opération, et que l'un des pislons est presque au has de sa course, la différence de ces pressions est presque égale à une atmosphère ; mais le chemin qui reste à parcourir est très-petit, et par suite le travail à développer (25) est tré»-pea considérable.

rieur tend à rentrer. La limite de raréfaction est alors beaucoup moins reculée; elle est atteinte dès que la quantité d'air qui rentre, pendant un temps donné, est égale à celle que la machine expulse pendant le même temps.

171. Calcal de la force élastique, après «n Bombre détenuiné de eoaps de plstoas. — On peut se proposer, comme exercice, de calculer la force élastique de l'air qui reste dans le récipient après chaque coup de piston, et, en tenant compte de l'espace nuisible, de déterminer la plus petite valeur qu'elle puisse atteindre.

Soit V le volume du récipient et des conduits, v le volume du corps de pompe quand le piston est au liant de sa course, H la pression atmosphérique. Quand on soulève pour la première fois le piston, l'air, qui occupait le volume Y sous la pression 11, occupe le volume Y + v; si donc on désigne par ^| sa pression à ce moment, elle doit satisfaire, d'après la loi de Mariette, à la relation

Donc, pour obtenir la force élastique après le premier coup de piston, il suffi! de multiplier la force élastique que possédait l'air avant ce coup de

pistou, par la fraction c^ . De même, pour obtenir la pression h^ après

le deuxième coup de piston, il suffit de multiplier celte valeur de hi par

V / V \* y > ce qui donne H i- J , et ainsi de suite. Donc, en général, en

désignant par hj la force élastique de l'air qui reste après n coups de piston, on a

La fraction y-— étant plus petite que l'unité, les valeurs successives

de kl vont en décroissant à mesure que n augmente; donc, en supposant la machine parfaite, il y aurait toujours avantage à donner un plus grand nombre de coups de piston, et la force élastique, sans devenir jamais nulle, pourrait devenir aussi petite qu'on voudrait.

Si l'oQ tient compte de Tespace nuisible, on voit que la machine cesse (le fonctionner lorsque l'air enfermé dans le corps de pompe n'atteint la force élastique 1| qu'au moment où le piston arrive au bas de sa course; cet air occupe alors le volume u de l'espace nuisible. — Soit f la force élastique qu'il avait quand il occupait le corps de pompe tout entier, c'est-à-dire la force élastique dans le récipient au même moment, ou la limite de rarélaction cherchée ; la loi de Mariolte donne la relation

= ', dou /r=H-

HACHIME PNEUMATIQUE.

Celte force élastique limite est donc d'autant plus petite que le rapport du volume de l'espace nuisible à celui du corps de pompe est plus petit lui-même (*).

172. naBométre de la maelifaie. — Les malchines pneumatiques portent toujours un manomètre à mercure, destiné à faire connaître la force élastique de Tair qui reste dans le récipient. Dans les machines modernes, c'est un tube de verre à deux branches M, N (fig, 149), dont Tune M est fermée, et qu'on nomme baromètre tronqué; on l'a en effet rempli de mercure comme un baromètre à siphon, mais, les branches n'ayant guère que 2 décimètres environ, quand la pression de l'atmosphère s'exerce dans la branche ouverte, le liquide reste appliqué contre le sommet de la branche fermée. Le tube est fixé sur une plaque de métal, et contenu dans une cloche de verre ou éprouvette, qui est mise en communication avec le conduit par le robinet E. Quand la pression dans la machine est devenue suffisamment petite, lé mercure commence à descendre dans la branche MQ et à s'élever dans l'autre ; si la pression devenait nulle, les deux niveaux se placeraient sur un même plan horizontal xy. Nous avons vu qu'il n'en peut jamais être ainsi : on mesure la

n Perfectionnement de M. Ba^tnet.— Pour reculer encore davantage la limite de raréfaction, on adapte à un grand nombre de machines une pièce particuliéi*e, dont ridée est due h M. Babinet : c'est un robinet placé au point où les conduits des deux corps de pompe se réunissent, et dont on a indiqué (flg. 147 et 148) la section perpendiculaire à l'axe : la flgure montre suffisamment les diverses voies qui y sont pratiquées, soit dans le plan du dessin, soit en arriére de ce plan, et, en outre, l'ouverture

Flg. 148.

d'une voie longitudinale partant du point D et se continuant en arriére avec le conduit de la platine. Lorsque ce robinet est dans la position indiquée par la ligure 117, tout se passe comme s'il n'existait pas; mais, quand on est arrivée la limite de raréfaction, si on le tourne d'un quart de circonférence, de manière à l'amener dans la position de la figure 148, la base du corps de pompe C se trouve mise en communication permanente avec le conduit qui aboutit au corps de pompe C par le petit canal accessoire rft qui est alors ouvert : on voit en outre que, des deux corps de pompe. C communique sçul avec le récipient. Dés lors, quand on élève le piston de C, l'air du récipient passe dans ce corps de pompe, et quand on l'abaisse, une fraction de cet air est chassé en C ; quand on abaisse ensuite le piston de C, cette fraction y reste renfermée. 11 en est de même aux coups de piston suivants, en sorte que le gaz qui est ainsi refoulé en C acquiert bientôt dans l'espace nuisible une force élastique sufûsanle pour soulever la soupape. La machine continue donc de fonctionner quelque temps, mais bientôt le disque ne se soulève qu'après plusieurs allées et venues du piston, et il finit par rester encore appliqué sur l'ouverture. — Dans les machines bien construites et qui portent ceperfecUonnement, on peut amener l'air à n'avoir plus dans le récipient qu'une force élastique de deux ou trois millimètres de mercure.

i» PESANTEUR ET IIYDROSTATICUB.

cottfiine de mercure mn qui exprime la force ébslique de l'air reslaiit, comme on l'a fait pour le baromèlre à siphon, au mojen de deux échelles dont le zéro commun esl dans le plan xy (*).

173. Cler de la maehlae. — Il est souvent nécessaire, quand on a fait ie vide, de le maintenir quelque tpmps dans le réclpiimt : il faut doue empAcher l'air qui rentre par les corps de pompe de pénétrer dans les conduits. D'autre part, U pression atmosphérique tendant à faire passer entre les pisions et les corps de 'pompe une certaine quantité d'huile qui pourrait obstruer les conduits, il est utile de pouvoir laisser librement rentrer l'air dans les corps de pompe. Knfin, quand l'eipérience est lerminie, il faut pouvoir rendre l'air au récipient. — Ces diverses opérations s'effectuent au mojen de lac/«^dela machine.

La clef est un robinet D placé sur le conduit A de la figure 145 ; on J a pratiqué d'abord la voie ordinaire, qui établi! la communication entre le récipient et les corps de pompe quand le robinet est ouvert ffig. 150) : il présente, en outre, un petit Fil US conduit longitudinal m, courbé à angle droit, comme

le monlrent les figures 151 et 152, et destiné à

servir seulement quand le robinet esl fermé; on peut alors, en enlevant

la cheville K, laisser rentrer l'air, soit dans les corps de pompe (/i^.l&l).

soit dans le récipient (^. 153), selon la façon dont le robinet est tourné. Pour amener la clef dans l'une de ces trois positions, l'expérimentateur la

("1 On pfut remarquer sur U branche termle un élnnalenienl I, pris Je ton eili-^mité : il esl destiné ' "' ■ ^ .. . .. ..

ttendnil frapper sur le

■ACHlne rKEUNATlQUE. 141

lait tourner de manière â lire en dessus l'une des trois lettres suivantes,

gravées sur le raéial :

Dans les machines qui sont munies du robinet de H. Babinel, cette pièce est souvent dbposée de manière à faire Tonction de clef.

'114. HacUnepacHmatlqaedcH. Blanebl. — La machine pneu-

Kig. 1S3. — HBChiDfl pneu ma Liquc.de H, Blanchi.

matiquedeH. Bianchi, dontlatigure I5â représente une vueperspeclive,. est ane^mpe h double effet ; bien qu'à unseulcylindre.eUeofTreloiisles

I«S ?£SAHTECR ET HYDROSTATIQUE.

avantages des machines à deux corps de pompe. Le piston est mis en

mouvement par la rolalion du volant Y, qui se transmet aux roues dentées r

el B, et imprime wn mouvement de va-et-vient à la tiRe T, par rinlermé-

diaire de la manivelle B : en même temps, le cylindre oecille autour de

l'axe MK, el accompagne l'ei-

Irémité de B, qui est maintenue

entre des glissières. Le poids du

volant régularise la vitesse de ta

rotation.

Le cylindre est mis en communication avec les divers appareils dans lesquels on veut rarélier l'air.au moyen d'un tube de caoutchouc, assez épais pour qu'il ne s'écrase pas lorsqu'on y fait le vide; on adapte ce tube sur l'eitrémité N du canal qui est pratiquée dans l'aie HN. — L'air du récipient arrive dans le cylindre, soit par a, soit par a' [fig. 154), et chacune de ces ouvertures estahemativementbou- ' diée par l'un ou l'autre descAnes qui terminent la tige glissante aa'\ enfin, on voit en A et b'deui stHipapes semblables aux soupapes intérieures des pistons de la machine ordinaire.

La %ure 154 suppose que le ^'K- ^'^ piston descende : l'air du réci-

pient arrive alors à la partie supérieure par le tube Cet par l'ouverture a'; en même temps, l'air qui se trouve au-dessous du piston est chassé par b et s'échappe par lacapacitéînlérieuredela tige T. — Au contraire, quand le piston monte, a' se ferme, et l'air emjHisonné au-dessus du piston est chassé par b'; en même temps, l'air du récipient arrive à la partie inlérieure par l'ouverture a, et la soupape b est maintenue termée par la pression atmosphérique. — On voit donc que les deux parties du cylindre séparées par le piston fonctionnent, simullanémenl et en sens inverse, romme le feraient les deux corps de pompe d'une macliine pneumatique ordinaire. Elle présente paiement l'avantage des machines à deux corps de pompe, au point de vue de la grandeur de l'erTort à vaincre, puisque la pression de l'atmosphère ne s'exerce jamais sur aucune des faces du piston (').

(■) On verw l'haile don) on doit gimir lei coin du pislun dans une pclile captule

MACHINE PMBUMATIQUB. 143

Le cylindre étant en fonte, on peut lui donner des dimensions aussi grandes qu'on le désire, et l'emploi d'un volant offrant un rayon assez grand permet de vaincre la résistance, qui est assez considérable à cause de la jp'ande surface des bases du piston. — La machine peut faire trèsrapidement le vide dans de vastes appareils.

175. Hachioe pnenmatiqne A mereiire. — La machine pneumatique à mercure, construite d'abord par M. Geissler, et successivement perfectionnée en France par M. Alvergniat, est destinée à effectuer, dans des appareils remplis de divers gaz, une raréfaction beaucoup plus parfaite que ne peut le faire la machine pneumatique ordinaire. — L» figure 155 représente Tune des dispositions les plus satisfaisantes.

Le tube T, renflé à sa partie supérieure, doit fonctionner comme une sorte de tube barométrique, dont la chambre sera la capacité A ; il est mis en communication, par un gros tube de caoutchouc B, avec une cuvette G s*ouvrant à Tair libre. Ce tube T occupe, ainsi que tout le système de tubes de verre qui est figuré au-dessus et à gauche, une position fixe sur la planche verticale qui le supporte; la cuvette C peut, au contraire, être amenée, à volonté, au moyen de la chaîne métallique PQ et des roues dentées que commande le volant Y, soit à la partie supérieure, soit à la partie inférieure de Tappareil : il suffit pour cela de faire tourner le volant V dans un sens ou dans Tautre, en agissant sur la manette M, et de fiier ensuite le système des roues dentées, au moyen d'un arrêt convenablement disposé, quand on a amené la cuvette dans la position voulue. Le robinet R, qui surmonte la capacité A, est un robinet à trois voles, dont la figiu'e 456 représente la section, et qui occupera, pendant la manœuvre, deux positions différentes, Rj et R, : lorsqu'il est dans la position R„ il établit la communication entre la capacité A du tube barométrique et le système de tubes qui est à la partie supérieure; dans la position R,, il intercepte cette communication, mais il fait communiquer A avec le tube latéral qui;se termine par une petite cuvette pleine de mercure G (*).

Avant d'employer la machine pour le but que l'on se propose, on commence par chasser tout l'air que contient le tube barométrique. Pour cela, on met le robinet R dans la position R,, et on amène la cuvette G à la partie supérieure de sa course : le mercure s'écoulant de G vers A comprime cet air, et, quand la masse liquide est arrivée à l'équilibre, le gaz compris entre la surface du mercure et le robinet S est à une pression su-

circolaire G, disposée à la partie supérieure de la Uge : la figure 154 montre que cette huile peut pénérrer dans l'espace annulaire qui est ménagé autour du canal intérieur T, et arriver ainsi jusqu'à la surface même des cuirs.

(*) Le robinet intermédiaire K, qui est représenté sur la figure 155 enti'e U capacité A et le robinet R, est ouvert d'une manière permanente pendant la manœuvre; il sert uniquement à fermer la capacité A lorsque, la machine ayant fonctionné pendant un certain temps, on veut enlever le robinet R pour renouveler la petite couche de matière grasse qui en facilite le mouvement, sans laisser rentrer de Tair humide dans le lube A.

1« PESANTEUR ET HÏDROSUnQUK.

périeure à la pression almosphénque. On ouiTe alors doucement le rohinat ^^ jg manière â livrer à cel air, tjui s'écliappe itniosphère en traversant lie G ; le mercure du sys- )A arrive ainsi à remplir lemeiit la cavité A, jusabinet S. On ferme S, e1, nt descendre la cuvette C j bas de sa course, on ine l'écoulement du mersens inverse, c'esl-a-diie ;rs C, ce qui produit un -ométrique dans toute la up^rieurede A,et la masl préparée pour l'opéue l'on a en vue.

ppareils dans lesquels on ose de faire le vide, et Jennent un gaz qu'on a a blemenl raréfier avec la ^pneumatique ordinaire, > en communication avec

FiB- 156.

B. La manœuvre

s dans la série s:iiïanle ans.— On met le robinet Il dans la position R, (yfs- 156), et en ouiTant les robinets fel e-, on détermine le passage d'une partie du gai des appareils dans )h chambre barométrique : on repneumatiqne tmercura, marquera d'ailleurs

HACeniE PNBSMATEQDE. 145

que l'arrivâe de ce gaz dans la chambre a pour efTet de fait'e descendre le niveau du mercure, dans le tube barométrique, d'unecertaine quantité, et d'accroître ainsi l'espace dans lequel ce gai lui-m^e est aspiré. Lorsque le mercure a pris un nouvel équilibre dans le système de lubes ABC, on remet le robinet R dans la position R„ on ramène la cuvelle C à la partie supérieure de sa course, pour comprimer le gaz enfermé dans le renflement A, et enfin on fait échapper ce gaz dans l'atmosphère en ouvrant le robinet S. — En répétant la mènia maniBUTre, on fait pa^ ser, » chaque fois, une certaine partie du gni des appareils dans la machine, et de 1d machine dans l'atmosphère. a On arrive ainsi ï obtenir une pression l^le- Jk ment faible, que le baromètre tronqué m -=--.-n'indique plus qu'une difTcrence inappréciable enire les niveaui du mercure dans ses deux branches (') .

176. Expéricaeea toadée* «or la rm- ■ fifarilnn de l'air. — Longtemps avant que la machine pneumatique fât arrivée a l'état de perfection actuel, on levait pu, en raréfiant l'air avec la pompe d'Odo de Guericke ou avec des appareils analogues, exécuter un grand nombre d'expériences conduisant à des conclusions remarquables. — Nous en avons déjà cité quelques-unes. Ainsi, c'està

Otto de Guericke qu'on doit l'expérience des ,

hémiiphèrei de Magdebourg (131); celle du crèw'teuie [thid.) n'est qu'une modification d'une expérience du même physicien. L'expérience du baroscope (15^), celle qui nous

a servi i démontrer directement la petan- Flg.isr. —Jet d'eau diut (nw'deroir (HT), furent également réalisées le lide.

par lui. — On put aussi se convaincre que de petits animaux placés dans le vide y périssent promplement asphyxiés; qu'une bougie s'y éteint, et qu'on voit alors la fumée qui se dégage encore de la mèche tomber vers la partie inférieure.

I*) Le réierrojr 0, interpolé entre la machine et lei appareils, conlienl de l'acide mlfnriqoe concentré, pour desséclier lei gii qui prnélrent ilani la macliine, de manière qu'elle Ttiie (oujoun parruilement sèche. — Tous les robinets sont rn verrt, et trBTaillés d'une manière assez parfaite pour tenir Endénntnient le vide, i la condition qu'on ait te «tin de les maintenir enduits d'one couche trés-légére de nti[lér« graiie. — Le htllon D, qtii est flguré 1 gauche de l'appareil cl dont il n'a pas été tpjeslton dam la description, ne sert que dans des circonslancei ipéciale*. celles où l'un «eol faire le ilde dans des appareils contenant un gai qui alIiqaerHjt le mercure' de la (nacbine : ce ballon est alors utilité comme une strte de récipient intermédiaire, contenant de l'air raréBé jusqu'A la limita d'action de la machine, et dans lequel on aspire les gai des appareils lonmli 1 l'eipérience.

DRIOn IV rERNIT, 10

tW rESlNTBUR ET nYOROSTlTIQUE.

Vn peu plus tard, Bojle imagina l'expérience qui nous a permis de rendre sensible la force élastique des gai (38). — A côlé de cette eipérieflce, on peut citer la suirtuite: on emplit d'eau à moitié un petit fla- (um. ei on introduit dans le col un bouchon, (raiersé par un tube de verre qui est ellllé à sa partie supérieure et qui plonge jusqu'au fond de l'eau par son autre eitrémité. On le place sur la platine, on le couTre d'une cloche un peu élevée ifig. 151), et on raréfle l'atr qui l'enloure. La force élastique du gaz qui est «ifermé dans le llaton lait monter l'eau dans le tube, et on la voit jaillir avec force par l'eitrémité effilée : celle expérience a Hé désignée sous lenomde>«l d'eau dont le ride.

ks (■>- — La pompe à main {fig. 158}, dont nous avons indiqué l'usage pour raréGer l'air, peut aussi servir à comprimer dans un appareil, soit de l'air, soit un gaz quelconque.

11 suITlt, pour cela, de mettre le tube A en communication avec eel appareil, et de faire communiquer le tube C, soit avec l 'atmosphère, soit avec le réservoir à gaz.

La pompe étant ainsi installée, quand on soulève le piston, la soupape e s'ouvre pour donner accès à l'air ou au gaz dans le corps de pompe; quand on appuie au contraire sur la tige, a s'ouvre à son tour dès que ta force élastique intérieure surpasse celle qui s'exerce du cdté A.

et le gaz est refoulé dans l'appareil (').

Fig. 138. — Potnpe i main.

ir comprimé l'éciiapper dam l'»lmo«phéra

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1 note de

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POMPES DB COVPRBSSION. 447

' 178. ■•eidae» d« eoiii|npeiMioift. — On a construit et employé quelquefois une machine de compremon à deux corps de pompe, semblable à la machine pneumatique, mais avec une disposition inverse des soupapes. — Celte machine est coûteuse, d'une manœuvre pénible, el ne donne jamais de bons résultats : en outre, elle ne peut pas servir à comprimer d'autres gaz que Tair.

Au contraire, en combinant plusieurs pompes semblables à la pompe à main, et les faisant manœuvrer au moyen d'un volant mis en mouvement par une petite machine à vapeur, M. Regnault a pu comprimer différents gaz jusqu'à 30 atmosphères : c'est là l'appareil dont il s'est servi dans ses recherches sur la loi de Hariotte, sur les forces élastiques des vapeurs, et sur la liquéfaction des gaz.

179. Calcal de la eomprcsalon, après an nooilire détennlné de eoapa de pistons. -^ Soit H la force élastique, supposée invariable, dans l'espace où la pompe puise le gaz ; H' la force élastique initiale dans le récipient où elle le comprime, Y le volume du récipient, et v celui du corps de pompe. — Chaque fois que le piston s'élève, le volume v s'emplit de gaz à la pression H ; quand il s'abaisse, ce gaz est refoulé dans

le récipient et prend alors, sous le volume V, une force élastique H ^r

qui s'ajoute à la précédente (148). De là résulte que, si l'on désigne pareil. H,..., 11., les forces élastiques dans le récipient après 1, 2, ...n coups de piston, on aura :