DE SUÈDE

On voit que, dans les hautes températures, les écarts deviennent considérables, de sorte qu'il serait bon que tout fabricant de thermomètres à mercure les graduât par comparaison avec un thermomètre à air en dehors des points fixes de l'échelle où tous les thermomètres s'accordent nécessairement. De cette façon les expériences faites avec les thermomètres à mercure

deviendraient comparables, ce qui n'existe point aujourd'hai, priDcipalement dans les températures élevées.

Pour les très hautes températures auxquelles le Terre ne peut résister comme enveloppe, on peut le remplacer par le platine dans les thermomètres à air, et il est possible d'obtenir ainsi des pyrométres qui offrent une continuation de l'cchelleordinaire des températures et un degré de précision bien snpérieurB à ceux que présentent les pyrométres de Wedgwood fondés sur la contraction de l'argile par l'accroissement de température.

Mesure des pressions.

La pression, ou tension, que développent les fluides élastiques, se mesure généralement à l'aide d'une colonne liquide, et les instruments qui servent à cette mesure portent le nom de baromètres et de manomètres. Les premiers sont tout spécialement affectés à l'appréciation delà force élastique de l'air libre dans l'atmosphère, et les seconds à celle de la tension des fluides contenus dans une capacité fermée. Nous ne dirons rien des baromètres dont l'usage et les conditions d'établissement sont exposés dans tous les traités de physique, mais nous présenterons quelques considérations sur les applications usuelles et les conditions d'exactitude des manomètres.

Il y a un assez grand nombre de variétés de manomètres mais les deux principaux, ceux qui sont le plus communément employés, sont le manomètre à air libre et les manomètres à colonne liquide et à gaz comprimé.

Dans les derniers, la tension du fluide soumis à l'expérience est mesurée par la différence de niveau du liquide manométrique dans les deux branches de l'appareil, et par les variations de volume que subit le gaz contenu dans la colonne fermée du manomètre, dans l'hypothèse où ces variations de volume et les tensions correspondantes suivent la loi de Mariette. Mais cet instrument présente plusieurs inconvénients,

dans la partie fermée qui contient le gaz, afin que les variations de Yolume soient exactement représentées par les variations de hauteur de la colonne gazeuse ;

2<* Inexactitude de la loi de Mariotte, comme nous le montrerons plus loin en rappelant les expériences de M. Regnault ; surtout lorsque le gaz contient un peu de vapeur d^eau ;

3" Influence de la température à laquelle le manomètre est exposé; température qui fait varier la tension du gaz, même quand son volume ne varie pas, de sorte que les graduations de Fappareil, faites à une certaine température, ne peuvent plus convenir à une autre ;

4^ Dans les hautes pressions les divisions de réchelle des pressions se rapprochent de plus en plus, de sorte que les indications deviennent d'autant plus incertaines et moins exactes que les pressions sont plus élevées.

Ces inconvénients et quelques autres moins importants, qui ne permettent d'évaluer la tension du fluide élastique soumis à Texpérienco, qu'à l'aide d'une série de corrections et de calculs impossibles à la plupart des personnes qui se servent de ces instruments, ont généralement fait renoncer à leur usage toutes les fois que les tensions doivent être évaluées avec un certain degré d'exactitude ; ils ne peuvent être employés commodément et sans corrections que dans les cas où l'on n'a besoin que d'une approximation assez grossière.

Le manomètre à air libre ne présente aucun de ces inconvénients, aussi il est, par excellence, l'instrument propre à mesurer les tensions, et les physiciens l'emploient toutes les fois que la tension d'un gaz ou d'une vapeur doit être déterminée avec la plus grande précision. Le liquide manométrique que Ton y emploie est ordinairement le mercure, au moins quand les tensions doivent varier entre des limites assez écartées, parce qu'il est peu dilatable par les variations de température, peu compressible, facile à obtenir dans un état identique, parce qu'il n'émet que peu de vapeur sous la tension ordinaire, ce qui en rend la quantité contenue dans l'appareil, invariable pendant longtemps, et parce que, ayant une grande densité, les différences de niveau des deux colonnes sont moindres qu'avec

tout autre liquide, ce qui diminue la hauteur de Tappareil le rend portatif et en fait un véritable instrument d'application industrielle.

Les variations de température et la pression croissante à laquelle une colonne de mercure se trouve exposée depuis le haut jusqu*en bas, ne peuvent produire dans la densité de ce liquide des modifications assez grandes pour qu'il en fidlle tenir compte dans les circonstances ordinaires.

En effet, le coefficient de dilatation du mercure qui croît avec la température est toujours très faible ; d'après M. Regnault,

à 0« il est 0,00017905

Ainsi une colonne de mercure à 0«, de 1" de hauteur, s'allongerait de 0°017905 à 0"018305, en passant à la température de 100* et sans changer de poids ; et comme les tensions sont évaluées en fonction du mercure à 0», il en résulte qu'à 100«, on commettrait une erreur proportionnelle à cet allongement en ne tenant point compte de la température. Néanmoins, comme dans la plupart des applications industrielles, la température à laquelle on expose les manomètres ne s'écarte pas autant de 0® et qu'une précision mathématique n'est pas indispensable, on néglige généralement les effets de la dilatation, et les tensions se mesurent comme si le mercure avait, à toutes les températures, la même densité qu à 0°. Du reste les considérations que nous venons de présenter, suffiront pour faire reconnaître dans quelles circonstances Terreur commise eu ne tenant pas compte des effets de la température, deviendrait trop considérable pour être négligée et, dans ce cas, on calculerait, à l'aide des coefficients cités ci-dessus, les corrections à apporter aux indicî^ tiens directes de l'instrument.

Quant à l'accroissement de densité depuis le haut jusqu'en bas d'une colonne, par suite du poids même du mercure, il est excessivement faible ; d'après M. Regnault, le coefficient de

compression sous la charge de 1"» de mercure serait de 0,000004628 ; en d'autres termes, une tranche très mince de mercure, sous la charge de 1", diminuerait d'épaisseur dans le rapport de 1 à 1 — 0,000004628 ; diminuerait d'une quantité double sous une pression double et ainsi de suite. Cette compression agit en sens inverse de l'accroissement de température et produit une augmentation de densité, mais excessivement faible, car, suivant M. Regnault, la diminution qu'elle produirait sur la hauteur d'une colonne de 10"» ne serait que de 0™0001956, et de 0,001356 sur la hauteur d'une colonne de 25°. L'effet de la compression est donc tout à fait négligeable dans toutes les applications industrielles.

Le poids du mètre cube de mercure à la température 0® et sous la pression de 0°76 étant de 13596 kil., il sera facile d'évaluer la pression qu'un fluide élastique qui fait équilibre à une différence de niveau connue entre les deux colonnes de mercure d'un manomètre, exerce contre les parois du vase qui le renferme.

Dans beaucoup de circonstances, on compare la tension des fluides enfermés dans une capacité, à la tension de l'air atmosphérique libre et, comme cette dernière est très variable, on a pris pour point de comparaison sa valeur approximativement moyenne au niveau de la mer sous nos latitudes. Or, cette tension moyenne fait équilibre à une différence de niveau de 0™76 entre les deux colonnes d'un baromètre ; on a donc nommé pression d'une atmosphère, celle qui maintient cette différence de niveau ; pression de deux atmosphères, celle qui maintient une différence double, et ainsi de suite.

Dans d'autres circonstances, les tensions s'évaluent en kilogrammes par mètre carré ; ainsi une tension d'une atmosphère ou do 0°^76 de mercure, équivaut à 13596 kil. 0,76 = 10333 kil. par mètre carré.

' U y a une observation importante à faire sur l'emploi des manomètres à air libre ; c'est que la tension du fluide soumis à l'expérience faisant simultanément équilibre à la colonne du manomètre et à la pression atmosphérique extérieure, et celle-ci étant dans un état de variation perpétuelle, on ne peut connaître

la tension effective du fluide, sans déterminer la hauteur du baromètre en même temps que celle du manomètre ; ces deux instrumente devraient donc être inséparables dans la plupart des applications.

Pour faire comprendre nettement l'importance de l'errear que l'on peut commettre en négligeant l'observation barométrique, dans l'évaluation de la tension de la vapeur d'eau, par exemple, supposons que deux observations, faites à intervalle assez long, aient fourni Û^Tô au manomètre à air libre, et qu'à l'instant de la première, la pression barométrique ait été de O^iaS, et de O^TTO à l'instant de la seconde.

En négligeant l'observation directe du baromètre, on suppose toujours la pression atmosphérique de (TTC, et on évaluerait la pression à deux atmosphères ou 20666 kil, par mètre carré ; cependant la tension réelle était dans le premier cas de O^IQ + 0,735 = 1°'495 de mercure, ou 13596. 1,495 =- 20326 kil. par mètre carré ; et dans le deuxième de 0,76 + 0,77 = l'"53 de mercure, ou 13596. 1,53 = 20802 kil. par mètre carré. Ces erreurs sont évidemment trop considérables pour être négligées dans le calcul des machines.

Les Anglais emploient, dans certains cas, une autre unité de mesure des tensions ; ils les évaluent en livres anglaises, avoir du poids, par pouce carré anglais.

Or, le pouce carré anglais équivaut à 0,000645 mètre carré et la livre anglaise, à 0""- 4534,

La pression d'une atmosphère de O^îô, par pouce carré, serait donc de :

10333 >'.i'- 0,000645 =■ 6""- 665, et la pression d'une atmosphère, exprimée en livres par pouce carré, de :

Il est aisé de reconnaître, à l'aido de ces chiffres, que chaque accroissement de hauteur de 0'"05I7 dans la différence de niveau des colonnes d'un manomètre, équivaut à une augmen-

manomètres à colomies liquides par d^autres instruments moins volumineux, plus portatifs et mieux appropriés à la mesure des tensions qui varient rapidement.

En efifet, les manomètres à air libre, les plus exacts de tous, sont très hauts quand ils doivent servir à mesurer de fortes tensions et, quand ces tensions sont très variables, il s'y produit des effets de force vive qui font osciller le mercure dans les colonnes comme un pendule d'une espèce particulière ; il devient alors impossible d'apprécier aucune tension. Ce cas se présente quand il s'agit de mesurer les variations de tension de la vapeur dans le cylindre d'une machine motrice. Ces manomètres ne peuvent donc servir qu'à mesurer des tensions qui ne varient pas trop rapidement, comme celle de la vapeur dans une chaudière. Leur hauteur les rend également impropres à mesurer la tension dans les chaudières de machines locomotives, à cause du genre de service de ces machines.

Les instruments construits jusqu'à présent pour les remplacer, sont très variés et il serait difficile d'en donner ici la nomenclature ; mais le jeu de la plupart d'entr'eux est basé sur rélasticité de ressorts d'acier ou de lames d'un autre métal.

Dans les uns, l'agent manométrique est un tuyau courbe formé d'un métal élastique; ce tuyau est mis en communication, d'un côté, avec la capacité qui renferme le âuide dont on veut mesurer la tension, et il est solidement fixé de ce côté ; l'autre extrémité qui est libre, est fermée et porte une crémaillère ou agit sur un levier qui peut communiquer le mouvement à une aiguille indicatrice des degrés de tension, sur un cadran.

Lorsque le fluide pénètre dans un semblable tube, à une tension supérieure à la pression atmosphérique, celui-ci augmente de capacité sous l'influence de cette tension et, en vertu d'an principe connu de mécanique, se redresse en augmentant de volume ; dans ce redressement, dont l'amplitude est d'autant plus grande que la tension intérieure est plus forte, l'extrémité fermée se meut seule en emportant dans son mouvement l'aiguille indicatrice des tensions sur le cadran qui est divisé en conséquence. Le manomètre de Bourdon qui est si répandu aujourd'hui, appartient à cette catégorie.

Dans ceux qui sont destinés à mesurer des tensions très variables, un petit piston glissant à frottement doux dans un cylindre, agit sur un ressort à boudin dont le degré de flexion est proportionnel à la tension qui se manifeste contre une des faces du piston : on détermine par expérience la quantité constante dont le ressort se comprime sous chaque atmosphère de pression sur le piston ; c'est ce que l'on nomme la tare de l'appareil. Une aiguille fixée sur le côté de la tige de ce piston, monte et descend avec lui en parcourant les degrés d'une échelle qui marque les tensions. Quand on veut appliquer cet appareil à la mesure des tensions si rapidement variées qui se manifestent dans le cylindre d'une machine à vapeur, on rem- . place l'aiguille par un porte-crayon qui monte et descend comme celle-ci ; puis, à côté du cylindre qui contient le piston, on fixe parallèlement à celui-ci un tambour qui peut tourner sur son axe de figure et dont le mouvement est dépendant de celui du piston de la machine motrice, de façon qu'il fasse un peu moins d'un tour pour une course entière du piston moteur et que tous ses mouvemei^ts angulaires soient exactement proportionnés aux chemins parcourus par ce piston moteur.

Le tambour fait son mouvement angulaire dans un sens, entraîné par le piston moteur qui se meut sous la pression de la vapeur et revient à sa position de départ en tournant en sens inverse sous l'action d'un ressort de pendule, lorsque le piston moteur revient également à son point de départ. Sur ce tambour on enroule une feuille de papier sur laquelle s'appuie le crayon.

Si, avant de laisser arriver la vapeur dans ce petit appareil, on laisse le piston moteur transmettre le mouvement au tambour, le crayon tracera sur la feuille de papier un arc de cercle qui deviendra une ligne droite quand cette feuille redeviendra plane ; ce sera la ligne de pression atmosphérique, car pendant cette période le piston du manomètre est immobile et ses deux faces sont soumises à la pression atmosphérique extérieure.

Si, ensuite, on fait arriver la vapeur du cylindre moteur sous le petit piston, il avancera d'une quantité proportionnelle à la tension et, pendant que le tambour tourne, le crayon tracera sur

la feuille de papier une courbe qui sera la courbe des tensions en chacun des points de la course du piston moteur. Pour chacun des points de la ligne de pression atmosphérique, correspondant à une position déterminée de ce piston moteur, la tension de la yapeur sera donnée par la hauteur du point correspondant de la courbe au dessus de ce point de la ligne de pression atmosphérique. On peut donc connaître ainsi, à Taide de la tare qui sert d^unité de mesure, la pression exercée par la vapeur contre le piston moteur en chacun des points de sa course.

Pendant le retour du piston vers sa position de départ, la

courbe tracée par Tappareil donne également, pour chaque

point de la course en retour, la tension de la yapeur dans le

cylindre moteur ; de sorte que le crayon trace indéfiniment une

courbe fermée nommée diagramme qui fournit, pour chaque

point de la course et pour la même face du piston moteur, la

tension utile qu'elle a reçue pendant qu'elle se mouvait sous la

Pi'ession de la vapeur et la tension résistante qu'elle a éprouvée

pendant son retour au point de départ.

£d prenant par les moyens connus des ingénieurs, et tout pa.rticulièrement avec le planimètre, la moyenne des tensions pendant Faller du piston et la moyenne des tensions pendant son retour, on a la moyenne des tensions efibctivemeut utilisées et productrices de travail de ce côté du piston. Il faut faire la Biême opération de l'autre côté quand on veut connaître aussi exactement que possible le travail transmis au piston pendant les doux courses.

Cette variété de manomètre porte le nom (Tindicateur de Watt parce que c'est ce célèbre ingénieur qui Ta inventé.

Dans ces derniers temps, on a trouvé avantageux de diminuer la course du piston de l'appareil, en augmentant la raideur du ressort à boudin contre lequel il s'appuie, afin de diminuer certains eifets de force vive et d'obtenir plus rapidement Tindication de chaque pression ; mais comme on diminuait ainsi les hauteurs de la courbe au-dessus de la ligne de pression atmosphérique, ce qui rendait plus graves les erreurs que l'on pouvait commettre en mesurant ces hauteurs, on n'a plus attaché le crayon à la tige du piston ; on a fait agir celle-ci sur un

levier de commnnicatîon de mouvement, destiné à amplifier la course du crayon qui peut ainsi fournir des diagrammes d'assez grandes dimensions et facilement mesurables, avec de très petites courses du piston.

Dans ces appareils, quand la pression de la vapeur descend au-dessous de la pression atmosphérique, les diagrammes peuvent toujours s'interpréter de la même manière, en les rapportant à une ligne du vide absolu tracée en dessous de la ligne atmosphérique, parallèlement à celle-ci et à une distance égale à la tare, car les ressorts à boudin ont la propriété de s'allonger, sous un effort de tension, d'une quantité égale à celle dont ils se compriment sous le même effort agissant par pression.

Cet appareil qui est le seul que Ton ait imaginé jusqu'à présent pour déterminer les lois suivant lesquelles la vapeur agit dans les cylindres des machines motrices, doit être construit avec beaucoup de soin ; son piston ne doit jamais être serré dans son cylindre, parce qu'il faut quMl se meuve sans résis- . tance appréciable ; de plus, toute la partie mobile, c'est-à-dire, ce piston, sa tige et les petits leviers sur lesquels il agit, doivent présenter le moins de masse possible et être construits avec un métal très léger, comme raluminium, par exemple. On a souvent constaté que, lorsque cette partie mobile était un peu trop massive, le piston lancé rapidement au commencement de la course, allait au-delà du point où il aurait dû s'arrêter, puis reculait immédiatement sous le retrait du ressort et formait ainsi, dans la première partie des diagrammes, des zigzags qui nuisaient à leur correction.

Enfin il est bon, chaque fois que Ton veut faire une expérience après avoir passé quelques mois sans se servir de l'appareil, de vérifier son état d'entretien et sa tare, parce que les ressorts d'acier s'altèrent à la longue en se rouillant.

En résumé, il ne faut considérer les résultats obtenus avec l'indicateur que comme des approximations qui ont rendu de très grands services jusqu'aujourd'hui, et il serait fort utile d'imaginer un autre instrument susceptible de conduire aux mêmes résultats avec plus de précision et moins sujet aux alté-

rations que le temps ne manque pas d'y causer quand il n'est pas entretenu avec le plus grand soin.

Les mêmes obsérrations s'appliquent à tous les manomètres métalliques, et rarement on voit deux appareils de cette catégorie, placés sur une même chaudière, marcher complètement d'accord après quelques années de service.

Loi de Mariotte.

Lorsqu'un gaz permanent renfermé dans une capacité à parois mobiles, est soumis à une pression de plus en plus grande, son volume devient de plus en plus petit et sa force élastique, ou tension, augmente.

Deux physiciens, Boyle et Mariotte, ont recherché les premiers la loi de cette contraction et sont arrivés par des expériences sur Tair atmosphérique, à la formuler de la manière Boivante :

les volumes que présente une même masse d*air que Von soumet h des pressions déférentes et dont on maintient la température constante, sont inversement proportionnels à ces pressions, et les imités de Vair, à température constante, sont proportionnelles aux fretsions.

Cette loi a conservé le nom de loi de Mariotte.

Un grand nombre d'autres physiciens se sont, depuis, occupés de la même question et ont soumis à l'expérience d'autres gaz que l'air. Il semblait résulter de leurs travaux que l'air surtout et quelques autres gaz, comme l'oxygène, l'hydrogène, l'azote, l'oxyde de carbone, le bi-oxyde d'azote, se comportaient suiTant la loi de Mariotte jusqu'à des pressions extrêmement élevées, tandis que d'autres gaz comme l'acide carbonique, l'hydrogène proto-carboné... se comprimaient plus rapidement, c'est-à-dire que lorsqu'on réduisait leur volume, leur tension croissait moins rapidement que ce volume ne diminuait, au inoins au-delà de certaines limites de tension.

Dans ces derniers temps, M. Regnault a fait de nouvelles expériences, sur différents gaz, à l'aide de procédés plus sus-

ceptibles de conduire à des résultats exacts que ceux de 6^s« prédécesseurs, et ce sont ces résultats que nous exposero*^^ quoiqu'ils dififèrent notablement, en certains points, de cei*^ qui avaient été précédemment admis. Il a soumis à une pressio'' de 1" de mercure le même volume de différents gaz, puis il * réduit par compression ce volume à la moitié, au cinquième, a-** dixième, au quinzième et au vingtième, en maintenant la teTi*J pératare constante, puis il a mesuré la colonne de mercure ^ laquelle la tension faisait équilibre après chacune de ces r'édiz(7 ' tione du volume initial. Voici les résultats obtenus pour quatï"^ des principaux gaz :

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