Machine à double effet. — La machine que nous venons

Fig. 130. Macliinc pneumatique à deux corps. Fig. 137.

l’aide d’un levier analogue à celui qu’on emploie pour les pompes. Avec cette disposition, il faut évidemment que le piston, après avoir

MACHINE A DEUX CüRl'S DE POMPE.

cxüculë sou mouveuienl asccusioiiiiel, icdesceiide pour expulser l’air du corps de pompe, cl ce u'est qu’après ce double mouveuieul que l’opéraliou peut recommencer.

La plupart des machines qu’on rencontre dans les cabinets de physique sont a deux corps de pompe; les figures 13G, 137 et 138

Fig. 138. » Machine pntMimatique.

donnent une idée de la disposition ordinaire de ces appareils. La ligiii-e 138 est une vue perspective de la machine, la flgure 136 est une section par l’axe des corps de pompe, et la flgnre 137 représente la manière dont sont établies les communications entre les corps de pompe et le récipient. On voit que les deux canaux des corps de pompe viennent aboutir à un canal unique qui va se rendre au centre de la platine p.

Les tiges des pistons G sont formées par deux crémaillères qui engrènent avec le pignon P. L’axe de ce pignon est mis en mouvement par un levier qu’on tourne alternativement dans un sens et

PHYS. DRSCIIXNEL. 1î

178 MACHINE l'NECMATIQUE.

dans un autre. Do celte façon, quand l'un des pistons monte, l’autre descend, et par suite, à chacun de ces mouvements, l'air du récipient passe dans l’un ou dans l’autre corps de pompe. A cause de celle circonstance, la machine est dite à double effet, et le vide se fait évidemment deu.v fois plus rapidement <iu’avec la machine à un .seul corps. Il y a d’ailleui’s un autre axanlage: dans la macliinc à simple effet, à mesure que l’air se raréfie dans le récipient, la force nécessaire pour soulever le piston devient de plus en plus considérable; loi-sque le vide est presque fait, on a à vaincre une résistance d’environ une atmosphère, c’est-è-dire de 103 kilogrammes par décimètre carré de surface. Dans la machine à deu.v corps, au moment où les pistons sont l’un en haut, l’autre en bas des corps de pompe, si on les fait mouvoir, la force qui s’oppose au mouvement ascensionnel de l’nn est précisément égale <i celle qui favorise le mouvement descendant de l’autre. 11 faut remarquer toutefois que celle égalité n’a lieu qu’au coinmeneemenl du mouvement, car il mesure que l’un des pistons descend, l’air se comprime au-dessous de lui, sa tension devient de plus en plus forte et atteint la pression atmosphérique au moment où la soupape du piston se soulève. \ ce momeni la résistance qu’éprouve le second piston n’est compensée par rien, et elle a été jusque-là diminuée par une force graduellement décroi.ssante. Plus on s’ap|)roche du vide d’ailleurs, plus la tension de l’air comprimé au-dessous du piston augmente lentement, de sorte que, contrairement à ce qui a lieu dans la machine à simple efi'el, la manœuvre de la machine à deux corps est d’autant plus aisée que l’air est déjà plus raréfié.

134. Machines à un seul corps et à double effet. — Il n’est, du reste, pas nécessaire d’employer deux corps de pompe pour obtenir le double effet, on peut n’employer pour cela qu’un seul corps. Celle disposition, très-anciennement connue et employée dans les pompes, d’après les indications de Delahire, n’a été utilisée que récemment par les constructeurs de machines pneumatiques.

La figure 139 représente le corps uniijue de la machine à double effet de M. Bianchi. On voit que la soupape du piston s’ouvre dans la tige creuse de celui-ci; une .seconde soupape, s’ouvrant aussi de

MACHINK DE M. BIANCHI.

l>as en haut, est placc‘c A la partie siipc^rieure du corps de pompe. D’autre part, deu.x ouvertures, l’une supérieure, l’autre inférieure, établissent à l’aide d’un tube vertical recourbé la communication du corps de pompe avec le canal qui se rend à la platine. Ces ouvertures sont alternativement fermées par deu.x bouchons coni(jues, portés à l’extrémité d’une tige métallique ([ui traverse le piston à frottement dur.

Lorstjue le piston monte, ce qui est le cas de la figure, l’ouverture supérieure est fermée et l’inférieure libre ; si le piston vient à descendre, immédiatement c'est l’inverse qui se produit. D’après cela on voit que, quel que soit le sens du mouvement du piston, le vide se fera dans le récipient. En effet, si le piston monte, l’air du récipient arrivera par l’ouverture inférieure, et au-dessus du piston l’air graduellement comprimé finira par s’échapper par la soupape supérieure. Dans le mouvement descendant, l’aspiration aura lieu par l’ouverture supérieure et l’air comprimé au-dessous du piston s’échappera par la soupape du piston lui-mème. Le mouvement du piston est obtenu par un dispositif particulier que l’on voit dans la ligure 11|0, qui représente une vue d’ensemble de l’appareil.

Le corps de pompe, entièrement en fonte, est rendu oscillant autour d’un a.xe qui passe par sa base. A sa partie supérieure est fixée une glissière dans laquelle se ineql le bouton d’une manivelle il laquelle on imprime un mouvement de rotation. A cet effet, on se sort d’un volant massif en foute dont l’axe porte un pignon qui engrène avec une roue dentée fixée sur l’axe de la manivelle. Au boulon de la manivelle est articulée l’extrémité de la tige du piston. Il suit de là évidemment que si on fait tourner le volant, le corps de pompe s’inclinera successivement dans un sens et dans l’autre pour suivn^ les mouvements de la manivelle en dehoi's de la verticale, et le piston s’élèvera ét s’abaissera alternativement dans le corps de

Fig. 139. — Corps de fH>mpe de la machine de M. Bianrhi.

Kljr. Hii. — Marliinc d<' M. Hiju»cl»i.

llfiMISPlltRES DE MAGDEBOLUG.

pompe, dont la longueur rioil èlre égale au iliamèlre de la circonférence décrilc par le bouton de la manivelle.

135. Expériences diverses sur la machine pneumatique. — A répoipie de rinveiition de la machine pneumatique, on u imaginé, pour montrer les effets du vide, diverses e.xpcuiences dont quehiuesiines sont devenues classiques et sont répétées ordinairement dans les coiws de physi(iue.

Crcve-i'essie. — On place sur la platine de la machine pneumatique un cylindre de verre ouvert aux deux bouts, et on ferme la partie supérieure à l’aide d'une iveau de vessie fortement assujettie sur les bords. V mesure i|ue le vide s’opère, on voit la vessie se creuser à l’intérieur par l’effet de la pression almosphérique; finalement elle se d(>chire. et l’air faisant brus<)uement invasion dans la cloche, il se produit une détonation très-intense.

souvent la peau de vessie ne se brise pas spontanément malgié la forte pression extérieui’e, les molécules conservent leur équilibre de cohésion. Mais cet équilibre est pour ainsi dire instable, et il suffit de quelques petits chocs pour le détruire et déterminer la rupliii'e de la membrane.

Hémisplièirs tic Mnijdelmuii. — On prend deux hémisphères (üg. 1 f(2) qui peuvent être exactement assujettis l’un sur l’autre: l’ajustement exact est d’ailleurs favorisé: par l’interposition d’une bande circulaire de cuir lubrifiée avec du suif. On fait le vide dans l’appareil par l’intermédiaire du robinet que présente l’un des bémisphèi-es, et quand le vide est fait, on reconnaît qu’on ne saurait séparer les deux parties de l’appareil qu’à l’aide d’une force considérable, d’autant plus énergique »pie les hémisphères ont un plus grand diamètre.

Cette résistance à la séparation est due à la pression que l’air extérieur exerce normalement sur chacun des points de la surface et qui n’est contre-balancée que par une pression intérieure excessivement faible. Pour nous rendre compte de l’effet résultant de ces

Fig. m.

Crf've- ves<it*.

MACIIINR PNEUMATIQUE.

Fig. U2.

Hémisphi'rra tic Magdvbourg.

pressions diverses, concevons que la surface exlérieure, au lieu d’Otre .sphérique, soit formée d’une série de marches, c’csl-à- ^ dire de parties alternativement horizontales et

w verticales. Il est clair que les pressions exer-

cées sur ces dernières u'inlluent en rien sur l’adhérence des hémisphères, les premières seules produisent cet effet et leur somme est évidemment égale à celle que l’atmosphère exerce sur la surface du cercle formant la base des hémisphères. Si cette surface est par exemple de 1 décimètre carré, chaque hémisphère est appliqué contre l’autre avec une force égale à 103 kilogrammes.

Fontaine dans le vide. — C’e.st une cloche en verre (11g. 11|3) dont la Iwse est traversée par un tube muni d’un robinet qui permet de faire le vide dans l’appareil.

Si, lorsipie le vide est fait, on place la partie inférieure du tube dans un vase contenant de l’eau, et qu’on ouvre le robinet, le liquide pres.sé au dehors par l’atmosphère s’élance dans le tube et s’élève en une colonne jaillissante dans rinlérieur de la cloche. On fait quelquefois l'expé rienced’uue manière inveree. On place sous le récipient de ® la machine pneunia-

tique une ûole partiellement remplie d’eau, et dont le bouchon est traversé par un tube ouvert aux deux IrouLs. mesure que le

DEGRfc DU VIDE.

vide se fait, l'air de la flole, par son e\cf*s de pression, agit sur le liquide et le fait jaillir au dehors.

Cloche à double baromètre. — On place sur la platine une cloche dont la partie supérieure présente deux ouvertures. .V travers l’une d’elles passe un baromètre à siphon BC. Sur l’autre s’adapte un tube T qui s’élève d’abord, se recourbe ensuite et vient se terminer par le réservoir ouvert (’,' dans lequel se trouve du mercure. .\ l’origine de l’expérience, lorsque l’air de la cloche est <1 la pression extérieure, le mercure en G' s’élève au même niveau dans les deux branches, tandis que dans le baromètre à siphon le mercure monte dans le tube B à la hauteur qui mesure la pression atmosphérique. Si l’on vient à faire le vide, on voit le mercure descendre dans le baromètre B et monter dans le tube vertical qui communique avec C'. La marche des deu.x colonnes est d’ailleurs la même, elles s’élèvent et .s’abaissent chacune de la même quantité à chaque coup de piston.

Si on pouvait faire le vide exactement, le niveau du mercure serait le même dans les deux branches du baromètre BG, tandis que dans l’autre tube la hauteur du liquide audessus du niveau en G’ mesurerait la |iression atmosphérique. Gomme il reste toujours un peu d’air dans la cloche, lequel a une certaine

force élastique, il y a une petite différence de

. , I , ». i • * »» i’iv’ — Cloche à doubli-

niveau dans le l>aroiiunre, et cest celte dilTe- ,

baronu'tre.

rence qui manque à la hauteur de la colonne soulevée dans l’autre tube, pourtiu’elle mesure e.xaclemenl la pression extérieure.

136. Limite d’action de la machine pneumatique.— Nous avons dit précédemment (132) que la machine pneumatique ne produit pas une raréfaction indéfinie de l'air, et qu’il arrive un moment où

MACHINE P N E r M A T I O C E .

son elTot s’arrêlc : l’air du récipient possède alore une force élastique qui ne diminue plus. Si la machine est très-mal construite, cette force élastique peut être notable; mais elle est toujours sensible, si parfaite (jue soit la construction. On peut dire qu'une machine du genre de celles que nous avons décrites est très-bonne, loi'squ’elle fait le vide à un demi-millimètre de mercure; il est très-rare qu’on atteigne une limite inférieure.

Les causes de cette limite d'action de la macliine sont diverees. La plus importante et la plus générale est, sans contredit, l’imperfection de l’ajustement des pièces de l’appareil. Il est impossible qu’il ne se fasse pas en différents points des rentrées d’air; à l’origine de l’expérience, ces rentrées sont peu de chose relativement à l’air que l’on extrait; mais, à mesure que le vide se fait, ces rentrées se font plus facilement, précisément à cause de la faible pression intérieure, et il arrive un moment où elles équilibrent exactement l’air qui est expulsé par le jeu de la machine.

A cette cause générale se joignent des causes particulières dépendantes du mode même de construction. Ainsi par exemple, au moment où le piston commence son mouvement descendant, il faudrait qu’il l’instant même rouverlure inférieure du canal fût bouchée. Il ne peut pas en être ainsi, et dans le court instant pendant lequel cette ouverture est libre, de l’air est refoulé dans le récipient. On a construit des machines dans lesquelles on obtient la fermeture automatique de l’extrémité du canal un peu avant le moment où le pistou atteint le sommet de sa course. Malgré le caractère rationnel de celte modification, comme elle exige un mécanisme, qui complique un peu l’appareil, elle n’est pas généralement usitée.

Lue des circonstances auxquelles on attribue l’influence la plus fècheuse, est ce que l’on appelle Vespace nuisible. On désigne ainsi l’espace qui, malgré tous les soins possibles, existe toujours entre le fond du corps de pompe et la partie inférieure du piston, lorsque celui-ci est à la partie inférieure de sa coui'se. 11 est clair qu’à ce moment cet espace renferme de l’air à la pression extérieure. Lorsqu’on soulève le piston, cet air se raréûe sans doute, mais il conserve néanmoins une certaine force élastique, et il est bien évident que lorsque l'air du récipient aura été

MACHINE DE KIIAVOGL. I8Ü

amené à cet état de niréfaction, la machine cessera de produire un effet utile.

Si V est le volume de l’espace nuisible, V le volume du corps de pompe, l’air, (jiii sous le volume v possède une tension II égah* à celle de l’atmosphère, aura sans le volume V’ une pression égale

è H ('/est la limite d’action de la machine déduite de la considération de l'espace nuisible.

Enfin la cause peut-être la plus grave et la plus difticile h atteindre tient à la dissolution de l’air dans l’huile que l'on emploie pour lubrifier les pistons. Cette huile est versée à la partie supérieure du piston ; mais pressée par l'air au moment de la raréfaction dans l’espace inférieur, elle se glisse entre le piston et le corps de pompe, et finit toujoui's par tomber en quantité plus ou moins grande à la base de ce dernier. Là elle absorbe de l’air qu’elle rend partiellement au moment où le piston s’élève, ce qui a pour résultat évident d’entraver le fonctionnement de la machine.

On a cherché à faire disparaître l'espace nuisible en employant une sorte de piston de mercure. Cette disposition a d’ailleurs l’avantage de produire un remplis.sage plus parfait, et par suite dlcmpêc.her les rentrées. On peut aussi éviter dans ces imochines l’emploi des huiles, et se mettre ainsi à l’abri des fi\cheu.v effets dont nous venons de parler. Nous décrirons ici deuv appareils fondés sur ce principe.

137. Machine de M. Kravogl. — Elle se compose d’un cylindre crcu.x .AB en verre, ayant a sa partie supérieure la forme d’un entonnoir, dans lequel se meut un piston d’acier bien poli C.

(ie piston est baigné par une couche de mercure de 1/2 millimètre d’épaisseur quand il est dans la position la plus base, mais de 2 centimètres environ quand il est dans la position la plus élevée, alors ipie sa partie supérieure remplit la cavité en forme d’entonnoir qui termine le corps de pompe. Un petit intervalle, occupé par le liquide, se trouve libre entre le corps de pompe et le piston, mais inférieurement celui-ci travei-sc une boîte à cuir trèssoigneusement faite, de manière à produire une fermeture herim!tique.

186 MACHINE l'NEU M ATIQ C E.

L’air arrive du récipient par le canal i; refoulé par le mercure, il est finalement expuls(‘ dans l’entonnoir supérieur. Avec l’air passe

Fig. ~ Mai’hioe de M. kravogl.

une certaine quantité de meicure, qui est retenu par une soupape en acier c , ajustée dans la partie intérieure la plus étroite de l’entonnoir. La soupape se soulève automatiquement loi-sque la surface du mercure est à une distance de 1 centimètre 1/2 de i’enlonnoir, et retombe dans sa position primitive lorsque le piston est au haut de sa couree. Dans le mouvement descendant, et au moment oi’i

MACHINE DE GEISSLER.

le incrciire se trouve de nouveau à 1 centiiuMre 1/2 de l’entonnoir, la soupape s’ouvre de nouveau pour laisser retomber le mercure, dont une partie seulement reste d’une inani(‘re permanente audessus de la soupape.

Les conséquences de celte disposition sont faciles à concevoir; il n’y a pas d’espace nuisible, la présence du mercure au-dessus et autour du piston donne lieu à une fermeture trés-compléle et peu accessible à l’air extérieur; la puissance de la maebine peut donc être considérable si elle est bien exécutée.

Quand il en est ainsi, et que le mercure de l’appareil est bien sec, on peut faire le vide h 110 de millimétré prés. L’état de sécheresse du mercure est fort important, car aux températures ordinaires la force élastique de la vapeur d’eau a une valeur trés-sensible. Loisique l’on veut utiliser toute la puissance de raréfaction de la maebine, il convient d’établir, entre le vase où l'on veut faire le xide et le corps de pompe, un appareil dessiccateur.

La soupape i a une disposition i)nrlicutiére. Elle est de forme conique, pour (pie dans sa position la jiliis basse elle laisse passer l’air provenant du n'cipient. Le mouvement d’ascension a lieu de lui-même par la poussée du mercure ipii la presse contre l’extrémité conique du canal, ce (|ui empêche d’ailleurs celui-ci d’être einabi par le liquide,

La figure représente une maebine h deux corps analogue <’i la maebine ordinaire. Indépendamment du pignon qui engrène avec les crémaillères des pistons, il y a un second pignon plus petit, qu’on n’a pas marqué sur la figure, et (|ui est destiné ù produire le mouvement automatique des soupapes c. Toutes les parties de cette maebine, robinets, soupapes, conduits, etc., doivent être en acier, afin d’éviter l’altération cpii résulterait de l’action du mercure sur tout autre métal.

138. Machine de Geissler. — M. Geissler, constructeur de Berlin, a imaginé une maebine ù mercure dans laquelle la raréfaction s'obtient par la communication du récijiient avec le vide barométrique. La figure 1Î|6 représente une maebine analogne, construite, avec beaucoup de perfection d'ailleurs, par M. Alvergniat. Elle se compose d’un tube vertical, servant de tube barométrique, qui com-

MACHINE PNEL’MATIQCE.

niunique inférieurement, parrinlerinédiaire d’un long caoutchouc, avec un IwIIon formant la cuvette.

A la partie supérieure du tuhe se trouve un robinet à trois

voies pouvant établir la communication, soit vers la gauche avec le récipient, soit vers la droite avec un entonnoir, précédé lui-niéme d’un robinet simple.

Un autre robinet, placi; vers la gauche, permet d'établir ou d’intercepter la cominuniaition avec le récipient. Ces robinets sont entièrement en verre. Voici comment se manœu-' vre. l’instrument : les communications étant établiesducôtéde l’entonnoir, on élève le ballon servant de cuvette et on le place, ainsi (|ue le montre lu figure, à un niveau supérieur à celui du robinet de l’entonnoir.

En vertu de l’équilibre dans les vases communicants, le mercure remplit le tube barométriciuc, la partie qui le rattache à l’entonnoir et une partie de l’entonnoir lui-méme. Si on supprime alore la communication avec ce dernier et qu'on descende la cuvette, le vide barométrique se fait dans la partie supérieure de l’appareil.

On établit alors les communications du côté du récipient, l’air

Fig. 1i<n — Madiiuc de M. Alvergniat.

M ACIUNK A DOUÜLK Èl’ll ISIiM ENT. <89

se répand dans le vide I)aroinétri(iue, et abaisse un peu la colonne de mercure, ün supprime aloi-s la communication du côté, du récipient, et on l’établit du célé de l’eiitonnoir, en laissant toutefois fermé le robinet simple de celui-ci. Si en ce moment on remet le ballon dans la position indi(iuée par la fif^ure, l’air tend à s’échapper par l’entonnoir, et il est facile de lui donner issue, ün a donc ainsi enlevé une portion de l’air du récipient, et l’appareil est dans la même position qu’à l’origine. C’est ré(iui\alenl «l’un coup de piston. Il suffira de recommencer la même série d'opérations pour faire graduellement le vide dans le récipient.

Cette machine ne renfermant d’antre organe mécaniiiue que des robinets de verre, iiu'on sait c.vécuter aujourd’hui a\ec lieaucoup de perfection, est susceptible d’une grande puissance. Avec du mercure bien sec on obtient três-snrement le vide à 1/10 de millimètre de mercure. Toutefois la mana-uvre de la machine est peu commode, et elle serait vraiment fastidieuse si le récipient avait une capacité un peu considérable. Aussi on ne 1 emploie directement que pour faire le vide dans de petits espaces; quand il s'agit d’espaces un peu grands, on commence par se servir de la machine ordinaire, et on n’utilise la machine à mercure que iioui' terminer l’opéiation.

139. Double épuisement. — Dans les deux machines à mercure qui viennent d’être décrites, il n’y a pas d’espace nuisible, le liquide expulsant complètement l’air du corps de pompe ces machines sont d’ailleui's d’invention récente. Il y a fort longtemps <jue M. Bahinel a fait connaître une disposition qui a pour résultat, non pas d’annuler l’espace nuisible, mais de faire le vide dans son intérieur. De celte façon, l’aii’ que res))ace nuisible renferme étant plus laréllé, une nouvelle quantité de l’air du récipient sera aspirée au dehors.

Pour atteindre ce but, à un certain moment, loi-sque la machine, dans sa disposition ordinaire, cesse de fonctionner, on supprime la communication de fun des corps de pompe avec le récipient et on le fait servir à faire le vide dans l’autre. Pour cela la clef d’un robinet placé au point de jonction des deu,x canaux de communication est percée (lig. l/i7) d’un canal en forme de ï, le point

190 MACHINE PNEUMATIQUE

(l'iulcrsection de.s deu.it branches étant eu communication continue avec le récipient. Dans un autre plan que celui du T se trouve un

anal «m, qui par rinterinédiairo du tube l peut faire communiquer le corps de pompe H avec le canal de communication du corps de pompe A. On voit d'après cela que si la clef du robinet est placée datis la position de la première figure, les deu.v corps de pompe comniuniquentavec le récipient et les choses se liassent à la manière ordinaire. Mais si, tournant d’un quart de révolution, on place la clef dans la position de la B communique seul avec le récipient, tandis que le vide est fait dans son intérieur par le corps de pompe A.

On peut aisément préciser rinfinenco «lu double épuisement. Supposons que la machine ne donne plus lien dans la marche ordinaire, c’est qqe l’air du récipient a atteint une force élastique à

peu près égale à n Y (136). A ce moment on place la clef dans

la deuxième position. Au moment où le piston B descend , le piston A s’élève et l’air de l’espace nuisible B se raréfie dans A. Quand commencera le mouvement invei’se, toute issue sera fermée ù l’air qui a passé dans A, et ce sera par conséquent l’air d(*jà raréfié de B qui, se raréfiant de nouveau, appelleia une nouvelle portion de l’air du récipient. Cet air sera refoulé ensuite dans A, où il sera comprimé par le mouvement descendant du piston et pourra s’échapper à l’extérieur.

Ce double épuisement cessera de fonctionner lui-même lors- (pi’il ne passera plus d'air du corps de pompe B dans le corps de pompe A. Or, lorsque le piston est soulevé- dans ce dernier, la force

seconde figure, le corps de pompe