CHAPITRE V APPLICATIONS DE L'EXPANSIBILITÉ DES GAZ

192. Machine pneumatique ordinaire. — {* Définitions. — On appelle machines paeumaliques des appareils qui permettent de faire le vide dans un espace clos, ou plutôt d'y rardfier l'air ou les gaz qui y sont contenus (car on ne peut réaliser le vide absolu). Le plus ancien de ces appareils est celui qu'on appelle machine pneumatique ordinaire, qui est restée la machine classique par excellence.

2% Historique. — La première idée de la machine ordinaire est due à Otto de Guericke, bourgmestre de Magdebourg. Il en construisit (en 1650) un modèle rudimentaire, à un seul corps de pompe, qui lui suffit pourtant pour réaliser son expérience célèbre des hémisphères de Magdebourg: (191).

3° Description. — a. Plate-forme, corps de pompe, platine, récipient. — La machine actuelle se compose d'une épaisse plate-forme de laiton VGL (fig. 196 et 197), fixée horizontalement sur une table. 4 l’une de ses extrémités sont solidement mastiqués deux cylindres de cristal, où se meuvent deux pistons de cuir P, P’ : ces cylindres sont les corps de pompe. À l'autre extrémité, la plate-forme est munie d'un plateau ou platine V, sur laquelle est mastiquée une glace de verre dépolie et bien dressée. C'est là-dessus qu'on place le récipient R, dans lesuel on doit faire le vide. Au centre de la platine est une tubulure nr, à pas de vis, sur laquelle on adapte à volonté des ballons de verre à robinet, ou tous autres vases dans lesquels on veut faire le vide. La communication entre le récipient et les corps de pompe est établie par un conduit nc pratiqué dans la plate-forme (fig. 197, coupe longitudinale de la

1. Les principaux perfectionnements apportés à la construction de cette machine furent imaginés par Boyle (en 1659), par Papin (en 1687), et les derniers sont dus à Senguerd {en 185), puis à Smeaton (1751).

2. C'est Papin qui substitua à l'ancien ballon d'Otto de Guericke ce dispositit commode d'une cloche placée sur une platine.

26 PAEUMATIQUE.

machine). En arrivant aux corps de pompe, le conduit se hifurque pour atteindre leurs bases en c et en d (fig. 200).

b. Tiges à crémaillères. — Les liges qui portent les pistons sont munies de crémaillères K et H, dans lesquelles: engrène un pignon X (fig. 198). En faisant tourner ce pignon alternativement

Fig, 196.

en sens contraires, au moyen d'une manivelle MN, on fait monter l'une des crémaillères pendant que l'autre descend, et l'on imprime aux pistons! un mouvement alternatif.

c. Pislons. — Chaque piston se compose (fig. 199, coupe ver: ticale) de deux disques de laiton A et B, entre lesquels sont des rondelles de cuir percées en leur centre et imbibées d'huile de

1. C'est à Doyle qu'est due l'adaptation, à la Wige de chaque giston, d'une cri- (llére engrenant avec une roue dentée.

pied de bœuf. Le d B est surmonté d'une lubulure qui traverse loutes les et sur cette tubulure est un pas de vis sur ue Ce un cru qui compte fortement le disque À et les rondelles, Celles-ci, Fee peu plus grand que les disques À et ‘B, glissent à frottement doux contre les parois du corps de DORE, GERS qu'elles ferment hermétiquement. Dans l'intérieur de la tubulure centrale est vissée une pièce D, sur laquelle se fixe

Fig. 197.

i fait mouvoir le piston. La pièce

ans one a auteur, d'un conduit destiné à laisser

ï st du corps de pompe à la partie à dans l'atmosphère (les corps de pompe n'étant ent clos dans le haut). Enfin, au au centre du disque 51 “fermé une soupape métallique Z, qui s'ouvre h | soupape (représentée à gauche de la mu € qui s'engage librement dans \e e Le dispositif à pour but d'empècher \a qu'elle est soulevée. À la partie infér

de la soupape est un disque de liège x qui s'applique sur l'orifice i et le ferme.

Outre la soupape Z placée à l'intérieur du piston, une soupape conique s sert à fermer, à la base du corps de pompe, l'orifice « du conduit en qui se rend au récipient (fig. 197). Cette soupape est fixée à l'extrémité inférieure d’une tige de fer a (fig. 199), qui traverse tout le piston, et se prolonge jusqu'au sommet du corps

Fig. 198. Fig. 199.

de pompe. La lige à pouvant ghsser à frottement dur dans les rondelles de cuir du piston, il en résulte que, lorsque celui-ci descend, il entraîne avec lui la tige de fer et fait fermer la soupape #; s'il monte, la tige et la soupape sont soulevées, mais d'une très petite hauteur, parce que cette tige vient buter tout de suite contre la base supérieure du corps de pompet. Alors elle ne fait plus que glisser dans le piston, qui s'élève seul.

d. Robinets. — Le robinet T sert à faire communiquer, par le

1. Cette soupape à fonctionnement automatique est due à Papin, Elle remulaça un robinet, qu'il fallait manœuvrer à La main après chaque top de qis- » dans la machine primitive d'Otto de Guericke.

conduit en, le récipient R avec une éprouvette E, qui sera décrite ci-après (6°). Quant au robinet S, encore par le même conduit cn, il établit où interrompt la communication entre le récipient et les corps de pompe, Lorsque ceux-ci fonctionnent, le robinet S doit être ouvert (lg. 197 et 200, 1), et alors l'air est aspiré du récipient; mais une fois que le vide est fail dans ce dérnier, corame l'air tend toujours à rentrer par les corps de pompe, on lourne le robinet S d'un quart de tour (fig. 200, M) et Pair ne

Fig. 200.

peut plus pénétrer dans le récipient qu'en s'infiltrant entre ses hords et la platine. C'est pourquoi ces bords doivent être dressés avec soin, de manière que le contact soit parfait; mais cela serait insuffisant : il faut encore, avant de les appliquer sur la platine, les enduire de suif. Le récipient, ainsi disposé, tient le vide des mois entiers.

Le robinet S est percé, suivant son axe, d’un conduit dont on ferme hermétiquement l'orifice à l’aide d’un bouchon métallique r. Le vide étant fait dans le récipient, lorsqu'on veut y faire rentrer l'air, il suffit d'enlever le bouchon r!. Le troisième robinet Q, placé entre les deux corps de pompe, est destiné à l'opération du

1. L'sdjonction de ce robinet pour la rentrée de J'air est due à Smeaton.

double épuisement : c'est le robinel dit de Babinel, que nous déenron$ ci-après.

4 Fonctionnement. — Supposons d'abord le piston P’ (fig. 198 et 199) au bas de sa course, À l'instant où l'on commence à faire marcher la manivelle, ce piston monté, entraînant avec lui Ja tige a et la soupape s, tandis que la soupape Z reste fermée par son propre poids et par celui de l'atmosphère. La communication entre le corps de pompe et le récipient est établie par le soulève ment de la soupape s, et une parle de l'air passe dans le corps de pompe. Lorsque ce piston s'abaisse, le jeu des soupapes est changé : la soupape s se ferme et l'air qui est sous le piston se trouvant de plus en plus comprimé finit par soulever la soupape Z et par s'échapper dans l'atmosphère par le conduit D. La même série de phénomènes se reproduit au second coup de piston “taux coups suivants.

5° Limile du fonctionnement, — Si bien construite que soit une machine, on ne peut éviter, au-dessous des soupapes et sur le contour du disque inférieur du piston, un espace nuisible où s loge un petit résidu d'air, Par suite, lorsque la raréfaction est poussée assez loin, il arrive un moment où, l'air qui est comprimé dans cet espace n'acquiert pas une Lension suffisante pour soulever la soupape ; à partir de cet instant la machine ne fonctionne plus.

6* Éprouvette et baromètre tronqué. — On peut mesurer à chaque instant la force élastique de l'air qui reste dans le récrpient à l'aide d'un petit manomètre de forme spéciale qu'on appelle baromètre tronqué. C'est une espèce de baromètre à siphon dont la grande branche a beaucoup moins de 76 centimètres de hauteur. Il est fixé sur une échelle divisée en millimètres, et placé sous une cloche de cristal ou éprouvelte E (fig. 196), qui communique avec le récipient par le robinet T!,

L'air du récipient a d'abord une force élastique qui fait équilibre, et au delà, au poids de la colonne de mercure qui est dans la branche fermée, et celle-ci reste pleine; mais, à mesure que l'air se rarélie, le mercure finit par baisser dans la branche qu'il remplissait d'abord, et, à partir de cet instant, l'instrument fonctionne comme manomètre : la différence des niveaux du mercure dans les deux branches du siphon mesure évidemment la forcé élastique du gaz qui reste dans le récipient et dans les conduits de la machine.

Si l'on arrivait à faire le vide absolu, les niveaux s'établiraient

4, Cet accessoire de la machine fut imaginé par Smeaton Len ATS\),

nécessairement sur on mème plan horizontal; mais cela n'arnive jamais, même avec les meilleures machines.

T° Calcul des épuisements successifs : loi du fonctionnement de la machine. — 1 y a deux cas à considérer: celui où l'on ne tient pas compte de l'espace nuisible, — cas purement théorique,

et celui où l'on tient compte de l'espace nuisible.

Cas théorique. — Soient À la capacité du récipient et du tube d'aspiration, C la capacité ** <orps de pompe, I, la pression initale dans le récipient, Ava le premier coup de piston, le réciment content une certañh masse d'air dont le volume est R et la force élastique H,. On soulève le piston de l'un des corps de pompe, celle masse d'air se répand dans le cylindre : son volume devient R +0, et sa pression M. D'après la loi de Mariotte, on n

H,(R4+C) = HR, d'où DETTES

Si l'on abaisse maintenant le piston, la communication entre le exlindre et le récipient est immédiatement interrompue, et l'air du récipient conserve la pression I, : donc I, représente la force élastique dans le récipient après le premier coup de piston. On verra de Ja mème manière que la pression dans le récipient, apres deux coups de piston, est donnée par la formule

H, ls Il, R+E — 1, MEET

et, après n coups de piston, par la formule

1 [ARE Ne É

Cas d'un espace nuisible, — Soit e l'espace nuisible, Remarquons d'abord que, lorcqu'on abaisse le piston dans l'un des cylindres, l'air qui se tronve emprisonné entre la base du piston et le fond du cylindre Séclhiappe, en soutevant 1 soupape, jusqu'au moment où sa force élastique est devenue egale à la pression esterienre, Au début, lorsque le piston est au bas de sa course, nous avons dentx masses d'air: lune occupant le volume R du récipient, à la pression initiale H, : l'autre ocenpant le volume de espace nuisible, à Be pression atmosphérique sxtérieure H. Quand on soulève le piston, ces deux masses air se mélangent dans le volume total (R+ Ci et prennent une pression Hi, qui est donnée par l'équation du mélange des gaz,

HR +C = IR + He:

d'on

Quand on abaisse le piston, la communication est immédiatement interroimpue entre le cylindre et le récipient, et celui-ci reste plein d'air à la pres sion H, : donc H, représente la pression de l'air du récipient après un sl coup de piston. On auras de mème, après deux coups de piston,