PUISSANCE — RENDEMENT

522. Puissance. — On appelle puissance d'une machine le Ira qu'elle peut fournir en une seconde ou le quotient du travail pa temps pendant lequel il a été effectué. L'unité industrielle de p sance est le cheval-vapeur : 75 kilogrammes par seconde. L'u théorique de puissance serait la puissance d'un moteur produisan erg par seconde. Le watt ou unité pratique est la puissance ( moteur produisant un joule ou 10^ ergs par seconde.

CHALEUR

I'd kilogrammclre vnul ù Paris 'J.SI . 10' ergs ou près de 10 jouk-s. l'u clieval-viipeur vaut 736 walls.

523. Rendement. — Dans une machine quelconque la Iransforniâlion de l'énergie ne s'effectue jamais sans perte; celle jierte ne provient pas ij'une annulation véritable <l'énergie, ce qui ne peut avoir lieu 505), mais elle est due à une apparition d'énergie en iliver» points sous dos formes inutilisables. Une machine à vajieur est

I tn Iriuisformateur qui ne convertit en travail qu'une fraction de la

I dialeor dépensée pour son fonctionnement.

Une partie de l'énergie calorifique développée par le combustible i&spiimtt par rayonnement ou s'échappe dans la cheminée avec les gn lie la combustion ; une partie de la chaleur possédée par la vapeur i m sortie de la chaudière passe dans le condenseur, une partie seulenieDl lit- la chaleur de la vapeur est convertie en travail cl disparaît lummr chaleur, enfin une fraction du travail effectué est elle-même absorWe par les mécanismes qui transforment le mouvement aller- Mtifilii piston en mouvement de rotation. Ij; rendemenl indiislriel est le rajiport entre le travail utile t mesuré

|m frein"' sur l'arbre de couche et le travail EQ équivalent à la

rmlcur dégagée par la dépense de combustible pendant le môme

[tenps. C'est ^■

Désignons par Q' la chaleur de la vapeur qui entre dans le corps •■f pompe, par t' le travail effectué par celte vapeur sur le piston.

'Nous pouvons exprimer le rapport ^^ de la manière suivante : T Q' jr^ 1

lïQ~g ' i:n' "t'"

^■acun des rapports du deuxième membre représente un rende- [Benl spécial.

0"e8thj fraction de la chaleur du foyer communiquée à la yapeur.

^1 est la fraction de la chaleur de la vapeur qui est convertie en I *'*'' effectué par le piston.

J ' " fi-fin ilynamumtlrique est ud miScanisme »y«nt pour ol>jol do remplacer paruD "* froltrcnent, aisé U évalnor, le travail abiorlié par les outils ù conduire.

COUBS DE PHTSIQUK

—, est la fraction du travail du piston qui est transmise à l't

de couche, c'est un rendement mécanique qui dépend de la constru lion du inuteur.

I" Q' est notablemeuL inférieur à Q, la chaudière est chauRea l'ej;lérieur, il n'y a qu'une partie de la chaleur du combustible qui o cédée à la vapeur, une partie est perdue par suite de la productio d'escarbilles, une partie est perdue par rayonnement, une part s'échappe avec les gaz de la combustion.

2" T est inférieur à t', car le travail effectue par le piston est e partie absorbé par les mécanismes qui transforment lo mouvemei alternatif du piston en mouvement de rotation continu.

est nécessairement inférieur à l'unité. En voici la raiso:

Quand une machine à vapeur fonctionne régulièrement, une part de la chaleur Q' possédée par la vapeur à sa sortie de la chaudiè passe dans le condenseur ou dans le milieu ambiant, une autre part se transforme en travail t' et disparaît comme chaleur. Le travi fourni par une machine à vapeur a pour origine cette conversion i la chaleur en travail mécanique'''. m

Il résulte d'un théorème appelé principe de Caxnot que la vui

maximum du coellicient économique ^^, d'un moteur thermique qu

conque est indépendante de l'agent qui pousse le piston (vapeur, g ou autre), et nu dépend que des tem[>ératures de la chaudière et( condenseur ; t étant la température de la source chaude (chaudièn l' la température de la source froide (condenseur), celle valeur ma:

mum est égale à ^-^ ^- M

Pour la vapeur d'eau, à cause de la rapidité avec laquelle la m élastique croît avec la température et de la limite de résistance c récipients métalliques, t ne peut guère dépasser 200°. Suppose

273 -I- < Le rendement industriel est donc le produit de trois facteurs in

(1) C'eut la coelGcient spdciol rrr- ijui aëU évaluii par Hirn (498] : tes expériec

ont montré que laquantitii do cbalcur qui disparait oat proportiounalle aa travail prod {'!) Dans lus moteurs à gaz ou dans, les macbioes & vapeur surchaufTée qui fonctioni

entre dei liinitet de température plus élotgnéei, lo rapport ^^ peut prendre une val

lopérieuro.

CHALEUR

r^onàrunilé. Si lu machine était parfaite, toute l'énergie du combustible serait emmagasinée par la vapeur, on aurait jy = 1 ■ pendant le iliplacement du piston, une partie de cette énergie serait convertie BD Iravail intégralement réalisable, et on aurait -, = I ; mais ^^y ftnit toujours inférieur à l'unité, à cause de la chaleur abandonnée 111 condenseur; le rapport r^ serait alors égal à -crr-r, et ne pour-

I nit dépasser 0,36, pour les limites de température que nous avons admises plus haut.

Duu ime machine à vapeur le piston et la vapeur reviennent périodique- Benl ft li'ur Otât itiitial. La sCrie des transformations suhii-s par la vapeur eoutiiue une courbe fermée appelée cycle. Pour une machine thermique ^Qclconqae, à vapeur ou autre, Carnot a fait connutre un cycle dont le coef-

ûcient 6;oaomique f^rr-, est maximum. C'est & ce cycle spécial que s'ap-

--., • Mais c'est un cycle idéal, qui n'est

pliqu* le cnedicient économique ^pp.

pu niroureuscment réalisable, mais dont on peut seulement chercher à se 1 fïpprochcr le plus possible.

Pntiifuement, les machines à vapeur ne peuvent décrire qu'un cycle de

C*rnoi imparfait, et le coefficient économique de leur cycle r^j^ est toujours mi^ncur au coefiîcient économique maximum.

t'O rendement industriel des machines à vapeur ne dépasse

PasO.t.

C&lciU de la dépense de combustible. — 1 gramme de charbon déf^age en brùlaul 8 Calories, ce qui correspond à 8.4'33 kgmè- 'fw. Une machine d'un cheval-vapeur produit en une heure |'i-WJ.6Û kgmèlres. Si toute la chaleur du charbon était convertie wi Iravail, la dépense en charhun d'une machine d'un cheval-vapeur

***'' ^^ — ù i-^k grammes par heure, environ 80. Si le rendement

\**^ îîj, la dépense sera de 800 grammes.

924. Machines à gaz. — On appelle machines à gaz (ou machines 'gaz tonnant) des machines dont le travail est emprunté à l'énergie ''* Is combustion d'un mélange de gaz ou vapeur combustible el d'air, , "^ l'air est eu grand excès. La combustion se fait dans le corps de

il'onipe lui-même, le chauiïage est donc interne au lieu d'être externe

l'omnie dons la machine ii vapeur.

ko^

COURS DE PHTS!Ot'E

En faisant le vide derrière lui, quand la machine est lancée, piston aspire le gaz combustible et l'air. Lorsque le piston se troa en un point déterminé de sa course, un tiroir distributeur qui avi permis l'entrée du mélange gazeux ferme les orifices d'admission ; ce moment, on produit l'inflammation qui donne naissance à un pression de plusieurs atmosphères. Le tiroir détermine ensuite l'éva cuation des produits de la combustion. fl

Le mode d'inflammation du mélange est variable. Dans la macliin' Lenoir, elle a lieu par l'étincelle d'une petite bobine de Ruhmko dans la machine Otto, elle se fait par un bec de gaz allumé.

Les machines à gaz sont très avantageuses pour les traratc intermittents, car il sulTit de quelques minutes pour établir leu fonctionnement régulier. Leur rendement est en outre notablemu) supérieur à celui des machines à vapeur. Il atteint 0,50. fl

Applications. — 1° Combian de grammes d'eau A 100° pourrait-on réduire * vapoar à la mime tepipiSriitaro avuc la chaleur dégagée par lu combustion de i gniafi de charbon?

2* Une machine de 20 ehevuuz-vapeur consomme '>6 kilogrammes de cbarbea p^ heure ; quel est son rendement?

3* Quel est le rendement d'une machine thermique qui consomme 10 kilogramoiM < charbon par heure et élèvo dans le mâmo temps 30 mètres cubes d'eau à la hauteur * 50 mètres?

4* Quelle est la grandeur de la prosision exorcise par la vapeur d'oan à lôS" ter n «nrface do 1 mètre carré? A i:>3", la force élastique maximum de la vapear d'eau * de 5 atmosphères.

5* Un pistou de 20 décimètres carrés de surface est poussé sur une de ses iaees p do la vapeur à 5 atmosphères de pression et sur l'autre par la pression atmosphértq* La course du piston est do btt ceatimè(re!i. Quel est le travail ofTectué par le pi>* pendant sa course?

6* Les bras du levier d'une soupape de sflrrti ont :i centimètres et bi centimètres : l'extrémité du long bras est suspendu un poids de <0 kilogrammes Si la surface d9 soupape est do il centimètres cnrn's, iguclle pression en almosplières devra diftt^lu vapeur d'eau dans la chaudière p«ur que la soupape s'ouvre?

HISTORIQUE

525. Thermomètres. — L'inveiUioii liu thermomètro |datc de lu fin di xw siècle ; h cause de la grande dilatibilitO des gaz, les premiers thenno mètres, et en particulier celui de Galilée, furent des thermomètres & air c'étaient plutôt des thermoscopes. Les Acadrmicieiis de Florence (1557-1566 firent usa;<e de tliermométres à alcool ; ils étaient tous identiques. C'est k l fin du xvn" siècle cjue le mercure fut substitué à l'alcool et que la grad

CHALECn

■Mn

IIOD tr Qi avec des points fixes. Les perfectionnements sucoessivemeni «p- ] font* k la construction des thermomètres sont spCcialcmont dus k Fahfenheit

(1735) « A Deluc (lin du x viir siècle). Dulong et Petit, puis ReijnauU, fircnl VrMorUr lo» avantages des tliermom(-tres à gaz pour les mesures de pré- I otion,

DiUtAtions. — Le pyromëtre A. cadran a\'ait été employé par Mtaschcn-

\iroektt la comparaison des dilnlatiims linéaires des solides; en 1778, Laroi-

' ùr id Laplaee imaginent une disposition analogue, plus sensible et plus

ftitim Eii 1816, Dulong et Petit mesurent la dilatation absolue du mercure.

KniSïï, Deuprelt fixe à 4" la température du maximum de densité de l'eau.

En 1703, Amontona avait reconnu que de 0> a tÛJ* la force élastique d'une

musc d'air augmentait d'un tiers sous volume constant; les recherches de

Gay-Liuiac iur ta dilatation des gaz datent de 1807; les mesures précises

itBudberg, professeur à L'psal (1835|, et de RegnauU (18401, fixent d'une

Il Jtllnitive le coefficient de dilatation de l'air sec.

Vapears. — Les forces élastiques maxima de la vapeur d'eau de 0" ii ICO*onttié mesurées [lar Dalton sur un baromètre à vapeur; Betjnault, en IMl, les détermine avec une extrême exactitude jusqu'aux limites où la vaptiir pcui être utilisée industriellement. Les nombres do Magnus, de Berlin, H'I'i's ft la même date, s'accordent avec ceux de BegnauU. Dalton montre TXmIoi du mélange des gaz s'applique à un mélange de gaz et de vapeur, di»cun des éléments se comportant comme s'il était seul.

Aa oommencement de ce sièrle, Moiige avait liquéfié l'acide sulfureux en " t*fr<PHlis3ant ; par la compression et le refroidissement ciunbinés, Faraday "«Il réussi ili liquéfier la plupart des gaz connus ; six avaieni résisté, on les "ï'i appriéa permanents. En 1869, Andrews, professeur a Delfast, déduit w l'^tuile de l'aride carbonique l'existence d'une température critique au- '"••m de laquelle un gaz ne peut plus exister A l'état liquide, si puissante l"» «oit la pression a Iui]uelle il est soumis. En 1877, Caitletet utilise ' ««issemcnt considénihle de température di'i à la détente d'un gnz pour ""'ncr chacun des gaz permanents au-dessous de son point critique et le lilnéOcr.

'■* force d'expansion de la vapeur d'eau était ('«mnue d'//^roti d'Alfxun- ■"*.' en 1013, Salomon de Caua songe à l'uliliser. La première machine où • « 'ircc élastique de la vapeur ait servi a pousser un piston est due à Dent* "fin (lOiJO) Elle était à simple effet; la pression atmosphérique produi.sait "fttour du piston. La machine à double efTet fut créée par Watt (de 1760 ' tSOO) qui énunça le principe de la paroi froide, Gt usage d'un condenseur ''f*»r* du corps de pompe, inventa le tiroir, la manivelle, le parallélogramme

Kinicitlii, employa la détente. La chaudière tubulaire, qui a permis de réaliser

■ I» locomoiive, est due d Seguin.

H >Wi Carnot. en 1824, fixa les conditions dont dépend le rendement d'un

"«""icurilaTmique.

Cklorim^trie. — l'a méthode des Mélanges est due à Black. Regnault r'* («rfei-tionnée et a apporté dans les déterminations calorimétriques sa rhftbitaelle

équivalent mécanique de la chaleur. — Rumford, frappé de chauflement considérable que produit le forage des canons, fut le prei qui mesura la chaleur développée dans le frottement ("1799); mais il n'év pas le travail dépensé. En -1842, un médecin d'Heilbronn, /. R. Ma énonce nettement le principe de l'équivalence de la chaleur et du travail fait ressortir les conséquences multiples et calcule correctement l'équiva mécanique de la calorie. Joule, de Manchester, fît, en 1843, ses premii expériences pour mesurer l'équivalent mécanique de la calorie ; sa détei nation par le frottement de l'eau date de 1849. Vers 1850, Him, de Coin fait servir une machine à vapeur industrielle à la même détermination.

Hdmholtz (1847), W. Thomson et surtout Clausius, professeur à Bonn, s'appuyant sur le principe énoncé par Mayer et sur les travaux relatib t machines thermiques de Sadi Camot, établissent la théorie mécanique dt chaleur et développent dans toutes les branches de la physique les con quences du principe de la conservation de l'énergie.

Rayonnement calorifique. — L'étude du rayonnement calorijiq entreprise au commencement du xix" siècle par Leslie, professeur à Edi bourg, est poursuivie en France par l'Italien Melloni qui imagine le then multiplicateur, découvre les propriétés du sel gemme, sépare les rayons chaleur de diverses réfrangibilités et fait connaître un grand nombre de fi nouveaux, principalement sur les rayons caloriGques obscurs.

ACOUSTIOIE

526. Ou ajipclle sons les sensations que nous percevons par le D«ff amiilif à l'état physiologique : elles résiillenl habiluellenienl de la '«nsmission à l'oreille de mouvements dont sont animés des corps wlérieurs.

Tout corps sonore, c'esl-h-dire tout cor[is qui fait éprouver à «Oreille lu sensation du son est le siège de mouvements oscillatoires viidogiies à ceux du pendule, mais reproduits à des intervalles très "•Pprochés et nommés vihraiions.

^acoustique a pour objet l'étude des mouvements vibratoires "Oûores, de leur production, de leur profiagalion el des relations qui Misienl entre les conditions de ces mouvements et les modifications ''8 la sensation.