Rétro 1900: l'ABC de la Physique

Publié par Michel le 21/11/2004 à 00:01
Fusion

Passage d'un corps de l'état solide à l'état liquide, par suite de l'augmentation de la température. La chaleur, comme nous l'avons déjà dit, produit un mouvement vibratoire qui vainc la cohésion et qui permet aux molécules de rouler librement les unes sur les autres.

Sous une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) constante, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) corps entre en fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) déterminée, invariable pour chaque substance.

Quelle que soit l'intensité de la source de chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...), dès que la fusion est commencée, la température du corps cesse de s'élever, et reste égale jusqu'à ce que la fusion soit complète.


Fusion aqueuse ou dissolution

Un corps se dissout lorsqu'il se liquéfie par suite de l'affinité exercée entre ses molécules et celles du liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...).

En général, et surtout pour les sels, il se produit un abaissement de la température au moment de la dissolution.


Solidification

Passage d'un corps de l'état liquide à l'état solide, à une température fixe qui est celle de la fusion. On nomme congélation (On appelle congélation toutes technique visant à faire passer un produit à...) la solidification de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...), et cristallisation la solidification d'un corps en fragments aux formes géométriques régulières, les cristaux. La neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et...) est une cristallisation de l'eau.


Détente

Lorsqu'on soumet un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) à une forte pression, le volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...) diminue et la température augmente. Mais si la pression cesse brusquement, il se produit un énergique abaissement de la température.


Force expansive de la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.)

Lorsque l'eau se prend en glace, son volume augmente d'un onzième, c'est-à-dire si l'on a 11 litres d'eau, on aura 12 litres de glace.

L'augmentation de volume produit une force telle que des canons épais remplis d'eau et exposés à une basse température éclatent ou se fendent comme du verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...); de même que les conduites d'eau, etc.


Propagation de la chaleur

On nomme bons conducteurs, les corps qui transmettent facilement la chaleur, comme les métaux, les corps mauvais conducteurs ceux qui arrêtent la chaleur sans la transmettre, comme le bois, la laine, l'étoupe (L'étoupe (du latin stupa,-ae) est un sous-produit fibreux non tissé issu essentiellement du...), etc.


Les liquides sont mauvais conducteurs, de même que les gaz qui ne transmettent la chaleur que par suite de courants qui s'y établissent grâce à la différence de densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...).


Rayonnement et absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...)

Les températures différentes cherchent toujours à s'équilibrer. Un poêle chaud rayonne, parce qu'il transmet la chaleur à l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et...) qui l'environne; au contraire un bloc de glace introduit dans une salle chaude abaisse la température, parce qu'il absorbe la chaleur.


Réflexion

Il y a réflexion pour la chaleur comme pour la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) ou le son; si on place au foyer d'un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) une source de chaleur quelconque, cette chaleur est réfléchie au foyer d'un second miroir placé à une certaine distance (miroirs conjugués).


Réfraction

Nous avons vu aussi que les rayons solaires frappant une lentille biconvexe convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ...) tous en un point (Graphie) (foyer) où la chaleur s'élève au point d'enflammer un morceau d'amadou, de bois, d'étoffe, etc.


Évaporation

Un corps liquide peut passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) à l'état gazeux, à une basse température; ainsi l'éther, le chloroforme (Le chloroforme ou trichlorométhane est un composé chimique organochloré de formule...), la benzine s'évaporent à la température ordinaire d'une chambre, si le flacon n'est pas bouché.

Lorsqu'un liquide devient gazeux, il abandonne les matières étrangères qu'il tenait en dissolution.


Distillation

La distillation est une application de ce principe. Le liquide à distiller bout dans une cornue; la vapeur () s'échappe par une tubulure aboutissant à un serpentin courant dans une cuve d'eau froide et s'y liquéfie. Les impuretés restent dans la cornue.



Ebullition

A 100°, point d'ébullition de l'eau, à la pression de 760 m/m, la vapeur a une tension (La tension est une force d'extension.) égale à cette pression.

De l'eau à 30° placée dans une cuvette sous la cloche de la machine pneumatique bout dès qu'on fait le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). Dans le vide absolu l'eau devrait bouillir à 0° ; du reste, sur un haut sommet, comme le Mont Blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) par exemple, elle bout à 84° par suite de la diminution de la pression. Au contraire, si on augmente la pression, l'ébullition est retardée ; elle ne se produit qu'à 120° à la pression de 2 atmosphères.


Ébullition en vase clos

Si l'on fait bouillir un liquide en un vase clos, la pression et la densité des vapeurs qui ne trouvent pas d'issue augmentent de plus en plus. La vapeur acquiert une force élastique croissante, à mesure que la pression augmente. Papin en fit la première expérience en 1690 (fig. 5). Une marmite en bronze (Le bronze est le nom générique des alliages de cuivre et d'étain. Le terme airain...), fermée hermétiquement par un couvercle de même métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...) maintenu solidement par une vis de pression, est remplie aux 2/3 d'eau et placée sur le feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation...).

Dans une tubulure du couvercle s'engage librement un boulon qui s'appuie sur une soupape (Une soupape est un organe mécanique servant à fermer et ouvrir une chambre ou un conduit à la...) formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de...) un petit trou percé dans le couvercle. Le boulon est pressé contre la soupape par un levier mobile à son extrémité. Le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) placé sur le levier, règle la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) de la soupape.

Le liquide peut donc être porté, sans bouillir, à une température bien supérieure à 100°. La tension de la vapeur atteint, à un moment donné, 6 atmosphères, par ex., point de tension réglé par le poids du levier.

Aussitôt le boulon s'écarte de la soupape qui se soulève, laisse échapper la vapeur. L'eau entre alors en ébullition et s'abaisse à la température de 100°. La marmite de Papin, qu'on trouve sur la plupart des chaudières, s'appelle aussi soupape de sûreté.


Machines à vapeur

Papin eut l'idée d'utiliser cette force de la vapeur pour actionner le piston dune (Une dune est un relief composé de sable. Des dunes, dites « dunes...) machine.

Chaudières

De forme variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...). Les premières furent de simples cylindres de tôle rivée.

Les chaudières sont en général enfermées dans une maçonnerie (La maçonnerie est l'art de bâtir une construction par l'assemblage de matériaux...) pour éviter la déperdition de la chaleur.


Chaudières à bouilleurs


Comme on le voit dans les fig. 9 et 12, le cylindre (Un cylindre est une surface dans l'espace définie par une droite (d), appelée...) principal n'est rempli qu'à moitié, tandis que les bouilleurs (cylindres plus petits) destinés à augmenter la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de chauffe sont pleins.


Un flotteur muni d'un contrepoids indique le niveau d'eau dans la chaudière (Une chaudière est un appareil (voire une installation industrielle, selon sa puissance),...). Si l'eau vient à baisser par trop, un second flotteur actionne un sifflet d'alarme qui prévient le chauffeur; ce dernier introduit alors par le tube la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) d'eau nécessaire.


Chaudières semi tubulaires


Elles ont aussi des bouilleurs, mais en outre, le corps de la chaudière est traversé par des tubes dans lesquels circule l'air chaud. Le sifflet d'alarme et le flotteur sont remplacés par des niveaux d'eau en verre.


Chaudières multitubulaires


Elles sont composées uniquement de tubes et d'un réservoir.

Il existe d'autres types de générateurs tels ceux des locomotives, des locomobiles, les générateurs à vaporisation instantanée, etc.

Machines


Le principe étant le même pour toutes, nous prenons comme type une machine verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le...) à double effet (fig. 17). La vapeur arrivant dans le cylindre chasse le piston (V. fig. 8) bas en haut et de haut en bas alternativement; ce mouvement étant réglé en outre par le tiroir ou glissière (fig. 7), qui obture alternativement l'un ou l'autre des tubes d'arrivage de la vapeur.


La tige (La tige est chez les plantes à fleurs, l'axe, généralement aérien, qui prolonge la racine et...) du piston transmet le mouvement à la manivelle; celle ci tourne alors et entraîne dans sa rotation l'arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...) de couche. La poulie tourne avec l'arbre et actionne à son tour la courroie qui transmet le mouvement à toutes les machines d'un atelier, grâce à un jet complémentaire d'arbres de transmission, de poulies et de courroies.

Le volant en fonte régularise le mouvement la machine, dont la vitesse (On distingue :) est réglée par un régulateur à force centrifuge.
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