BIBLIOGRAPHIE I. ESSAI SUR L'EFFET THERMIQUE DES PAROIS D'UNE ENCEINTE SUR LES GAZ QU'ELLE RENFerme. Thèse présentée à la Faculté des sciences de Paris pour obtenir le grade de docteur ès sciences physiques, par M. Aimé WITZ, ingénieur des arts et manufactures, ancien élève de l'École Centrale, professeur à la Faculté des sciences de l'Université catholique de Lille. In-4°, 1-102, avec 3 planches lithographiées. Paris. Gauthier-Villars. 1878. C'est une bonne fortune pour un jeune physicien de trouver dans le champ de la science un terrain qui n'ait point encore été défriché : disons mieux et plus sincèrement, c'est un mérite de découvrir, depuis les recherches des vingt dernières années, une parcelle inculte dans un sol remué par tant de chercheurs qu'animent la soif du succès et une ardeur infatigable. Ces heureuses découvertes sont réservées, le plus souvent, à ceux qui explorent les frontières communes aux divers ordres de sciences : tel est le cas de l'ingénieur qui se fait physicien pour élucider les difficultés qu'il a rencontrées dans la pratique industrielle. « L'étude de l'effet thermique des parois, dit l'auteur du travail que nous nous proposons d'analyser, présente un double intérêt, théorique et pratique. >> L'importance de la question me fut révélée d'abord dans ses applications: ingénieur d'une maison qui avait acquis une juste renommée pour la construction des machines à vapeur, j'eus à étudier les effets des enveloppes de vapeur dont on entoure les cylindres. Or, l'économie considérable procurée par ces enveloppes, dans les machines qui en sont pourvues, n'est due qu'à une action des parois. >>> Mais cette action est complexe; elle est fonction des propriétés physiques des gaz et de l'enceinte; envisagée à ce point de vue purement théorique, cette étude paraît sortir de la compétence de l'ingénieur, mais elle est du plus haut intérêt pour le physicien. >> Cet essai, entrepris à ce double point de vue, comprendra donc deux parties: >>4° Une étude théorique et expérimentale de l'effet des parois sur les gaz; » 2o L'exposé de quelques opinions sur le rôle des parois dans les moteurs thermiques et leur discussion à l'aide des théories établies précédemment. >> Dans la première partie de son travail, M. Witz recherche les lois du réchauffement et du refroidissement des gaz, et il s'inspire des méthodes fécondes employées par Dulong et Petit en 1818, alors qu'ils déterminaient les lois de la communication de la chaleur qu'il convenait de substituer aux lois de Newton; mais les difficultés qu'il trouve sur son chemin sont considérables, car un gaz subit des variations de température qui peuvent devenir 60 fois plus grandes que celles des thermomètres qu'observaient Dulong et Petit. Et puis, comment mesurer la température d'un gaz alors qu'elle varie de 12 degrés à la seconde ? Un thermomètre à mercure, un thermomètre de Bréguet, une pile thermo-électrique ne pourraient être employés dans ce cas. Il fallait imaginer une méthode nouvelle qui se prêtât à des mesures délicates et permît d'enregistrer automatiquement les températures successives que prend le gaz sous l'action des parois d'une enceinte. <«< Une seule méthode me semble échapper à toute critique, lisonsnous à la page 17, c'est de faire mesurer la température du gaz par luimême en notant ses variations de pression. Le gaz constitue dès lors un thermomètre à gaz dont l'enceinte est le réservoir : la même idée avait conduit Dulong et Petit à soumettre au refroidissement le liquide d'un thermomètre. >> Une simple application de la loi de Gay-Lussac permettra de déduire la température du gaz de sa pression. On refroidira le gaz dans l'enceinte même par une détente ou bien on le réchauffera par une compression et l'on observera les mouvements du mercure d'un manomètre, durant le temps que le gaz reviendra à la température de l'enceinte, en introdui le sant dans ce manomètre deux fils de platine de longueur telle que mercure ne les touche tous deux, que durant un intervalle correspondant à une variation de pression déterminée; et, en reliant ces fils à une pile et à un récepteur du télégraphe Morse, on peut inscrire à 1/10 de seconde près, le temps que met le mercure à franchir la distance qui sépare les fils, d'où se déduit sans peine la vitesse de réchauffement ou de refroidissement du gaz. Cet ingénieux procédé est d'une délicatesse extrême, et les résultats de 1180 expériences présentent une concordance inespérée. L'enceinte dans laquelle s'observe le phénomène est d'une construction spéciale; elle permet d'opérer à toute pression et à toute température, tout en modifiant à volonté sa forme et ses dimensions. Mais la description de cet appareil nous entraînerait trop loin; nous ne suivrons non plus l'auteur dans ses calculs, et ne répéterons point les raisonnements qu'il fait pour établir la forme de la fonction de la vitesse. Il est d'un intérêt plus grand de concentrer notre attention sur les résultats de ces nombreuses expériences. Ces résultats sont résumés dans un chapitre spécial, dont nous allons extraire les faits les plus intéressants. « L'effet thermique de la paroi sur les gaz qu'elle renferme est extrêmement complexe dans sa généralité; les lois du phénomène qui paraissent défier l'analyse quand on en aborde l'étude générale, ne peuvent être exprimées par une relation simple. >> Pour réussir à les enfermer dans un énoncé, il faut se restreindre à l'examen d'un cas particulier, pour lequel la marche du phénomène puisse être observée et étudiée. Dans ce but, j'ai choisi comme premier objet d'étude l'air, à une pression moyenne de 0, 840, non point en repos, mais animé d'un mouvement semblable à celui qu'il prend dans sa détente, ou son écoulement d'un réservoir dans un autre : c'est le cas pratique et, par là même, le plus intéressant.>> Partant de là, M Witz établit sans peine que la vitess› de réchauffement de l'air doit être fonction de l'excès de température de la paroi, de sa conductibilité, de sa forme et dimension, et enfin de la pression du gaz : les autres influences sont éliminées ou négligeables. La loi qui lie les vitesses aux excès peut être exprimée par une relation empirique simple de la forme : On pourrait dire encore, quoique avec moins de rigueur, que lorsque les excès croissent en progression géométrique de raison 2, la vitesse croît suivant une autre progression géométrique de raison 1,216. Cette loi n'est point modifiée par la conductibilité de la paroi; toutefois, la vitesse varie proportionnellement à cette conductibilité. << La même observation s'applique à l'influence de la forme et des dimensions exprimée par 9(); la vitesse croît proportionnellement à cette quantité, soit de 1,48 à 1, si l'on passe d'un cylindre de 200mm de diamètre à un autre de 125 mm. >> Dans les limites de pression énoncées ci-dessus, la vitesse varie proportionnellement à la puissance 0,55 de l'élasticité. Exprimant donc les excès en degrés centigrades, et les pressions en fonction de l'atmosphère, on pourra représenter les faits de réchauffement de l'air dans un cylindre de fonte de 125mm de diamètre sur 400mm de hauteur, la formule : par v = 1,48 (0,118 +0,00162) P-0,55 ou par cette autre : v = 1,95 1,216 ε. P-0,55. >> Telle est la loi qui régit le phénomène, dans les conditions spéciales que nous avons définies, pour des excès compris entre 0° et 40°. >> Hors de ces limites, le phénomène se complique et change pour l'air; mais la discussion détaillée des diverses influences nous a permis de suivre pas à pas les modifications de la loi. >> En opérant toujours sur l'air, mais en le prenant à l'état de repos, dans une enceinte de diamètre plus considérable, on voit croître la vitesse avec le pouvoir émissif de la paroi, avec sa température, et avec le pouvoir absorbant du gaz. La loi des excès n'est point modifiée. » Si la pression de l'air s'élève au-dessus de 0m,840 (1 atm., 1) la loi des pressions donnée ci-dessus cesse d'être exacte. A 1,552, l'exposant de P sera égal à — 0,12 : la vitesse décroît beaucoup plus lentement que ne l'indique la formule, et à 2m,800, dans le cylindre de 0,125, la vitesse est encore égale aux de ce qu'elle était à 0,792. 85 100 » L'influence de la forme et des dimensions est devenue considérable aux pressions élevées, et la loi paraît entièrement changée. » Opérons sur un autre gaz s'il est voisin de son point de liquéfaction, la loi des excès cesse elle-même d'être exacte et la complication des résultats est extrême. >> Il est impossible d'admettre que ce phénomène envisagé dans sa généralité, puisse jamais être exprimé par une relation simple. Mais tous les effets, que l'expérience a tant de peine à dégager les uns des autres, paraissent découler d'un fait qu'il est facile d'énoncer: l'action du contact prédominait dans les conditions décrites d'abord; l'action du rayonnement, intervenant dans les autres, modifie entièrement le phénomène. >> Ce résultat me paraît important; car l'étude que j'ai entreprise avait beaucoup moins pour but de fixer des nombres définitifs, d'une utilité douteuse, puisqu'ils varient avec les conditions spéciales de l'opération, que de conduire à des principes généraux qui puissent éclairer le phénomène si obscur de l'effet des parois sur le gaz qu'elles renferment. >> 3 5 Les résultats précédents trouvent une éclatante confirmation dans des expériences de vérification entreprises par l'auteur. Les temps, observés et calculés d'après une formule logarithmique, résultant d'une intégration, ne diffèrent que de et de seconde, sur une moyenne de 5 expériences. Cette concordance est un argument précieux en faveur des résultats obtenus par les méthodes d'investigation et de calcul adoptées dans le travail. 100 100 La deuxième partie de la thèse de M. Witz est consacrée à l'examen des opinions admises sur le rôle des parois dans les machines thermiques : l'application des résultats acquis dans la première partie suit de près la théorie et nous en fait toucher du doigt l'immense importance. Comment agit l'enveloppe de vapeur dans la détente de la vapeur, se demandent depuis plus de vingt ans ingénieurs et praticiens? M. Hirn a constaté depuis longtemps que du chef de l'enveloppe on réalise 20 et 25 pour cent d'économie; M. Farcot d'une part, M. Hallauer d'autre part, confirmaient récemment ces résultats; et cependant la théorie mécanique de la chaleur, en admettant même que la chaleur de l'enveloppe ne coutât rien, ce qui est faux, n'arriverait à rendre compte que d'une augmentation de 8 pour cent de travail pour une même dépense de com bustible. D'où les conclusions les plus contradictoires des uns et des autres. M. Witz relève quelques opinions de MM. Hirn, Combes et Rankine, mais il n'entre point encore en lice: son armure théorique a peut-être besoin d'être complétée par des essais directs sur la vapeur d'eau, et il sent les défauts de sa cuirasse. Mais il s'attaque résolument à une erreur, et prouve victorieusement que les gaz qui sont diathermanes au plus haut degré, qui sont les plus mauvais conducteurs connus du calorique, se réchauffent notablement en moins de de seconde. De l'air qui se détend dans un cylindre de fonte alésé de 123mm de diamètre et de 400mm de hauteur depuis 1555mm de pression jusqu'à 759mm subit l'effet thermique de la paroi et se réchauffe de 0o,36 en de seconde. M. Witz en déduit qu'il est impossible d'observer une détente suivant une ligne adiabatique, et qu'elle se ferait suivant une ligne isothermique si elle durait 20 secondes. 5 100 5 100 Ces conclusions de l'auteur sont très importantes : nous formons le vœu qu'il puisse continuer longtemps encore ses travaux dans les laboratoires de la Faculté des sciences de l'Université catholique de Lille et |