Nouvelles machines pneumatiques à mercure

HAL Id: jpa-00240900

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00240900

Submitted on 1 Jan 1904

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Nouvelles machines pneumatiques à mercure

Fortunato Florio

To cite this version:

Fortunato Florio. Nouvelles machines pneumatiques à mercure. J. Phys. Theor. Appl., 1904, 3 (1),

pp.38-47. �10.1051/jphystap:01904003003800�. �jpa-00240900�

NOUVELLES MACHINES PNEUMATIQUES ^{A MERCURE} (1) ;

Par M. FORTUNATO FLORIO.

Je viens d’expérimenter de nouvelles machines pneumatiques (2)

à _mercure, qui ^m’ont des résultats si satisfaisants que je ^considère

ces machines comme supérieures, ^{à tous les} points ^{de vue, à celles de} Geissler, ^de Sprengel, ^de Bessel-Hagen, ^de Guglielmo, ^{etc., dont} je

me suis servi très souvent : elles sont en effet plus rapides que ^toutes les autres, ^{elles sont d’un seul morceau en} verre, elles n’ont pas de

robinets, ^on les fait fonctionner par de ^très faciles mouvements de

rotation, qui, pour quelques-unes, peuvent ^être unifurrnes et d’un seul

sens (on peut ^les faire marcher par ^un moteur); ^en outre, dans ^mes

machines, ^le mercure, qui ^{sert de} piston, ^{ne vient} jamais ^{en contact}

avec l’air extérieur, ^{de sorte} qu’il peut ^{rester sec et} propre ; des quan- tités même minimes d’air ne peuvent pas ^rentrer dans les récipients

où l’on fait le vide ni être transportées par le ^mercure lorsque ^les

raréfactions sont très poussées. C’est pour cela que j’ai pu aisément obtenir des raréfactions extrêmes, qui ^{se sont} maintenues presque indéfiniment.

FIG. 1.

Machine A.

Imaginons ^{un tube en verre ABCDE} (flg. 1), ^dont

l’axe soit dans le plan ^du dessin, ayant la forme d’une spirale ^de

centre 0 et de 60 centimètres de rayon de courbure maximum ; ^ima- ginons ^{aussi un tube en} verre, que j’appellerai ^a, rectiligne, ^{de 2 cen-}

.

(1) Résumé par l’auteur d’un mémoire publié dans le .VUOL’O Cirneoto, avi-il 1903.

(2; ^{L’auteur désire} exploiter ^{le brevet de ses machines.}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01904003003800

39 timètres de diamètre et de 120 centimètres de longueur, disposé ^de

telle façon que ^{son axe} passe par ^{o et} soit normal au plan ^du dessin, qui le coupe ^{à 40} centimètres de son extrémité antérieure : ce tube

est représenté par ^un petit ^{cercle de centre 0.} Deux tubes en verre

établissent la communication entre l’extrémité antérieure des et

ABCDE en B et en D ; ^la partie ^{BC D doit être} un peu plus longue qu’un

demi-tour de la spirale : ^{ABC DE se termine en A} par ^un petit ^tube fermé, ^{et en E} par ^{un autre} tube de imm,5 de diamètre intérieur

(avec ^un petit renflement F), ^{dont on aurait la véritable} position, ^en

faisant tourner le dessin de 90° autour de E et au-dessous du plan ^de

la figure.

Le tube a’, ^{dont le} diamètre intérieur est 1 millimètre, ^va jusqu’à

l’extrémité antérieure de _{a, et} il se prolonge ^ensuite parallèlement

à a jusqu’à l’extrémité postérieure de celui-ci.

Supposons ^ce système placé ^{de manière} que l’axe de a soit incliné

de 45, sur l’horizon, les extrémités postérieures ^{de a et de a’ étant}

en bas, ^et iinaginons qu’il puisse ^{tourner autour de} cet axe ; sup- posons ^{en outre} que les extrémités inférieures des et de a’ soient

plongées ^{dans du mercure contenu dans une cuvette, dont le fond}

est traversé par ^un petit tube, provenant ^du récipient ^à vider, allant,

intérieurement fit a, jusqu’à l’extrémité supérieure ^{de celui-ci, et}

aboutissant dans le fond concave d’un petit récipient ^{contenant de} l’anhydride phosphorique. ^{Par un} petit ^{tube G on a introduit en ABCD E}

du mercure jusqu’à ^en remplir ^un peu plus qu’un ^{demi-tour de} spirale ; ^on place alors la machine dans la position qu’on ^{a dessinée,}

et l’on ferme G avec une goutte ^{de cire} d’Espagne. ^On fait alors tour-

ner ABCDE dans le sens de la flèche : une partie ^{de l’air en DGE sera} expulsée par a’, ^tandis qu’une raréfaction aura lieu en a et dans le

récipient ^{où l’on veut faire le} vide; lorsqu’on ^{en aura ainsi} expulsé -! /3

de l’air, ^{on tournera en sens inverse :} il arrivera un instant où l’air

qui provient ^du petit ^{tube en D, en} traversant le _mercure, ira en

DGE ; pendant ^{cette seconde rotation,} on aura en a une petite aug- mentation de pression.

Quand ^{tout le} mercure sera au-delà de D, ^{tournons dans le}

premier sens : on aura une nouvelle expulsion ^{d’air et une nouvelle}

raréfaction. Ensuite on doit tourner en sens opposé jusqu’à porter

tout le mercure au-delà de D, ^{et ainsi} de suite. Les expulsions d’air, que l’on obtiendra en tournant dans le sens de la flèche,doivent

être telles _que, pendant les rotations opposées successives, _{l’air pro-}

venant du petit ^{tube en D ne traverse} pas des colonnes cln mercure

excessivement longues.

Quand la raréfaction est suffisamment avancée, ^on peut pousser le mercure jusqu’à occuper F : le fonctionnement de la machine ^est alors beaucoup plus rapide que celui des ^autres machines _{à mercure,}

car on n’a pas ^à ouvrir ou fermer des robinets, ^on doit seulement

accomplir de faciles mouvements de rotation; ^le mercure en ABCDE

peut acquérir ^{des vitesses} notables, ^et enfin, lorsque ^la pression

en a est inférieure au millimètre, ^on peut ^{commencer les rotations}

inverses immédiatement après que les petites bulles de DGE sont arrivées en Ii , ^{il est suffisant} d’expulser ^de temps ^en temps ^l’air qu’on ^{a recueilli en} F. Les dimensions de F et des petits tubes envi- ronnants sont telles que F, après ^s’être rempli ^{dans une rotation, ne}

se vide _pas complètement pour l’expansion ^{de l’air de a’} pendant ^la

rotation successive.

Pour faire rentrer l’air dans la machine, il suffit de tourner AI3CDE

jusqu’à ^ce que ^tout le mercure soit dans la partie ^{BCD, et} de cliauf- fer après ^{la cire} d’Espagne qui ferme l’ouverture d’un petit ^tube pareil ^à G, ^{soudé à a et en relation avec son extrémité} supérieure.

Pour mesurer le degré de raréfaction atteinte, il faut faire tourner la machine dans le second sens, de manière à comprimer l’air dans le petit ^{tube en a, lire sur ce} tube le volume réduit, ^et enfin déter- miner la pression correspondante, ^donnée par la dénivellation de

mercure en ABCD E ; j’ai pu vérifier ainsi que j’atteignais ^facilement

des raréfactions extrêmes.

Il est bon d’observer que, lorsque ^la pression ^{en a sera inférieure}

à une trentaine de centimètres, ^notre machine pourra fonctionner par

un mouvement de rotation ayant toujours lieu dans le sens de la

flèche; pour chaque ^{tour, on} aurait dans ABCDE une chute de

mercure et une expulsion ^{d’air. Il sera} convenable, lorsqu’on ^voudra

la faire fonctionner de cette manière, ^{de donner à DGE au moins la} longueur ^d’une spire.

La machine que je ^viens de décrire a son tube à spirale ^de

.

dimensions encombrantes ; pour d’autres usages j’ai pu la modifier,

et par exemple j’ai construit les types suivants, qui m’ont donné des résultats très satisfaisants.

lvlachine B.

Imaginons que le rayon de courbure maximum de ABCDE soit réduit à 40 centimètres, ^et que ^la partie ^{DGE se soit}

déformée régulièrement, ^{comme si ses} particules avaient subi vers le

41 bas dans le ^sens de _a, des déplacements ^allant régulièrement

en croissant de D à E jusqu’à ^un maximum de 40 centimétres

en E, ^dans l’intérieur de ABCDE, ^ainsi modifié, ^on pourra avoir les mèmes dénivellations de ^mercure que celles que l’on obtenait dans la machine A, ^{de manière} que la nouvelle machine pourra fonctionner comme l’autre ; mais elle aura des dimensions plus

commodes.

Fio. 2.

Dans la fige 2, j’ai représenté ^{une section} longitudinale ^d’un

modèle que j’ai expérimenté ; ^HK représente ^le pied ^de l’appareil auquel ^{est fixé en Il une} longue paire ^de coussinets, qui portent ^une

vis de pression ^{V afin de} pouvoir rendre immobile un cylindre ^creux, qui ^tourne dans leur intérieur. Ce dernier cylindre porte, ^{fixé inté-} rieurement, ^{le tube} que j’ai appelé ^{a ; il} porte aussi, ^{soudé transver-} salement, ^un disque métallique épais ^et présente ^{un trou} longitu-

dinal _par lequel passe le tube que j’ai appelé ^{a’. A ce} disque ^sont fixés, ^{dans le sens de ses} rayons, et régulièrement, quatre bras ^en fer, chacun de 40 centimètres de longueur ; ^un d’eux, 0, que j’appellerai

le ler, ^se prolonge ^{de 40} centimètres vers le bas parallèlement à a,

un des bras suivants que j’appellerai ^{le 2mp, se} prolonge également ^de

20 centimètres. Le tube à spirale ^{est fixé aux} extrémités des prolon- gements de bras. Enfin LM représente ^{la cuvette, fixée au} pied ^{de la} machine, ^{et traversée} par le tube, qui ^{va du} récipient ^{où l’on veut}

faire le vide ^au sommet intérieur de cz, et qui aboutit dans le fond con- cave d’un petit ^{flacon en verre contenant de} l’anhydride phospho- rique. Enfin, ^au pied de la machine est fixée une tige qui soutient le

récipient ^{à raréfier.}

J’ai trouvé _{que pour} ^cette machine il est préférable ^{de donner à la} partie adjacente ^à E la forme que j’ai dessinée dans la fi y. ^3.

Fio. 3.

Machine C.

Si l’on suppose que dans la première machine le petit

tube en B est supprimé, que l’extrémité A ^est mise en communica- tion avec un récipient, ^dans lequel ^la pression ^est toujours ^{d’une demi-} atmosphère ^et que le rayon de courbure maximum du tube à spirale

est réduit de moitié, quand ^{on viendra à faire tourner} la machine dans le ^sens de la flèche, l’air pourra ^être comprimé ^{en DGE à} plus ^{de 1} atmosphère ^et expulsé, tandis que, si l’on fait ^tourner dans le sens opposé, ^{le mercure} pourra passer au-delà de D, ^{sans tomber}

en GE : on aurait ainsi ^une autre machine pneumatique d’un usage très commode.

J’ai décrit dans le Nuovo CÍJnento la manière dont rai ^{réalisé cette} machine, ^{et les} expériences que j’ai ^{faites avec elle;} je ^{ne m’occu-} perai ^{pas ici.}

Machine compostée ^D.

En cherchant à établir une machine

capable ^{de faire les vides les} plus poussés qu’il ^soit possible ^d’obte-

nir avec une rapidité égale ^{à celle avec} laquelle ^on obtient des vides médiocres à l’aide des machines à piston, j’ai ^{construit un modèle,}

que je ^{vais décrire, et} qui ^m’a donné des résultats vraiment excel- lents.

Ce modèle est formé par deux parties superposées : ^la première, ^à

l’intérieur de laquelle ^ne peuvent pas ^rentrer les plus petites ^traces

43

d’air, ^{sert à obtenir les} raréfactions jusqu’à quelques centimètres, tandis que la ^seconde sert à pousser ^le vide jusqu’aux ^{limites extrêmes..}

FIG. 4.

Dans la fig. 4, j’ai représenté ^{une section} longitudinale ^{de cette ma-}

chine ; ^{dans la} fil. 5, j’en ^ai représenté ^les parties ^{en verre, vues}

FIG. G.

dans la direction de l’axe de rotation, ^{incliné de à5° sur l’horizon.}

On voit qu’il y ^a deux systèmes métalliques pareils ^{à celui} qui ^est

mobile dans le modèle de la fig. 2; ^{mais ici les} prolongements ^{des bras}

n’existent plus; ^le cylindre ^{creux d’un} système 1)(-til 10B11’1101’ 1«iii;

l’intérieur de l’autre, ^et celui-ci dans les coussinets, qui portent ^deux vis de pression, ^{afin de} pouvoir ^{rendre immobile} l’un des deux sys- tèmes indépendamment de l’autre.

Au premier système, dont les bras radiaux ont 35 centimètres à peu près ^de longueur, ^{est fixé un} système ^{de tubes,} représente

par les lignes ^{continues de la} ftg. 5, ^{tout à fait} pareil ^à celui de la machine A ; seulement le point d’attaque ^{D est} déplacé ^{vers B de}

manière que la partie ^BD ait environ 10 centimètres ; ^{en outre le tube} qui ^{va de Il à 1’ est} beaucoup plus ^{court, et le mercure est en telle} quantité ^{en ABCDE} qu’il peut y déterminer des dénivellations maxima de 5 centimètres.

F 10. li.

A l’autre système métallique ^{1110bile est fixé un tube à} spirale ^avec

un ballon, représenté par les lignes pointillées de la même figure; ^il porte ^{dans son} prolongement ^un petit ^{tube e de 20} cenlimètres de

longueur. Imaginons maintenant un tube ^en verre b ((If). 6;, représenté

avec les autres parties ^en grandeur naturelle, qui, après ^{avoir tra-}

versé une ampoule, ^{va aboutir à} l’intérieur d’un tube d, ^{fité ‘ au} fond de cette ampoule ; d ^est percé ^{par un trou en bas. Si,} après ^avoir disposé ^ce petit appareil verticalement, ^{on verse dans son intérieur}

du mercure jusqu’au ^niveau représenté, ^{on trouve} que le liquide prend ^la disposition que j’ai dessinée. On voit alors que l’air peut

bien aller de b en c sans traverser du _mercure, tandis que l’on peut

toujours empêcher l’air d’aller de c en b : il en est ainsi lorsque l’ap-

pareil ^est incliné de 4:)0 sur l’horizon.

43 En relation avec l’extrémité inférieure des et parallèlement ^à

celui-ci se trouvent deux appareils semblables et de dimensions un peu

plus grandes que celles que j’ai dessinées dans la fige ^{6 :} j’appelle

b, c, b’, ^{c’ leurs} petits tubes ; ^{le tube b est} l’extrémité inférieure de a’;

les tubes b’ et c se prolongent parallèlement ^à cc’, toujours ^{à côté de} celui-ci, jusqu’à l’extrémité supérieure ^{de eut, où ils se soudent entre}

eux; c’ est long ^de quelques centimètres, ^{et il} est ouvert. Dans la fig. 5, ^{ces tubes sont} représentés par les petits ^cercles qu’on y voit.

Enfin un tube en caoutchouc f, dont le diamètre intérieur est de 2 millimètres à peu près, ^{met en} communication e avec un autre tube soudé à c en haut et de manière que ^l’air extérieur ne puisse

pas ^entrer dans la machine même en quantité minime ; ^{ce tube ne}

doit pas s’écraser lorsqu’on ^{fait le vide dans son intérieur.}

Cela posé, supposons que la partie, représentée ^{dans la} fig. 5 par des lignes continues, ^{soit maintenue} immobile dans la position que j’ai

dessinée, tandis que l’autre, représentée ^en pointillés, ^soit libre; sup- posons aussi que, ^en maintenant a et le ballon (qui ^est de dimensions

convenables) ^en communication avec l’extérieur, ^{on ait} porté ^{le mer-}

cure de cette dernière partie ^tout près ^{du ballon, et} qu’ensuite ^{on ait}

fermé toutes les communications avec l’extérieur ; si l’on fait tourner la partie mobile dans le sens de la flèche, ^{de l’air} traversera le tube

en caoutchouc, ^{ira en b’ et en} c, et ^sera expulsé par b ^{et c’.} Lorsque

le mercure sera arrivé _{en e,} supposons que ^l’on fasse tourner d’un demi-tour dans le sens opposé : on aura une raréfaction en e et dans les tubes contigus, ^et, par conséquent, ^{de l’air} provenant ^de a’, ^{b et c}

ira dans leur intérieur. Tournons ensuite de nouveau dans le premier

sens : on aura une nouvelle expulsion d’air, puis ^{on aura une nouvelle} aspiration ^dans la rotation suivante et ainsi de suite ; ^en continuant,

on aura en cc et dans le récipient ^{où l’on veut faire le vide une raré-}

faction croissante, que ^l’on peut pousser jusqu’à quelques ^centi-

mètres. Supposons que, lorsqu’il ^{ne sera} plus possible d’expulser

ainsi de l’air, ^{on vienne à fixer le} système ^{mobile dans la} position pour

laquelle ^le mercure sera tout près ^{du ballon, et} que l’on rende libre l’autre système : ^on peut manoeuvrer celui-ci de la même manière que la machine A et avoir, par conséquent, ^{en a et dans le réci-} pient ^{à vider des} raréfactions qu’on peut pouser jusqu’aux ^limites

extrêmes. Il pourrait ^arriver que ^la pression de l’air dans la

partie ^fixe devînt telle _que, pendant les rotations inverses de la

partie ^{mobile, le mercure fut} repoussé complètement ^en E ; ^on empê-

46

chera aisément ce petit accident, ^{en faisant une} expulsion ^{d’air avec}

le premier sytème ; d’ailleurs, ^{cet accident ne se} produira que bien rarement.

Il est à remarquer qu’il ne ^faut repousser le ^mercure que jusqu’en ^{e seu-} lement, quand la raréfaction en « est arrivée à quelques centimètres,

et que ^l’air qu’on ^veut expulser ^ne doit pas ^traverser du _mercure; par

conséquent, ^on peut faire fonctionner rapidement ^la première partie ^de

la machine. Dans la deuxième partie, on a une masse de mercure qui

n’est pas bien grande, ^et, excepté lorsque ^{le mercure est tout} près ^{de E,}

on peut, par conséquent, ^lui imprimer de bonnes vitesses. C’est pour cela que ^notre machine peut ^être employée ^{dans tous les cas où l’on}

a l’habitude de faire usage des machines ^à piston, ^{en même} temps qu’elle peut ^{servir à} obtenir les raréfactions extrémes avec beaucoup plus ^de rapidité que par les machines à mercure communément utilisées jusqu’ici.

Expériences.

^Je rapporte ^ici quelques-unes ^des expériences

faites avec le modèle de la machine B, ^décrit plus ^haut.

Après ^avoir successivement lavé les tubes de cet machine avec

l’acide nitrique, ^{l’eau, la} potasse caustique, ^{l’eau, l’alcool et enfin}

l’eau distillée, ^et les avoir séchés avec un courant prolongé ^d’air,

obtenu par aspiration ^à l’extrémité de a’, j’introduisis dans le tube à spirale le volume nécessaire de mercure distillé; ^ensuite j’intro-

duisis en a le petit récipient ^{avec de} l’anliydride phosphorique ^{et le}

tube de la cuvette. Après avoir fixé celle-ci dans la position ^conve- nable, ^et après ^l’avoir remplie ^{de mercure,} je soudai le tube de la cuvette à un tube de Crookes, ^{fixé au} pied ^{de la} machine, ^et je ^com- mençai ^à faire le vide.

Je pus ainsi observer ^toutes les variations de décharges ^connues,

et, ^{à un certain} moment, je ^vis apparaître ^au fluoroscope ^{une lumino-}

sité qui ^{allait en} croissant de plus ^en plus jusqu’à ^{un maximum, et} qui s’affaiblissait ensuite d’une manière sensible. Je poussai ^{la raré-}

faction jusqu’à ^ce que les petites bulles d’air que j’expulsai,

devinssent, malgré qu’elles ^{fussent à la} pression ^de quelques ^centi-

mètres, presque invisibles ^{en entrant en} F.

En déterminant, de la manière que j’ai décrite, ^le degré ^{de raréfac-}

tion atteint, je trouvai que, lorsque l’air de la partie ^{située en A était}

réduit à 1 30.000 ^{de son volume, la pression était de 4} millimètres

environ. L’air dans le tube de C’»oukes était, par conséquent, à peu

47

près ^{à la} pression ^{de :}

d’atmosphère.

Cette pression se conserva presque invariable pendant plisieurs jours.

Après ^{avoir fixé au bras} opposé ^{à celui} qui ^{soutient F un} poids convenable, je pus ^constater que ^ma machine n’absorbait qu’un petit travail, ^et qu’on ^{obtenait le vide assez} rapidement. J’ai ^{observé aussi}

combien il était avantageux d’envoyer ^{les dernières} bulles d’air dans

un espace raréfié : il aurait été très difficile de les expulser ^{si l’on}

avait été obligé ^{de les} porter ^{à la} pression extérieure. J’ai constaté

également qu’il ^{est très} utile que le ^{mercure du tube à} spirale ^se

trouve seulement en contact avec de l’air raréfié quand ^la raréfaction est très avancée ; ^{dans mon} modèle, ^il n’y ^a pas de transport ^{de bulles} d’air par ^le mercure, tandis que, ^{dans les autres} machines, ^ce transport

se produit ^d’une façon ^fâcheuse.

Dans l’emploi ^{de mes} machines, ^il convient de prendre quelques précautions : ^{il faut} prendre garde, ^surtout quand ^la raréfaction est très poussée, de diminuer la vitesse de la machine quand ^{le mercure}

est très près ^{de E.}

Il faut veiller aussi à ce que les coups ^secs que le ^mercure peut donner, quand ^{il arrive au} petit ^{tube en E, ne} produisent quelque rupture; ^par conséquent, ^{il est} prudent ^{de donner aux} tubes situés entre E et F des courbures douces, d’en faire décroître graduelle-

ment le diamètre antérieur, de les choisir d’assez grosse épaisseur, ^etc.

J’ai constaté, d’ailleurs, qu’on pouvait rendre ^moins dangereux

- les coups de mercure en prolongeant ^{le tube à} spirale du côté de A,

de manière à lui faire faire deux tours ; lorsque ^la raréfaction ^était poussée, je maintenais dans la première spire ^{le mercure néces-}

saire à l’expulsion ^de l’air, ^{et l’autre} partie du mercure, qui ^ne gênait

pas, dans la seconde spire.

Je termine ma note, ^en exprimant encore une fois la conviction que les machines que je viens de décrire présentent ^de grands avantages

sur les ^modèles employés jusqu’ici ^et qu’elles ^sont appelées ^{à rendre}

de très réels services.