La machine à vapeur
1) Notion de pression - Loi de Mariotte:
Avec :
- P : Pression en pascal .
- F : force en newton (N).
- S : Surface en mètre2 (m2).
Ou avec :
- P : Pression en bar .
- F : force en decanewton (daN).
- S : Surface en centimètre2 (cm2).
Unités de pression :
- Le pascal (Pa): 1bar=105 Pa
- Le psi (pound per square inch) : 1 psi=0,068 bar
Remarque la pression atmosphérique vaut environ 1 bar (elle varie avec l'altitude, la latitude et la météo).
L'animation suivante permet de comprendre la notion de pression :
2) La loi des gaz parfaits (loi d'Avogadro) :
Amédéo Avogadro
La loi d'Avogadro donne la relation qui lie température, pression et volume d'un gaz parfait : P.V/T=constante
Avec :
- P: Pression
- V: Volume
- T : Température
- Lorsque l'on chauffe une cocote minute (le gaz est prisonnier et son volume ne change pas), la pression du gaz augmente de manière directement proportionnelle à la température de la cocote.
- Lorsque l'on comprime une pompe à vélo, le volume d'air dans la pompe diminue alors la pression augmente ainsi que la température.
- Lorsque l'on appuie sur un bombe aérosol (déodorant, peinture...), le gaz qui était prisonnier de la bombe se détend. Le volume du gaz augmente alors la température et la pression diminuent.
3) Principe de la machine à vapeur :
Cette vidéo explique comment on peut faire avancer un piston grace à de la vapeur.
Sur la vidéo, nous voyons que :
Dans une chaudière, on chaufe de l'eau qui se transforme en vapeur. La chaudière étant fermée (ou presque), la vapeur est sous presion.
Cette vapeur sous pression est conduite dans la chambre d'un cylindre et va provoquer le déplacement du piston.
- Le piston a un déplacement rectiligne. Il faut transformer ce déplacement rectiligne en un mouvement de rotation.
Cela sera réalisé par une bielle et une manivelle.
- Le piston ne fait que sortir, or si on veut qu'il entraine le système bielle-manivelle-roue, il faut qu'il fasse des aller-retour.
Quand le piston est complétement sorti, on coupe l'alimentation en vapeur et on fait en sorte que la vapeur sous pression qui est prisonnière dans le cylindre puisse s'échapper (par une lumière ou un canal). Maintenant, pour le faire re-renter, il y a 2 possibilités :- Soit c'est l'inertie du piston qui le ramène. On dit alors que la machine vapeur est à simple effet, c'est à dire que le piston ne travaile qu'en sortant. C'est un peu la même chose lorsque l'on pousse quelqu'un sur une balançoire, on donne l'implusion que pour déplacer la balançoire vers l'avant (la balançoire revient toute seule)
- Soit on envoie la vapeur de l'autre coté du piston lorsque celui-ci est sorti, ce qui a pour effet de provoquer sa rentrée. On dit alors que la machine vapeur est à double effet, c'est à dire que le piston travaille en sortant et en rentrant.
4) La machine à vapeur simple effet :
5) La machine à vapeur double effet :
