l’histoire de la machine à vapeur - ac-nancy-metz.fr · 2015-06-23 · l’histoire de la...
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Progression Vapeur Annexes 1/14 V.2 1
Annexe 1
L’histoire de la machine à vapeur
Jusqu’au Moyen Age, la force musculaire de l’homme et de l’animal constituait la principale source d’énergie. Le paysan labourait son champ avec une charrue tirée par des animaux tels que les bœufs ou les chevaux.
Puis, peu à peu l’énergie du vent fut utilisée. Des moulins à vent furent construits et servaient à
moudre le grain. D’autres moulins étaient construits près des torrents, ce sont des roues à aubes. Ces nouvelles constructions diminuaient la charge de travail de l’homme, cependant, la productivité restait faible. De plus, il fallait, avant de construire ces moulins, prendre en compte les contraintes climatiques et géographiques.
Au XVIIe siècle, le chercheur français, Denis Papin entreprit des travaux sur l’utilisation de la
vapeur pour mettre en mouvement un piston. Ce n’est que vers la fin du XVIIIe siècle, que James Watt perfectionna la machine à vapeur. L’industrie avait gagné un moteur puissant et peu coûteux. La production des usines augmenta fortement, de nouvelles fabriques remplaçaient les ateliers trop peu rentables, trop petits.
Pour profiter de cette nouvelle source d’énergie, des inventions se succédèrent. En 1805, la
première locomotive à vapeur apparut. Des trains à vapeur parcouraient la France et l’Europe. Ils transportaient des marchandises que d’autres machines à vapeur avaient permis de fabriquer. Sur les mers, des bateaux à vapeur remplacèrent les bateaux à voiles. Le premier brevet pour une voiture fonctionnant avec de la vapeur fut déposé en 1836.
On parla alors de la première Révolution industrielle. Le début du XIXe siècle se caractérise par l’invention des moteurs au diesel, puis à l’essence et la production et l’utilisation de l’électricité. Des industries nouvelles de pointe, comme par exemple l’industrie automobile, l’industrie aéronautique apparaissent.
Progression Vapeur Annexes 2/14 V.2 2
Annexe 2a
Un modèle réduit de machine à vapeur
Progression Vapeur Annexes 3/14 V.2 3
Machine à vapeur à légender
Progression Vapeur Annexes 4/14 V.2 4
Annexe 2b
Machine à vapeur à légender : correction
La cheminée
Le sifflet
la soupape desécurité
Le hublot
Le brûleur
Le tuyau
Le volant d'inertie
La manivelle
Le piston
Le cylindre du piston
La cuvette decondensation
Progression Vapeur Annexes 5/14 V.2 5
Machine à vapeur : Modèle éclaté à légender
Progression Vapeur Annexes 6/14 V.2 6
La chaudière
La poulie
Le volant d'inertie
l'axe de rotation
La manivelle
Le piston
Le cylindre du piston
La cuvette decondensation
La cheminée
Le sifflet
la soupape desécurité
Le hublot
Le brûleur
Machine à vapeur : Modèle éclaté à légender correction
Progression Vapeur Annexes 7/14 V.2 7
Machine à vapeur : schéma fonctionnel
Progression Vapeur Annexes 8/14 V.2 8
Machine à vapeur : schéma fonctionnel corrigé
eau liquide
eau vapeur
feu
Annexe 3
Progression Vapeur Annexes 9/14 V.2 9
Lorsque l’eau bout « Lorsqu’on place de l’eau sur le feu, dans une casserole, on voit apparaître d’abord, quand elle commence à s’échauffer, de petites bulles très fines, qui s’élèvent à la surface. C’est de l’air, qui était en dissolution dans l’eau, et qui se dégage progressivement à mesure que la température s’élève. – Un peu plus tard, on commence à entendre un murmure particulier, qu’on exprime en disant que l’eau chante. En même temps, on aperçoit, au fond du liquide des bulles plus grosses ; mais elles apparaissent et disparaissent subitement, sans monter jusqu’à la surface. Ce sont des bulles de vapeur, qui se forment au contact de la paroi chauffée, mais qui se condensent brusquement, dès qu’elles rencontrent des couches d’eau moins chaudes. C’est le mouvement alternatif, ainsi imprimé à l’eau, qui produit le bruissement dont nous venons de parler. – Enfin, lorsque toute la masse de l’eau est arrivée à la température de 100o C, de grosses bulles de vapeur s’élèvent dans le liquide, en lui imprimant une agitation tumultueuse, et en venant crever à sa surface. C’est le phénomène de l’ébullition. »
Précis de Physique, E.FERNET 1889
L’évaporation Le passage de l’état liquide à l’état gazeux peut se produire seulement en surface : c’est l’évaporation. Le phénomène est alors plus lent et se produit à toute température (en dessous de 100°C). La chaleur porte l’eau à ébullition, permet et entretient le changement d’état. Au cours d’une évaporation, l’eau ne disparaît pas. Elle se transforme en vapeur d’eau qui se mélange à l’air ambiant. La vapeur d’eau n’est pas perceptible, elle incolore et inodore.
Progression Vapeur Annexes 10/14 V.2 10
Annexe 4
Schéma en 2 dimensions
Progression Vapeur Annexes 11/14 V.2 11
Schéma en 2 dimensions
eau liquide
eau vapeur
feu
Progression Vapeur Annexes 12/14 V.2 12
Annexe 6 L'ouverture du cylindre est en face du trou d'arrivée de vapeur.
Que se passe-t-il?
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Le piston met en mouvement la manivelle qui entraîne le volant d'inertie.A cause de la rotation de la manivelle, le cylindre se déplace : l'ouverture du cylindre vient en face du trou d'évacuation de la vapeur.
Que se passe-t-il?
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Le piston est de nouveau fonctionnel
Que devient la vapeur d'eau évacuée?
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Arrivée de la vapeur
Arrivée de la vapeur
Arrivée de la vapeur
Progression Vapeur Annexes 14/14 V.2 14