TOME II

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tous les physiciens, deux cas essentiels, suivant que les corps agissent thermologiquement les uns sur les autres à des dislances plus ou moins considérables, ou bien au contact immédiat. Le premier cas constitue ce qu’on nomme le rayonnement de la chaleur.

La communication directe de la chaleur entre deux corps parfaitement isolés l’un de l’autre a été long-temps niée par des physiciens qui regardaient l’air, «u tout autre milieu, comme un intermédiaire indispensable. Mais elle est maintenant incontestable , puisque l’action thermologiquè s’accomplit même dans le vide; outre que le peudedensite et la faible conductibilité de l’air ne sauraient évidemment permettre d’expjiquer, par sa seule intervention, les effets observés dans la plupart . des casordinaires. Cette action , ainsique celle delà gravité , s’étend sans doute à toutes les distances , conformément au rapprochement fondamental indiqué par Fourier entre ces deux grands phénomènes : car nous pouvons concevoir aujour*

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est encore si prononces chez la plupart des physiciens actuels , qu’on U été sur le point, an commencement «le ce siècle, d’admettre définitivement , en themudogie , comme on le fait en elcctrologic, deux fluides imaginaires, l’un ponr la chaleur, l’antre pour le froid, & cause des phénomènes connus sons le nom de réflexion du froid, qni , ayant été' d’abord mal analyses , ne paraissaient point suffisamment expliqués avec un fluide unique, dont on a fini néanmoins parta contenter.

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d’hui les divers astres de notre monde, comme exerçant à cet égard une influence mutuelle appréciable; et meme, la température propre à l’ensemble de notre système solaire paraît devoir être essentiellement attribuée à l’équilibre thermométrique vers lequel tendent toutes les parties de l’univers.

La première loi générale relative à une telle action , consiste dans sa propagation constamment rectiligne. C’est ce fait capital qu’on a tenté de formuler, d’après l’hypothèse du fluide calorifique, par l’expression de rayonnement , qui indique le trajet des molécules du calorique, et qu’on a Uuinsportée ensuite à l’hypothèse de l’éther, oirelle désigne les séries linéaires de vibrations. Mais la loi, en elle-même, est parfaitement indépendante de l’une ou l’autre supposition, et il importe beaucoup de l’en dégager, afin d’ôter à une vérité physique aussi essentielle l’apparence métaphysique d’une conception arbitraire. Cela n’empêche nullement de conserver l’expression utile de rayon de chaleur, pourvu qu’on la restreigne avec scrupule à désigner la droite suivant laquelle deux points agissent thermologiquement l’un sur l’autre; elle devient alors l’énoncé abstrait et concis de ce simple fait général , si fécond en applications importantes ; » 35..

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c’est selon une telle droite que doivent être placés les corps susceptibles d’absorber la chaleur pour empêcher cette action mutuelle.

Cette chaleur rayonnante peut être réfléchie comme la lumière, et conformément à la même règle, sous un angle de réflexion égal à celui d’incidence, comme le prouve la belle expérience des réflecteurs paraboliques. Quand elle est unie à la lumière, elle paraît éprouver les mêmes réfractions , sauf quelques différences notables qui seront indiquées ci- après : mais nous ignorons réellement s’il en est encore ainsi à l’égard de la chaleur obscure, vu la difliculté de distinguer suffisamment la chaleur simplement t^ismise par un corps intermédiaire de celle qui r^ralte de sou propre échauffement.

L’action thermologique que deux corps exercent directement l’un sur l’autre dépend certainement de leur distance mutuelle , de manière à s’affaiblir lorsque cette distance augmente. Ce décroissement parait même varier plus rapidement que la distance : mais on ignore encore quelle est sa loi véritable. On le suppose habituellement en raison inverse du carré de la distance. 11 y a heu de penser, néanmoins, que ce mode de variation a été bien plus imaginé qu’aperçu, soit afin d’obtenir une loi analogue à celle de la pe-

santeur, soit surtout par suite de la considération métaphysique sur la loi absolue des émanations quelconques. Aucun système d’expériences n’a jamais été jusqu’ici convenablement institué et exécuté pour résoudre directement une telle question, que ne sauraient traucher, sans doute, des conjectures aussi hasardées, et sur laquelle Fourier s’est sagement abstenu de prononcer.

Une autre condition générale relative à cette action thermologique, consiste dans la direction du rayonnement, envisagée, soit quant à la surface du corps échaufiànt, soit quant à celle du corps échauffé. Les expériences de M. Leslie, parfaitement confirmées d’ailleurs, comme l’indiquera la leçon suivante, par la théorie mathématique de la chaleur rayonnante, ont établi que, sous l’un ou l’autre rapport , l’intensité de l’action est d’autant plus grande que les rayons sont plus rapprochés de l’une ou de l’autre normale, et qu’elle varie proportionnellement au sinus de l’angle qu’ils forment avec chaque surface.

Enfin, la différence des températures entre les deux corps considérés constitue le dernier élément fondamental, et le plus important de tous, en continuant à analyser le phénomène d’une manière entièrement générale. Quand cette différence n’est pas très grande, l’intensité du phéno-

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mène lui est exactement proportionnelle, d’après

les expériences les plus précises; mais cette relation parait cesser lorsque les températures deviennent extrêmement inégales, et l’on ignore jusqu’à présent quelle est alors la véritable loi, quoiqu’il ne soit pas douteux que l’action continue toujours à dépendre exclusivement de la température relative.

Telles sont les lois élémentaires de l’influence thermologique mutuelle de deux corps quelconques, isolés l’un de l’autre, en supposant que la chaleur soit directement transmise. La chaleur lumineuse exigerait d’ailleurs une nouvelle distinction, relative à la couleur de la- lumière; car les diverses parties du spectre solaire sont loin , comme on sait, de posséder au même degré la propriété d’échauffer. Mais , d’après les considérations très judicieuses présentées tout récemment à ce sujet, par M. Melloni, cette question réclame un examen plus approfondi, où l’on ait égard à l’action thermologique du prisme que la lumière a dû traverser avant de fournir le spectre solaire. Car suivant les expériences de ce physicien, le maximum de chaleur, que jusque alors on croyait invariablement fixé un peu au-delà des rayons rouges, passe successivement dans presque toutes les portions du spectre, en faisant convenable-

Digitizec

ment varier la nature et même seulement les dimensions du prisme.

Quand lp rayonnement calorifique, au lieu d’être direct, s’effectue à travers un intermédiaire susceptible de le transmettre, les conditions fon-» « damentales signalées ci-dessus se compliquent de nouvelles circonstances, jusqu’ici peu étudiées, relatives à l’action du corps interposé. On doit à Saussure une belle série d’expérieuces, toutefois trop peu variées, sur l’iufluence d’une suite d’enveloppes transparentes pour altérer notablement le mode naturel d’accumulation ou de déperdition de la chaleur , soit lumineuse , soit surtout obscure. Plus tard , M. Melloni a signalé une distinction essentielle, jusque alors méconnue, entre la transmission de la chaleur et celle de la lumière, en prouvant irrécusablement que les corps les plus diaphanes ne sont pas toujours ceux que la chaleur traverse le mieux, comme on le croyait habituellement avant lui.

Quelque avantage qu^doiveut trouver les physiciens, afin de mieux analyser les phénomènes thermologiques, à etudier le rayonnement de la chaleur à part de sa propagation au contact, il est néanmoins évident que, dans la nature, ccs deux modes sont toujours et nécessairement liés , quoique à des degrés souvent fort inégaux. Car indé-

pendamment de ce que l’air constitue presqtie toujours un intermédiaire inévitable, qui concourt à la production de l’équilibre thermométrique entre deux corps éloignés, on voit que c’est seulement l’état de la surface qui peut être déterminé par le simple rayonnement , soit que la température s’élève ou s’abaisse. Pour chacun des deux corps , les parties intérieures , qui contribuent aussi bien que les surfaces à l’état final, ne peuvent s’échauffer ou se refroidir que par voie de propagation contiguë et graduelle. Ainsi, l’étude de la chaleur rayonnante serait, par ellemême, insuffisante à analyser complètement aucun cas réel. De même, en sens inverse, outre que des circonstances artificiellement combinées peuvent seules mettre les deux corps à l’abri de tout rayonnement extérieur, leur action thermologjr que réciproque ne saurait avoir lieu au simple contact que dans les parties nécessairement limitées où celte contiguité existe, et le phénomène s’accomplit toujours inévitablement sous influence pins ou moins importante du rayonnement mutuel de tous les autres points des deux surfaces. Cette combinaison intime et permanente rend très difficile l’analyse exactqdes deux modes fondamentaux de l’action lhermologique, quoique leur distinction n’en soit pas moins réelle. ■'!'

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Parmi les trois conditions générales indiquées ci-dessus, relativement à l’intensité de cette action quand elle s’exerce à distance, la différence des températures, qui constitue, il est vrai, la principale, est la seule qui se reproduise certainement et d’une manière identique à l’égard de la propagation de la chaleur par contigui^. Puisque dans ce cas, les températures des parties simultanément considérées sont nécessairement beaucoup moins inégales, la loi qui fait croître l’influence thermologique proportionnellement à leur différence, peut même y être presque toujours regardée comine l’expression exacte de la réalité. Quant à la loi relative à la direction , elle paraît s’y maintenir aussi, sans qu’on ait pu toutefois s’en assurer formellement jusqu’ici. Mais celle qui concerne la distance doit s’y trouver totalement changée : car , d’une part, l’action des molécules presque contiguës ne saurait être à beaucoup près aussi grande que l’indiqueraient les variations qu’on éprouve tant que les distances restent appréciables 5 et, d’un autre côté, en comparant entre eux les divers petits intervalles, le décroissement est sans doute bien plus rapide qu’à l’égard des corps éloignés.

Quel que soit le mode général suivant lequel s’accomplisse l’éohaufïément de l’un des corps et

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le refroidissement de l’autre , l’état final qui s’établit, conformément à ces lois fondamentales, est déterminé numériquement par trois coefficiens essentiels, particulièrementaffectés à chaque corps naturel, comme l’est, en barologie, sa pesanteur spécifique , et qu’il faut maintenant caractériser.

Avant Fourier , les physiciens avaieut toujours confondu sous le nom commun de conductibilité , deux propriétés thermologiques très différentes , dont les divers degrés d’intensité sont bien loin de se correspondre exactement dans un grand nom- , bre de cas : i* la faculté pour chaque corps d’admettre, par sa surface, la chaleur extérieure, ou , en sens inverse, de laisser dissiper au dehors-ça chaleur superficielle ; a0 la facilité plus ou moins grande qu’il présente à propager graduellement dans l’intérieur de sa masse les changemens quelconques survenus à sa surface. Fourier a proposé de désigner ces deux qualités par les dénominations très expressives de pénétrabilité et de perméabilité , dont l’usage deviendra sans doute universel , quand on aura convenablement senti l’importance d’une telle distinction élémentaire.

La conductibilité intérieure, ou perméabilité, ne dépend essentiellement que de la nature du corps et de son état d’agrégation. Elle peut présenter , d’un corps à un autre , d’immenses djflTé-

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rences , dont les plus prononcées ont été reconnues de tout temps par tous les hommes, en opposant, par exemple , à la propagation si facile et 6Î prompte de la chaleur dans l’intérieur de beaucoup de métaux, son mouvement si lent et si pénible dans le charbon, qui, incandescent en certains points , est à peine sensiblement échauffé à quelques centimètres de là. Elle varie d’une manière non moins évidente, avec la constitution physique des corps. La fluidité la diminue tellement , que des physiciens aussi éminens que Rumford ont pu aller jusqu’à en nier complètement l’existence dans les liquides, où la propagation de la chaleur serait ainsi uniquement attribuée à l’agifation intérieure qu’elle y produit nécessairement. Quoique des expériences décisives aient montré ensuite la fausseté de cette opinion, U est demeuré incontestable que la perméabilité proprement dite est extrêmement faible dans les liquides, et moindre encore dans les gax*

Quanta la conductibilité extérieure, ou pénétrabilité , elle varie sans doute suivant la nature des corps et leur état d’agrégation. Mais elle dépend, en outre, et principalement, des circonstances purement relatives à leur surface extérieure. On sait, par exemple , que la couleur seule de cette surface

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exerce, à cet égard, une très grande influence. Il en est encore ainsi de son degré de poli, de la manière plus ou moins régulière dont elle peut être rayée en divers sens , et de plusieurs autres modifications, insignifiantes en apparence, dont les effets généraux ont été soigneusement étudiés par les physiciens. Toutes ces variations se manifestent d’ailleurs identiquement, soit que le corps s’échauffe, soit qu’il se refroidisse. Enfin, la pénétrabilité est assujettie, par sa nature, à changer, pour une même surface, successivement exposée à l’action de divers milieux.

En principe , les degrés si diflërens que peuvent nous offrir ces deux sortes de conductibilité ne sauraient influer, sans doute, sur l’état thermologique final qui tend à s’établir entre deux corps quelconques par suite de leur action mutuelle, mais seulement sur l’époque de son entier établissement dans chacun d’eux. Toutefois, comme les questions réelles deviennent souvent, à tous égards-, de pures questions de temps , il est clair que , si ces inégalités sont très prononcées , elles doivent influer effectivement sur l’intensité même des phénomènes que nous observons. Si , par exemple, la perméabilité est assez faible pour qu’on ne puisse produire, en temps opportun, une température déterminée dans l’intérieur du

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corps sans appliquer à quelques parties de sa surface une chaleur capable de les fondre ou de les brûler, le phénomène ne pourra évidemment avoir lieu, à moiris d’y employer un temps démesuré. En général, plus l’une et l’autre conductibilité seront parfaites, mieux les corps se conformeront réellement aux lois fondamentales de l’action thermologique, à distance, ou au contact. Il serait donc très important de mesurer exactement les valeurs effectives de ces deux coelficiens pour tous les corps étudiés. Malheureusement, ces évaluations sont jusqu’ici extrêmement imparfaites. On conçoit aisément que les expériences de conductibilité, d’ailleurs peu étendues, tentées a van t la distinction élémentaire établie par Fourier, ne sauraient fournir, à cet égard , que desrenseignemens fort équivoques, avec quelque soin qu’elles eussent été exécutées , puisque la pénétrabilitéet la perméabilité y étaient toujours confondues. Il est difficile de les instituer de manière à apprécier sûrement l’influence précise propre à chacune de ces qualités. Toutefois, Fourier a indiqué, d’après sa thermologie mathématique, les moyens généraux d’évaluer directement la perméabilité , et, par suite , de mesurer indirectement la pénétra bili té, en défalquant, dans la conductibilité totale, jusque alors seule évaluée , la part de la première propriété.

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Mais l’application de ces procédés est encore à peine ébauchée.

Une dernière considération spécifique, qui concourt, avec les deux précédentes, à tégler, dans les différens corps, les résultats définitifs de leur action thermologique, résulte de ce que, soit sous le même poids, soit à volume égal , les diverses substances consomment des quantités distinctes de chaleur pour élever également leur température. Cette importante propriété, dont on n’a commencé à se faire une juste idée que dans la dernière moitié du siècle précédent, dépend essentiellement, comme la perméabilité, de la nature des corps et de leur constitution physique, quoique celle-ci y infiue beaucoup moins : elle paraît, au contraire, lout-à-fait indépendante des circonstances superficielles qui font tant varier la pénétrabilité. On là désigne habituellement sous la dénomination assez heureuse de chaleur spécifique. Elle doit évidemment exercer une inüuence directe et inévitable sur la valeur de la température commune due à l’équilibre thermologique de deux corps quelconques, et qui ne saurait être également éloignée de leurs températures primitives, si, tout étant d’ailleurs parfaitement semblable, ils diffèrent sous ce seul rapport. L’évaluation exacte des chaleurs

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spécifiques a donc une très grande importance en thermologie. Les physiciens s’en sont convenablement occupés , et avec beaucoup de succès. La méthode primitive, imaginée par Crawford, et qu’on a nommée la méthode des mélanges , consiste précisément à comparer entre elles les différences de la température commune, une fois bien établie, aux deux températures initiales, pour des poids ou des volumes égaux des deux substances. Mais il est difficile d’obtenir ainsi des résultats bien précis , puisqu’il faudrait pour cela que le mélange et l’action fussent très rapides, et même que le vase et le milieu dans lesquels le phénomène s’accomplit fussent placés d’avance à cette température commune , conditidh évidemment impossible à remplir avec exactitude. Ce procédé n’est réellement applicable, d’une manière suffisamment approchée , que lorsque l’un des corps , au moins, est à l’état liquide ; il a aussi été heureusement modifié à l’égard des gaz. La précieuse invention du calorimètre, par Lavoisier et Laplace , a fourni plus tard un moyen bien autrement exact , et surtout entièrement général, pour l’évaluation des chaleurs spécifiques. 11 consiste à évaluer directement la quantité de chaleur consommée par un corps dans une élévation déterminée de sa température , d’après la quantité de

glace que peut fondre la chaleur qu’il dégage, eu revenant de la plus haute température à la plus basse. En prenant les diverses précautions nécessaires pour éviter toute action thermologique du vase et du milieu, ce que l’appareil permet aisément d’obtenir, l’exactitude d’un tel procédé ne laisse rien d’essentiel à désirer, si ce n’est envers les gaz, dont les chaleurs spécifiques sont jusqu’ici moins parfaitement connues.

Tels sont les trois coelficiens fondamentaux servant à fixer les températures finales qui résultent de l’équilibre thermologique entre les différens corps. Il est naturel de les supposer d’abord essentiellement uniformes et constans , jusqu’à ce qu’itne exploration plus approfondie ait dévoilé clairement aux physiciens les lois de leurs variations effectives. Néanmoins, il serait peu rationnel de concevoir la conductibilité comme nécessairement identique en tous sens, au moins dans un grand nombre de corps, dont la structure varie certainement suivant plusieurs directions distinctes. De même , pour la chaleur spécifique , il est évidemment très vraisemblable qu’elle éprouve des changemens notables à des températures fort écartées, et surtout dans le voisinage de celles qui déterminent un nouvel état d’agrégation , comme quelques expériences

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paraissent l’avoir déjà nettement indiqué. Toutefois, ces différentes modifications sont encore tellement incertaines et surtout si peu connues , que les physiciens ne sauraient être blâmés aujourd’hui de ne pas les prendre en considération habituelle.

• Caractérisons maintenant la seconde partie essentielle de la thermologie, celle qui concerne les altérations plus ou moins profondes déterminées par la chaleur dans la constitution physique des corps.

Il n’y a peut-être aucun corps dont la structure ne soit, à quelques égards, modifiée pour toujours par une variation de température un peu considérable. IMais il ne saurait être ici question de ces changemens permanens, dont l’e'tude est d’ailleurs jusqu’à présent à peine effleurée, et ne se rattache encore à aucune notion générale. Ils appartiennent, par leur nature, à ce que j’ai nommé, au commencement de cet ouvrage, la physique concrète , c’est-à-dire à l’histoire naturelle du corps correspondant, et nullement à la physique abstraite, seul objet de notre examen philosophique. En tout cas, ils ne se rapporteraient point à la théorie de la chaleur, et rentreraient essentiellement dans l’étude méca-