QUATORZIÈME LEÇON

Poniroir ëmifltif. — Hypothèse du r&yonnemcnt particulaire. — Transparence dci oorpt pour la cfaaiflor. — Appareil de H . Slelloni. — Corps diathermanet. — Rayon» de chaleur de diffe'renlea etpécoa.

Pouvoir 224. La nature de la substance qui forme la surface d'un corps

chaud influe beaucoup sur la quantité de chaleur qu'il émet Si l'on présente au réflecteur de l'appareil de Leslie un cube rempli d'eau bouillante, dont les faces planes latérales, successivement amenées perpendiculairement à Taxe du miroir, soient recouvertes de couches de substances difiérentes , les excès de température indiqués par le thermomètre focal pourront servir de mesure aux pouvoirs émÙ4tifê des substances éprouvées ; car la température de la source, la dislance et l'étendue de la surface rayonnante, les directions des rayons de chaleur émis et qui tombent sur le réflecteur, restant les mêmes, le changement apporté dans l'état ou la nature de la surface du corps chaud est la seule cause à laquelle on puisse attribuer la difiiérence des eflets observés. En représentant par 100 le pouvoir émissif du noir de fumée, dont la coucbe occasionne le plus grand efiet sur le thermomètre, Leslie a trouvé que les eflets produits par d'autres couches, ou les pouvoirs émissifs de leurs substances , étaient représentés par les nombres sui- Tants: papier 08, verre à vitre 90, encre de Chine 88, verre à glace 85, mercure 20, plomb 19, fer 15, étain, argent, cuivre 12. On peut énoncer ces résultats autrement, en admettant qu'une oouche superficielle de noir de fumée livre passage à tous les rayons de chaleur qui tendent à sortir, tandis qu'une surface d'une autre nature agit pour en diminuer le nombre. D'après cela, sur 100 rayons de chaleur qui se présentent à la sortie , le papier en arrête 2, le Terre 9, l'encre de Chine 12, le verre à glace 15, le mercure 80, le plomb 81, le fer 86, l'étain, l'argent, le cuivre 88. Les rayons ile chaleur qui ne peuvent sortir sont forcés de rentrer dans le corps comme par une sorte de réflexion intérieure, et sous ce point de Tue les nombres qui précèdent peuvent représenter le pouvoir ré'

QUATOBZnànB LEÇON. 207

fléchisnot interne des substances éprouvées: celui du noir de fu* mée sera zéro.

Cette manière de concevoir les phénomènes dont il s'agit les attribue à une résistance plus ou moins grande que la couche superficielle appose à la transmission de là chaleur rayonnante, ou à la faculté qu'elle possède de faire rebrousser chemin à une certaine partie des rayons qui se présentent sur une de ses faces. Si celte hypothèse a quelque réalité, les modifications éprouvées par la sur* face d'un même corps , qui lui font réfléchir une plus grande proportion des rayons venant de l'extérieur , doivent aussi augmenter son pouvoir réfléchissant interne ou diminuer son pouvoir émissif. C'est en efict ce qui arrive : le pouvoir émissif d'un même corps décroît à mesure que le poli de sa surface augmente; mais l'expérience , en constatant ce fait , n'a pu indiquer sa loi, à cause de l'impossibilité de mesurer le degré de polissage.

225. II était important de rechercher si l'épaisseur de la couche de matière éprouvée influe sur le pouvoir émissif. Qn a constaté par le procédé d'expérience qui précède que les métaux produisent toujours sensiblement le même 60*61 sur le thermomètre focal, quelque petite que soit l'épaisseur de leur feuille, et quelle que soit la substance sur laquelle elle est appliquée; on a trouvé le même résultat pour les couches les plus minces de noir de fumée. Mais on peut .prouver, en employant d'autres substances, que la couche superficielle doit avoir une certaine épaisseur pour produire un cfiet constant et indépendant de la nature du support. On se sert à cet effet de la gomme ou de la résine, dont on peut obtenir des couches beaucoup moins épaisses qu'une feuille d'or, en dissolvant ces substances dans l'eau ou l'alcool , et appliquant ensuite avec un pinceau une petite portion de la dissolution sur une face latérale du cube des expériences précédentes; une couche ainsi préparée peut n'avoir que ^^-^ de pouce d'épaisseur* L'expérience prouve que Tépaisseur totale doit être d'au moins r^^ de pouce, pour que la couche de gomme ou de résine produise sur le thermomètre focal l'e&et propre à ces substances; pour des épaisseurs moindres l'efl'ot produit est variable, il reste constant pour des épaisseurs plus grandes.

Ainsi l'intensité de la résistance que la dernière couche d'un corps chaud oppose au passage de la chaleur, ou la grandeur du pouvoir qu'elle possède de réfléchir intérieurement une portion des rayons qui tendent à sortir , dépend de l'épaisseur de cette couche. On pouvait donc présumer, dans l'hypothèse du § 224, que des couches lé-

ticulaire.

208 COURS DE PnTSIQUB.

gères de gomme au de résine, d'épaisseurs difiérentes mais moindres que-jô(jô ^^ pouce, appliquées sur la surface même du réflecteur devaient modifier son pouvoir réfléchissant externe. Et en efiet, ëi tournant toujours vers le miroir la face du cube recouverte de noir de fumée, on étend successivement de nouvelles couches de gomme de ~5^ de pouce sur le réflecteur, on remarque que la température stationnaire du thermomètre focal varie à chaque nouvelle couche ajoutée, jusqu'à ce que l'épaisseur totale soit d'environ ,-^ de pouce; et que pour des épaisseurs plus grandes l'efict produit devient constant.

nypoiiièsc 226. On peut coordonner tous ces faits , en admettant que chaque mcnt^pal^ particulc poudérablc émet dans toutes les directions des rayons de chaleur dont l'intensité dépend principalement de sa température, et qu'elle jouit en outre de là propriété d'arrêter et de réfléchir de certaines fractions des rayons qui se présentent pour traverser son système , ou passer dans son voisinage ; cette dernière action pouvant varier d'intensité suivant la nature de la particule, et la densité plus ou moins grande du corps auquel elle appartient. En efiet , posant cette hypothèse en principe , on en déduit rigoureusement les conséquences suivantes.

La chaleur qui s'échappe d'un corps est rayonnée non-seulement par les particules qui forment sa surface , mais aussi par celles situées à une certaine profondeur. Toutefois la partie d'un rayon de chaleur lancé au dehors dans une certaine direction, qui provient d'une molécule intérieure , est d'autant moindre que cette molécule se trouve située plus profondément , ou que la chaleur qu'elle émet dans cette direction a éprouvé plus de pertes , en traversant un plus grand nombre do systèmes de particules plus voisins de la surface ; en sorte que les rayons émis par les particules situées au delà d'une certaine limite de distance de cette surface, peuvent être complètement éteints avant de l'atteindre. La limite d'épaisseur d'où la chaleur émei^ente peut provenir change d'une substance à une autre; par exemple, elle est d'environ -j^ de pouce pour la gomme ou la résine.

La loi suivant laquelle décroit, à partir de la surface , la portion de chaleur rayonnante qu'une molécule de l'intérieur peut envover au dehors, varie avec la nature du corps , ce décroissement devant être d'autant plus rapide que l'action des molécules pondérables sur les rayons qui traversent leurs systèmes est plus intense. Enfin la quantité totale de chaleur qui s'échappe par la surface , ou l'intégrale des portions provenant de l'intérieur dépend de la loi précé* dente ; clic est donc elle-même variable d'un corps à un autre , et

QUATOEUSMX LBÇOV. 209

rinégalilé des pouToirs émissifs se trouve ainsi expliquée. Lorsqu'on applique sur on corps une couche d'une antre substance, d'une épaisseur moindre que la limite de son rayonnement efficace, cette oonehe se laisse traverser par une portion de chaleur provenant des molécules superficielles du corps, et même de celles situées à une certaine profondeur; il en résulte une sorte de discontinuité ou d'hétérogiënéité dans la loi de décroissement définie ci-dessus , et le pouvoir émissif résultant n'est ni celui du corps, ni celui de la sabstaoce qui forme la couche.

Si maintenant on considère un faisceau de rayons de chaleur tombant de rexiérienr sur la surface d'un corps, il pénétre dans les systèmes successiis des particules de la première couche ; chacun d'eux lui fait éprouver une perte et une réflexion partielles; et s'il peut être complètement éteint ou réfléchi à une certaine profondeur, on conçoit que cette profondeur n'est autre que l'épaisseur limite du rayonnement efficace lors de rémission , puisque l'intégrale des pertes, qui dépend du nombre des systèmes de particules traversées, croit de la même manière dans les deux cas. Si le corps est recouvert d'une couche étrangère , moins épaisse que la limite de pro« fondeur qui Ini correspond , le faisceau incident n'est pas complètement éteint ou réfléchi avant d'atteindre la surface de ce corps ; ces dernières parties y pénètrent donc, et la loi de leur décroissement devenant diflérente, le pouvoir réfléchissant total n'appartient ni à la couche superficielle, ni a la substance de son support, 227. La loi de l'intensité de la chaleur émise obliquement par la surface d'un corps , est une conséquence nécessaire de la théorie précédente. En efiet , soit o) un élément circulaire plan , pris sur la p,^ ,33 surface rayonnante, et désignons par X la limite de profondeur du rayonnement; les rayons de chaleur émis normalement à la surface, et qui en sortent par l'élément considéré , proviennent des molécules pondérables contenues dans le cylindre droit uG, ayant pour base u et pour hauteur X; ceux envoyés au dehors dans la direction oblique <u I , faisant un angle a avec la surface, proviennent des molécules renfermées dans un cylindre oblique 6)G', dont les arêtes ont encore pour longueur X, mais dont la section normale (ù\ inclinée sur la base a> d'un angle {j — a) , est égale à o) sin. ou Or deux rayons , l'un parallèle à (i)N, l'autre à ul, ont la même intensité; car ils sont composés de deux séries de portions de chaleur respectivement égales , <;orome provenant de molécules situées à la même profondeur sur les deux rayons. Les quantités de chaleur émises dans les deux directions, à travers l'élémeut 6>| ne dépendent

210 COURS DS PHTSIQtne.

donc quo des nombres de rayons compris dans les deux faisceaux y lesquels sont et idemment proportionnels aux sections normales a> et cj sin. a faites dans les deux cylindres. Ainsi i étant Tintensité de la chaleur émise normalement, i sin. a doit être celle de la chaleur emportée par les rayons obliques.

L'hypothèse posée ($ 226) explique donc complètement les faits relatifs à la chaleur rayonnante que nous avons énoncés jusqu'ici ; mais ayant de pouvoir être adoptée elle doit subir d'autres vérifications. Elle suppose d'abord que de la chaleur rayonnante peut traverser sans être éteinte ou réfléchie une certaine étendue d'un milieu pondérable. Elle conduirait en outre à cette conséquence, que les corps qui peuvent émettre le plus de chaleur sont ausai ceux qui peuvent absorber la plus grande partie de celle tombant sur leur surface ; car dans les deux cas l'effet résultant dépendrait uniquement des pertes par réflexion que les rayons de chaleur éprouveraient en traversant la couche superficielle. Or il importe de rechercher si cette supposition et cette conséquence^ que les faits déjà cités rendent extrêmement probables, peuvent être vérifiés directement par l'expérience.

Transpa- 228. Dcs cxpérieuces directes prouvent que certaines substances,

dercô!^s 1g verre par exemple, sont transparentes pour la chaleur rayonnante. ciTakur ^^ ''^^ détermine au moyen de l'appareil de Leslie le pouvoir émîssif d'un corps chaud placé à une certaine distance, et qu'on interpose ensuite entre ce corps et le réflecteur un écran de verre y le thermomètre focal s'abaisse, mais il conserve encore un excès de température stationnaire. On doit conclure de là qu'une partie de la chaleur rayonnée vers le réflecteur traverse l'écran diaphane. En eflet,on ne saurait attribuer l'excès observé à la chaleur émanée du verre lui-même , dont la température peut s'élever par le voisinage du corps chaud ; car si l'on recouvre de noir de fumée la face de l'écran qui regarde le réflecteur , ce qui doit augmenter la chaleur qu'elle émet, on remarque que l'eflet produit sur le thermomètre à air devient moindre, tandis qu'il devrait être plus grand si réchauffement de récran occasionnait seul le premier excès.

On peut d'ailleurs écarter tout doute sur l'origine véritable de Teffet produit, en prenant pour écran un plateau de verre qu'on fait tourner très-rapidement de manière à renouveler les parties exposées à l'action la plus directe de la chaleur rayonnante, et à empêcher ainsi l'élévation de leur température. Dans ces circonstances le thermomètre focal estencore influencé. Enfin M. Prévost a constaté le passage de la chaleur rayonnante à travers les liquides, en faisant

QUATORZI&HB UÉÇOIf. 211 '

oottler, entre le thermoiDètre et le corps chaud y une nappe d'eau qui par sa chute rapide ne pouTait s'échauffer. Delaroche , qui mit le premier hors de doute la transparence de certains corps pour la chaleur, constata que l'effet thermométrique produit par la chaleur qui traverse librement un écran diaphane, croit a^ec la température de la source dans un plus grand rapport que cette température. Il reconnut aussi que si Ton place, entre le corps chaud et le thermomètre, deux écrans de irerre de même épaisseur, le second fait éprouirer à la chaleur qui se présente pour le traverser une perte proportionnellement moindre que le premier.

229. Mais pour étudier d'une manière plus complète les proprié- Apparea tés de la chaleur rayonnée à travers les corps solides et liquides, il m. Vieiioni. faut se servir d'un appareil beaucoup plus sensible que celui de Leslie, et qu'il convient de décrire ici quoique les faits sur lesquels il s'appuie appartiennent à une théorie physique qui sera développée plus tard. La partie principale de cet appareil est une chaîne métallique y composée d'une cinquantaine de petites barres d'antimoine et de bismuth , alternativement soudées les unes aux autres, ayant chacune 28 millimètres de longueur sur 2 millimètres carrés de section. Cette chaîne pliée en faisceau forme une masse parallélipipédique; les extrémités libres du polygone apparaissent sur fia. 134. une des bases du prisme, dite postérieure , et qui contient en outre tontes les soudures d'ordre pair; celles de l'ordre impair se présentent à l'autre base, appelée antérieure.

Un fil de cuivre entouré de soie part d'une des extrémités de la chaîne, s'enroule un grand nombre de fois sur un cadre rectangulaire vertical en bois; et aboutit ensuite à la seconde extrémité du polygone. Au milieu du cadre, et au-dessus de son c6té supérieur, fio. 135. sont disposées deux aiguilles aimantées horizontales, qui traversent en sens contraire l'une de l'autre une paille suspendue verticalement par un fil de soie sans torsion. Un limbe gradué de carton , percé en son centre d'un trou où la paille passe librement, est fixé horizontalement au-dessus du cadre et au-dessous de l'aiguille supérieure , de telle manière que le diamètre correspondant à 0^ soit parallèle aux longs côtés du rectangle. Le cadre doit être orienté de telle sorte que l'aiguille visible s'arrête au-dessus de ce diamètre, dans la position d'équilibre du système, sous l'action seule des forces magnétiques du globe. La pointe de l'aiguille alors située sur le zéro de l'échelle est l'index de l'instrument.

Le faisceau formé par la chaîne métallique porte le nom dépité thêrmfi-ékeirijue ; le fil de cuivre, le cadre qu'il entoure, et la

paille mobile avec les deux aiguilles , composent un système appelé Galvanomètre, Voici maintenant le jeu de l'appareil : Taiguille du gahanométre, qui reste fixe au zéro de l'échelle lorsque les deux faces de la pile sont également échauffées , est dériée rapidement dans un sens ou dans l'autre aussitôt que les températures des deux iaces deviennent inégales; la main présentée à dislance derant la face antérieure suffit pour produire unedétintion. La marche inégale de la chaleur dans la chaîne hétérogène fait naître un courant élec> trique dans le circuit métallique fermé par le fil du galvanomètre y et ce courant occasionne la déviation du système des aiguilles aimantées. Tels sont les deux faits , empruntés à une autre théorie physique, qui servent de base à l'appareil thermo-électrique, que les découvertes récentes et les perfectionnements dus i M. Melloni ont rendu l'un des instruments les plus précieux de la physique actuelle.

Fia. 136. l'A pîle forme un prisme droit dont chaque base carrée a 4 centimètres environ de côté. Le faisceau est entouré d'un anneau carré en cuivre mince, garni intérieurement avec du carton, et fixé sur un support de manière que l'axe de la peli soit horizontal. De chaque côté de l'anneau est adapté un tube en cuivre de 6 centimètres de longueur, poli à l'extérieur et noirci sur sa surface interne. A une certaine dislance en avant de la pile sont des sop* ports destinés à recevoir deux écrans. Ces écrans consistent en de grandes plaques métalliques ; l'une mobile et complètement opaque e:$t placée plus près de la source de chaleur, et sert à intercepter oa à rétablir son action ; l'autre fixe et plus voisine de la pile est percée d'une ouverture égale a celle des tubes , et disposée de manière à former un diaphragme qui ne fasse parvenir à la pile que des rayons à peu près parallèles à son axe. Derrière la pile on place un troisième écran, opaque et mobile; enfin les ouvertures des tubes peuvent être fermées par de petiles plaques métalliques de même dimension , qui glissent sur leurs bords en tournant à frottement dur autour d'axes horizontaux.

Nous supposerons d'abord que la source de chaleur soit une lampe d'Argant à double couraatd'air munie d'un verre et aliœ^itée d'huile très-pure par un courant constant, en sorte que sa flamme puisse conserver une température invariable pendant une ou deux heures. Cette lampe doit être placée sur l'axe de l'appareil à une distance constante , que Ton détermine de telle manière que la chaleur transmise à la pile par l'ouverture du diaphragme fasse dévier l'aiguille du galvanomètre de 30^ Le support de l'écran ouvert est

QUATOEZIEMB LBÇOIC.

eosaite amené au milieu de celte distance. Enfin on place entre ce support et la lampe l'écran opa^e et mobile.

230. Les différentes parties de l'appareil étant ainsi disposées y si Ton écarte l'écran opaque , on remarque que Taigaille dévie ra* pîdement vers 30®, position qu'elle atteint et dépasse même en 5 à 6 secondes pour ne l'occuper définitivement, après plusieurs oscillations, qu'au bout de 90" , ou d'une minute et demie. Si l'on intercepte de nouveau l'action de la source par l'écran opaque, et qu'on établisse, du cAté du diaphragme opposé à la pile une plaque de Terre à glace qui masque son ouverture, aussitét que le rayonnement de la chaleur est rétabli , l'aiguille du galvanomètre part de zéro, est chassée en 5 ou 6" à près de 21^,5', mais se rapproche ensuite et oscille dans un arc de moins en moins étendu ; enQn encore au bout de 90" elle atternt définitivement 20^

Lorsqu'on répète cette eipérience sur d'autres lames de verre ou d'un autre corps diaphane , d'épaisseurs très-différentes , le galvanomètre indique des déviations plus ou moins grandes , mais le temps que l'aiguille met à atteindre sa position d'équilibre est toujours h même. La constance de éet intervalle de temps prouve que , dans ces circonstances, la pile est uniquement influencée par la chaleur transmise à travers le corps diaphane, sous forme de rayonnement direct et instantané de la source à la pile , et que réchauffement propre du corps interposé no peut exercer d'action sur l'instrument. C'est d'ailleurs ce que l'on met hors de doute en masquant l'ouverture du diaphragme par une lame de verre noircie vers la source, car l'aiguille reste alors stalionnaire au zéro de déviation quoique la lame interposée doive ici s'échauffer davantage.

Après chaque observation , il faut attendre pour en faire une nouvelle que l'aiguille soit revenue au zéro de déviation. Elle ne prend ordinairement cette position qu'au bout de 7à 8 minutes et souvent plus lorsque l'action de la source a été forte et prolongée. Mais l'expérience indique qu'on peut diminuer beaucoup ce temps, en approchant une bougie à une distance convenable du cAté de la pile opposé au diaphragme ,et en interceptant son action lorsque l'aiguille a atteint le zéro, position qu'elle ne quitte plus quand toute la pile se refroidit uniformément. L'écran mobile placé derrière la pile sert ainsi à abréger la durée des épreuves.

231 . Pour pouvoir étudier complètement , au moyen de l'appareil thermoscopique que nous venons de décrire ^ l'influence que le poli des surfaces, l'épaisseur et la nature des corps diaphanes exercent sur les quantités de chaleur qui les traversent sous forme rayon-

Mode

d' observation.

Table de graduation.

COURS DU PHTSIQUB.

InOuence

du poli des

sorfacei.

D^rolsse-

ment des pertes.

oante , il faut chercher d'abord la relation qui eiiste entre la déria* tion indiquée par l'aiguille du galvanomètre et l'énergie du courant thermo-électrique qui l'occasionne; puis il importe de savoir comment cette énergie s'accroît ayec la quantité de chaleur qui toml>e sur une des faces de la pile. Or M. Helloni a indiqué un mojen très-exact, que nous décrirons plus tard, de déterminer les divers éléments d'une table particulière à l'instrument dont on se sert^ et qui donne pour chaque déviation le rapport de l'intensité du courant qui lui correspond à celle d'un courant qui ne ferait d'évier l'aiguille que d'un degré; et l'on reconnaît que les nombres fournis par cette table peuvent être regardés comme proportionnels aux quantités de chaleur reçues par la pile , quand l'aiguille subit les dériations correspondantes. Car si l'on observe les déviations produites par une même source de chaleur que l'on fait successivement stationner à différentes distances de la pile thermoélectrique, les nombres correspondants donnés par la table reproduisent assez exactement la loi de la raison inverse du carré de la distance.

232. Voici maintenant les principaux résultats que M. Melloni a obtenus au moyen de son appareil. Il plaça successivement devant l'ouverture du diaphragme des plaques de verre de même épaisseur gmm^37l ^ fragments d'une même glace dont la surface antérieure ou était polie, ou bien avait été usée avec du sable > de l'émeri ou d'autres substances ; les déviations de l'aiguille ont varié pour ces différentes plaques de 10^ à 5^ Ainsi la quantité de chaleur rayonnée à travers une plaque diaphane est d'autant plus grande que sa surface est plus polie.

233. Des morceaux de verre à glace , d'épaisseurs très-différentes croissant de 2 à 81°^"^, ont donné des déviations de plus en plus petites; mais en calculant au moyen de la table les intensités des courants thermo-électriques correspondants à ces déviations, et par leurs différences les rapports des pertes de chaleur dues à des couches d'égale profondeur, successivement traversées dans on même morceau , H. Melloni a constaté par de nombreuses vérifications le fait aperçu par Delaroch'e, que ces pertes vont en diminuant avec une grande rapidité à mesure que l'épaisseur diaphane augmente d'une quantité constante. Des auges terminées par des lames de verre parallèles et de longueur différente, ayant été remplies d'huile de colsa , et successivement présentées à l'ouverture du diaphragme, ont donné des résultats semblables; la diminution des pertes de chaleur , dues à des accroissements égaux dans Tépaisseur

QUATOAZISIIE LBÇ05. 215

de la couche liquide traversée , a été constamment observée depuis 6"»« jusqu'à 100»°^ dépaîsseur totale.

234. La nature du corps diaphane a une grande influence sur la substances quantité de chaleur rayonnante qui peut le traverser. Une même ange de 9™™y21 de largeur interne, successivement remplie de différents liquides, ayant été placée devant Touverture du diaphragme , il en résulta des déviations de Taiguille très-différentes. La table donnait pour chaque déviation la force du courant thermo^Ieclrique; le rapport de cette force à celle correspondante à la déviation obtenue quand l'ouverture du diaphragme était masquée par l'auge vide, pouvait être prise pour le rapport de la quantité de chaleur transmise, k celle représentée par 100 qui tombait sur la face an> térieure de la lame liquide. Dans ces circonstances , sur 100 rayons de chaleur, le carbure de soufre en transmet 63 , l'huile d'olive 30, l'éther 21, l'acide sulfurique 17, l'alcool 15, et l'eau 11.

Une autre série d'eipériences faites sur des lames de différentes substances solides et d'une épaisseur commune de 2'^°^,62 , a fourni les nombres suivants : sur 100 rayons de chaleur le sel gemme en a transmis 92 , le spath d'Islande 62 , le verre k glace 62 , le cristal de roche 67, la tourmaline 27, la chaux sulfatée 20, l'alun 12. Conformément aux résultats cités plus haut, le nombre des rayons transmis diminue avec l'épaisseur des lames solides ; toutefois des pièces de spath d'Islande et de cristal de roche enfumé ayant 86 à IQQmm d'épaisseur, ont encore transmis plus de la moitié de la chaleur incidente, tandis qu'une plaque d'alun d'une transpariênce aussi pure que celle du plus beau verre, et de 1"^™ d'épaisseur seulement, n'en laissait passer que les 17 centièmes.

Ainsi une couche très-limpide d'alun transmet trois fois moins de chaleur qu'une couche de cristal de roche presque opaque et cent fois plus épaisse. En outre, certains verres noirs complètement opaques, employés comme miroirs dans plusieurs expériences sur la lumière, transmettent encore sensiblement de la chaleur rayonnante. Il y a donc une sorte d'indépendance entre les deux transparences calorifique et lomineuse; c'est pour cela que M. Melloni propose de distinguer sous le nom de diaihêrmnne* les substances qni sont traversées librement par la chaleur rayonnante.

235. Enfin la source de chaleur a une grande influence sur la influence quantité de rayons transmis par un corps diathermane^. M. Melloni dochli^r substitua successivement à la lampe des expériences précédentes, du platine incandescent et du cuivre maintenu à une température constante par une flamme d'alcool, enfin des vases remplis de mer-

216 GOVKS DE PHYSIQUE.

cure ou d'eau en ébullitioa. Les substauces essayées oui toujours conservé le même ordre, c'est-à-dire que les plus diatbermanes pour la chaleur de la lampe ont présenté la même supériorité dans ces nouvelles circonstances , mais le nombre des rayons transmis comparé à celui des rayons incidents a beaucoup diminué.

Par exemple, le cristal de roche et le spath d'Islande , qui transmettaient plus de la moitié de la chaleur venant de la lampe, ne livraient passage qu'au quart des rayons envoyés par le platine incandescent. La chaleur transmise par chaque substance est devenue encore plus faible quand la source était le cuivre échauffé. Plusieurs des substances les moins diatbermanes arrêtaient tous les rajons émis par le mercure bouillant. Enfin la transmission a été nulle pour tous les corps , lorsque la source était de Teau bouillante. Ainsi la faculté que possède la chaleur de rayonner à travers les substances diatbermanes, diminue rapidement avec la température de la source, ainsi queDelaroche lavait remarqué pour le verre.

Une seule substance , le sel gemme, offre une exception remarquable à cette loi : il transmet la même proportion de chaleur rayonnante, quelle que soit la température de la source. Que celte source soit une flamme brillante ou simplement de Teau échauffée à 40 ou 50**, le sel gemme sur une épaisseur de 2'^°^,62 laisse toujours passer les 02 centièmes des rayons calorifiques qui tombent à sa surface. Cette propriété, que parait posséder exclusivement le sel gemme, peut être utilisée dans plusieurs circonstances.

L'influence de l'épaisseur du corps diathermane sur la quantité de chaleur qu'il trans^]et, est d'autant plus grande que la température de la source est plus faible. Toutefois les variations du rapport des rayons transmis aux rayons incidents diminuent avec l'épaisseur; en sorte qu'au delà d'une certaine limite une plaque mince, de mica par exemple , transmet la même proportion de rayons pour deux sources de chaleur fort différentes. Ce dernier résultat de l'expérience parait conduire à une conséquence importante.

236. Les corps tels que les métaux qui ne paraissent pas donner passage à la chaleur rayonnante , même sur de très-petites épaisseurs, et que l'on pourrait nommer par cette raison corpê athêrma- 7ie*,, doivent cependant être regardés comme se laissant réellement pénétrer par des rayons de chaleur jusqu'à une certaine profondeur, qui quoique insensible n'en existe pas moins. Car il parait impossible de concevoir, sans admettre ce principe, le décroissement de l'intensité de la chaleur émis*^ ou réfléchie sous des obliquités de plus en plus grandes à la surface de ces corps. Or cette

• QCATOKUàlR LlÇOlf. 217

limite de profondeur est nécessairement beaucoup plus petite on du même ordre de grandeur que celle de répaisseur d'une lame de mica j qui laisse toujours passer une fraction sensiblement constante des rayons qui lui arrirenl , quelle que soit la température de la source d'où ils émanent. On est donc conduit à penser que la couche superficielle d'un corps athermane jouit de la même pro* priété; d'où il suivrait que cette eouche émet une fraction constante des rayons qui se présentent à la sortie , quels que soient d'ailleurs leur nombre, leur iatensiié ou leur température, et qu'elle partage suivant des proportions constantes les rayons qui tombent sur sa surface extérieure en chaleur absorbée et en chaleur réfléchie. Des expériences que nous citerons plus tard sembleraient prouver que tous les métaux jouissent effectivement de cette faculté, mais elles indiquent aussi que les corps athermanes non métalliques ne se comportent pas avec la même indifférence pour toutes les espèces de rayons.

237. Le fait de la diminution des pertes que la chaleur rayon** Propri^i^s nante éprouve en traversant successivement des épaisseurs égales Sêu châirar d'un même corps diatfaermane y indiquait que les rayons de chaleur 7S!^ln subissent des modifications particulières , dans leur passage à tra- ^^ ^^'t*vers un milieu pondérable, qui altèrent leur qualité primitive et les rendent plus facilement transmissibles dans le même milieu. Il était à croire, d'après cela , qu'en prenant pour source de chaleur une lampe d'Argant , les rayons obligés de traverser la cheminée de verre, acquéraient dans ce passage une qualité spéciale. Pour s'en assurer, M. Hclloni prit pour nouvelle source une lampe , dite de Locatelli, à un seul courant d'air et sans verre, munie d'un réflecteur, et toujours alimentée d'huile très-pure par un courant constant.

Cette nouvelle lampe fut disposéesur Tappareil thermo-électrique, à une distance telle que son rayonnement direct sur la pile fit toujours dévier l'index de30<*. En plaçant successivement devant le diaphragme les plaques diaphanes de 2™™,6 d'épaisseur commune, déjà essayées avec la lampe d'Argant, M. Melloni a trouvé que sur 100 rayon» incidents le sel gemme en transmettait 92, la chaux fliiatée 78 , le spath d'Islande et le verre 39, le cristal de roche 38, la tourmaline d'une couleur verte très-foncée 18,1e verre noir opaque 16 , la chaux sulfatée 14, l'alun 9. Les différences qui existent entre ces nombres et ceux donnés au § 234, indiquent que la cheminée de verre entourant la première source donnait aux rayons qui la traversaient la propriété d'être plus facilement transmissibles

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à travers les milieux diaphanes; le seK gemme seiil laisse passer la même proportion de chaleur dans les deux cas.

238. Pour étudier la modification qu'un corps diaphane particulier fait éprouver aux rayons qui le traversent , M. Helloni interpose une lame de cette substance entre la lampe sans verre et le diaphragme. Il approche ensuite la source jusqu'à ce que le rayonnement qui s'opère à travers la lame fasse encore dévier l'index de 30^. Enfin il présente successivement à l'ouverture de l'écran fixe les plaques diaphanes des expériences précédentes. Voici quelques-uns des résultats obtenus dans ce genre de recherche. Sur 100 rayons qui ont traversé une lame d'alun de 2^^fi d'épaisseur, le sel gemme en transmet 92 , le spath d'Islande et le cristal de roche 91, la chaux fiuatée, le verre et l'alun 90, la chaux sulfatée 69 , la tourmaline verte 18, le verre noir opaque i de rayon. Sur 100 rayons qui émettent d'une lame de chaux sulfatée , ayant aussi 2°^,6 d'épaisseur, le sel gemme en transmet toujours 92, la chaux Ouatée 91 , le spath d'Islande 89, le cristal de roche et le verre 85 , la chaux sulfatée 54, l'alun 47, le verre noir opaque 18, la tourmaline 1. Sur 100 rayons qui peuvent traverser une plaque de verre noir opaque, ayant 1°^'^,82 d'épaisseur, le sel gemme en transmet 92 , la chaux fiuatée 91 , le spath d'Islande et le verre 55 , le cristal de roche 54, le verre noir opaque 52, la tourmaline 30, la chaux sulfatée, 15 , l'alun j de rayon. Enfin les rayons qui émergent du sel gemme se comportent toujours comme ceux émis directement par la source.

Ainsi les rayons de chaleur qui sortent de l'alun sont transmis en grande abondance à travers les plaques diaphanes incolores, tandis qu'ils éprouvent une perte de plus des | en traversant une lame fortement colorée de tourmaline, et sont presque totalement arrêtés par la plaque opaque de verre noir. Ceux qui sortent de la chaux sulfatée se conduisent de la même manière dans les milieux diaphanes incolores , mais ils éprouvent une perte des j dans le verre noir, et sont presque totalement arrêtés par la tourmaline. Enfin ceux qui émergent d'une plaque opaque de verre noir sont encore presque tous transmis par les plaques diathermanes incolores, une autre lame opaque en laisse passer plus delà moitié, la tourmaline en arrête les }, la chaux sulfatée les y, et l'alun les in* tercepte tous.

R«Tons 239. Ces résultats, et d'autres analogues que nous aurons Tocca-

dcquaiiUs siou dc Citer en étudiant la chaleui^ solaire, paraissent devoir conduire à cette vérité nouvelle et imprévue , qu'une source lumineuse,

différeales.

QUAToaznun hçor.

coiDine le soleil et la lampe des ezpérienees précédentes, émet à la fois des rayoDs de chaleur d'une infinité d'espèces, qui se distinguent les uns des autres par la plus ou moins grande facilité arec laquelle ils peuTent traverser certaines substances dîathermanes. En effet, si l'on admet des différences de qualités dans les rayons, tous les laits relatib i la transparence des corps pour la chaleur deTiennent fadles à conccToir , et ils peuvent, être considérés comme autant de vérifications d'une théorie très-simple, dont voici les principales conséquences.

Le sel gemme est la seule substance qui livre un passage également facile à tous les rayons. Mais les autres corps sont diversement diathermanes pour des rayons de qualités différentes; dans chacun d*eux certaines espèces sont totalement arrêtées, les autres subissent des diminutions plus ou moins considérables; et ce partage Tarie d'une substance à une autre. Les fractions ou les coefficients , qui représentent les pertes que des accroissements égaux de l'épaisseor d nn milieu diathcrmane font éprouver à chaque espèce de rayons qui le traverse, ont constamment la même valeur pour chaque espèce. Hais ces coefficients variant pour un même milieu d'une espèce de rayons à une autre, il en résulte nécessairement que les pertes totales éprouvées par la chaleur hétérogène qui peut pénétrer dans le corps , doivent aller en diminuant. Toutefois les lajens les moins transmissibles finissant par s'éteindre sensiblementales coefficients des pertes totales successives doivent tendre vers l'égalité; c'est en effet ce que H. Melloni a constaté par de nombreux exemples.

Toutes les espèces de rayons de chaleur émis par une source lomineusc peuvent être conçus rangés suivant leur plus grande ficîlité à traverser les substances diaphanes; et puisque une même substance parait de moins en moins diathermane à mesure que la température de la source diminue , il faut en conclure que cette diminution fait disparaître successivement les espèces de rayons les plus transmissibles. Les effets divers produits par le platine incandescent, du cuivre échauffé à 400<*, un vase contenant de l'eau en ébullition, pris successivement pour sources de chaleur (S 235), se trouvent ainsi facilement expliqués.

240. Ainsi la chaleur rayonnante n'est ni plus simple, ni plus n^tëroff^ homogène que la lumière , et si l'on est forcé de reconnattre l'exis- de irch-ieui teoce d'une infinité d'espèces de lumières, pour expliquer les pbé- ■'•y»"""*^* nomènes de coloration, on est pareillement conduit à admettre un grand nombre de rayons de qualités différentes, pour concevoir les

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Perte

particulière

a la couche

superûciclle»

£ait8 relatifs à la transparence des corps pour la chaleur» Nbu8 verrons plus tard que ces rayons calorifiques se distinguent les uns des autres par des différences de marche analogues à celles qui séparent les couleurs de la lumière blanche, et que conséquemment leur diversité est démontrée tout aussi rigoureusement que celle des couleurs.

Il serait impossible de concevoir, dans le système de l'émission , les qualités distinctes des rayons de chaleur, sans admetLre une infinité de caloriques différents , et par suite autant d'hypothèses séparées. Dans le système des ondulations ces qualités distinctes correspondraient k des nombres de iribrations différents , ou à des ondes calorifiques d'inégales longueurs , se propageant toutes dans réther homogène ou l'espace vide do matière pondérable, mais qui pourraient se transmettre plus ou moins facilement dans les milieux diathermanes suivant leur nature et leur densité. Les ondes calorifiques seraient analogues aux ondes correspondantes à différents sons , qui se propagent toutes dans l'air, et qui font ribrer par communication, arec pins ou moins de facilité, les corps élastiques qu'elles atteignent.

241. Le fait cité plus haut, qu'une lame très-mince d'un corps diathermane transmet sensiblement la même fraction de la chaleur rayonnante qui tombe à sa surface , quelle que soit la source d'où elle émane , parait prouver que la couche superficielle fait éprouver à toute espèce de chaleur une perte particulière et constante, qui est incomparablement plus grande que la perte correspondante à une couche d'égale épaisseur prise dans l'intérieur. En effet si la première couche se comportait comme les suivantes , elle ferait éprouvera chaque espèce de rayons une perte distincte, et la somme totale des pertes varierait de la même manière avec le nombre des espèces de rayons , ou avec l'énergie de la source ; il faut donc nécessairement qu'à ces pertes Tienne s'ajouter une perte particulière, identique sur tous les rayons, et qui par sa grandeur comparative fasse disparaître ou rende moins sensible la variation que les premières devaient occasionner. C'est la seule manière de concevoir le fait énoncé, et de l'accorder avec les autres phénomènes de diathermanéité. L'origine de cette perte particulière à la surface est d'ailleurs facile à concevoir, car les rayons réfléchis par une couche intérieure lui sont en partie renvoyés par de nouvelles réflexions dans les couches qui la précèdent, tandis que la couche superficielle perd complètement la chaleur qu'elle réfléchit hors du corps ; ou plus exactement cette chaleur est remplacée par des

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rayons Tenant des parois de Tenceinte, et qui ont une moindre ÎDtensité.

Les faits nombreux que nous menons de citer ne peuvent laisser ancun doute sur la transparence des corps pour la chaleur rayonnante. L'hypothèse du $ 226 acquiert ainsi un très-grand degré de probabilité; mais il suit de celte hypothèse que les corps qui émettent le mieux la chaleur doivent aussi l'absorber en plus grande proportion (§ 227), et il importe de vérifier cette conséquence importante.

Dans la recherche des lois de l'équilibre des températures entre corpfs à distance ou au contact, nous aurons principalement en vue les substances atherraanes , ou celles qui ne se laissent pénétrer par la chaleur rayonnante que sur une très-petite épaisseur. Cette restriction aura Varantage de simplifier les théories partielles que nous détona exposer. Il serait d'ailleurs facile de les généraliser on de les élendre au cas des corps diatbermanes, en partant de ce principe , qu'un milieu diaphane doit faire éprouver les mêmes pertes aux rayons de chaleur qui le traversent dans deux sens opposés.