Pouvoir réflecteur et pouvoir absorbant

Revenons donc sur ce que nous avons dit à propos de la réflexion, et pour serrer la vérité de plus près, envisageons séparément la réflexion de chacune des parties du spectre. Nous connaissons, par ce qui précède, l'intensité du rayonnement calorifique, lumineux et chimique qui se manifeste en ce point, mais comme ces intensités varient proportionnellement, ainsi que nous venons de le voir, nous avons le droit de ne considérer que l'une d'elles, par exemple l'intensité calorifique, plus facile à mesurer qu'aucune des deux autres, et celle qui s'étend sur la portion la plus large du spectre.

Soit donc i l'intensité calorifique de cette portion très étroite du spectre. Faisons-la tomber, en l'isolant au moyen d'une fente, sur une plaque réfléchissante douée d'un poli parfait, et mesurons de même son intensité r après réflexion. Il est clair que s'il n'y a pas eu absorption par le milieu ambiant, ce qui est d'ordinaire le cas, toute la portion du faisceau qui ne se sera pas retrouvée dans le rayon réfléchi , à savoir i — r, aura pénétré dans la lame réfléchissante; appelons a l'intensité du faisceau absorbé, nous aurons :

d'Où ï+7-1

-r représente le pouvoir réflecteur p de la lame par rapport au

rayon considéré; -r représente son pouvoir absorbant a. On a donc, pour ce faisceau élémentaire :

Passons maintenant à une région voisine du spectre, où rintensité est t', elle se divisera de même en r' dans le rayon réfléchi, en a' dans le rayon absorbé, et on aura de même

p' ^= -,, a = :7 et p' + «' = Il sans que rien nous autorise

encore à identifier p et p', a et a.

Nous pouvons de même déterminer toutes les valeurs de p et de a correspondantes aux diverses parties du spectre. Supposons maintenant qu^au lieu d'analyser par un prisme le faisceau incident et d'en faire réfléchir séparément les diverses parties, nous l'ayons fait tomber directement sur le miroir poli. Il y serait arrivé avec l'intensité

•I = t + i' -t- r + r + etc.

Comme il s'agit d'un mélange de rayons dans lequel chacun semble se comporter comme s'il était seul, le faisceau réfléchi aurait de même emporté réunies les intensités

R = r + r'-f f^ + r^4-etc.

le faisceau absorbé aurait été de même composé de :

A = a + a' + a" + fl*^ -f- etc.

et on aurait eu de même :

doù Y + j = i

Y est le pouvoir réflecteur total de la lame polie, j est son

ilS

COUtiS DE PHYsrouE.

pouvoir absorbant, et on peut encore dire ici que la somme du pouvoir* réflecteur et du pouvoir absorbant est égale à l'unité. Mais on voit que la réflexion en bloc n'est pas un phénomène élémentaire, et qu'une foule d'actions s'y trouvent noyées et confondues sous un nom commun. Il peut être intéressant, au point de vue pratique» de savoir que l'argent poli réfléchit 97 Vo de la chaleur incidente et le fer poli, 77 7o> que le noir de fumée, qui ne réfléchit pas la lumière, ne réfléchit pas non plus la chaleur; mais ce sont là des notions de moyenne et d'ensemble, et c'est le détail du phénomène qui est le plus utile à étudier.

69. Diffusion. — Avant d'y arriver, il est nécessaire de revenir sur le raisonnement que nous venons de faire. Nous y avons introduit une hypothèse, celle du poli parfait de la substance réfléchissante. Il est clair que nous ne pouvons recueillir tout le faisceau réfléchi, et mesurer son intensité, que s'il est aussi parallèle que le faisceau incident, c'est-à-dire si la réflexion a été régulière, et la surface réfléchissante exactement plane. La plus petite aspérité éparpille les rayons incidents, ainsi qu'on peutle voir sur la figure 67, où un fais-

ceau mapc^ parallèle à l'arrivée, se trouve, après avoir obéi aux lois ordinaires de la réflexion sur la surface inégale abc, transformé en un faisceau divergent irrégulier am\ bti\ cp. Ce sont ces rayons, régulièrement réfléchis, mais lancés dans

diverses (Jîreclipns, qui portent dans ces directions la nouvelle qu'il y a en abc un miroir, c'est-à-dire qui le rendent visible. Or nous savons qu'il n'y a aucune surface réfléchissante, si polie et si transparente qu'elle soit, qui échappe totalement au regard. Toutes diffusent de la lumière dans tous les sens. A plus forte raison les corps non polis, à surface mate. En même temps que cette diffusion lumineuse, il y a aussi diffusion des rayons calorifiques, car autour d'un corps chaud, on sent de la chaleur dans toutes les directions, et diffusion des rayons chimiques, car on peut photographier le corps sous tous ses aspects.

Il semble donc que nous ayons eu d'autant plus tort de négliger ces rayons diffusés qu'ils constituent quelquefois une notable proportion et même la totalité des rayons partis du corps. Mais, en y réfléchissant, on voit que l'inexactitude de notre hypothèse n'entache que notre procédé de mesure, et que notre raisonnement reste exact quand on l'applique individuellement à chacun des rayons simples que nous avons considérés, et qui se réfléchissent régulièrement, quelle que soit l'aspérité sur laquelle ils tombent. Quant au faisceau irrégulier qu'ils forment après réflexion, le raisonnement restera encore exact pour lui si nous convenons de compter ces rayons diffusés au nombre des rayons réfléchis., de sorte que R les embrasse tous. Nous aurons donc toujours R -f- A

= 1, et, en appelant 7^ le rapport y, oA le rapport j

La somme du pouvoir réflecteur et du pouvoir absorbant d'une surface donnée est donc égale à Vunité.

70. Faisceau réfléchi et faisceau absorbé. — Mais la composition élémentaire du faisceau réfléchi et du faisceau absorbé sera d'ordinaire très différente de celle du faisceau incident. Elle ne serait la même que si, pour tous les rayons élémentaires, le rapport

était le même et avait une valeur constante >. On aurait alors évidemment :

R ^ r + r' + r" + r^ + etc. A^a + a' + a' + cT-f etc. ""

Le faisceau incident étant blanc, le faisceau réfléchi serait aussi incolore, et le corps réflecteur serait dit incolore s'il est transparent, comme le cristal, blanc s'il est opaque et difl'usif, comme la craie ou le blanc decéruse.

Mais tel n'est pas souvent le cas, et si X n'est pas le même pour tous les rayons, le faisceau réfléchi sera coloré, et le faisceau absorbé aussi. Dès lors, toutes les combinaisons sont possibles. Un corps qui absorbera ou réfléchira les rayons lumineux absorbera ou réfléchira avec eux la portion de chaleur et d'eff*et chimique qu'ils représentent dans le spectre, mais il pourra être opaque pour la portion calorifique du spectre et transparent pour la portion lumineuse, ou bien, ce qui peut paraître plus surprenant, opaque pour sa

portion lumineuse et transparent pour sa portion calorifique.

On peut mettre en évidence cette conséquence curieuse par une expérience des plus éloquentes, due à M. Tyndall. Devant le foyer d'un arc électrique, - ou plus simplement devant une lampe Drummond (fig. 68), on place un ballon de verre rempli d'eau. L'eau est transparente pour les rayons lumineux et la fraction de chaleur qu'ils reprépj gg sentent. Elle est presque

opaque pour le spectre calorifique obscur, de sorte qu'en arrière du ballon, on aura

un foyer fortement lumineux, mais où une pile thermoélectrique ne manifestera qu'une impression très faible ou même nulle, si on a rendu l'aiguille du galvanomètre Bourbouze un peu paresseuse en abaissant son centre de gravité. Sans rien changer à Tétat des choses, remplaçons le ballon rempli d'eau par un ballon identique rempli d'une solution d'iode dans le sulfure de carbone assez concentrée pour être noire. Il n'y aura derrière elle aucune manifestation lumi* neuse, car le spectre coloré est tout entier absorbé, mais en promenant derrière le ballon la face noircie de la pile , on verra en un point Taiguille du galvanomètre lancée avec violence. Avec une lampe Drummond la chaleur est telle en ce point qu'on ne peut y laisser un instant la paume de la main sans sentir la' cuisson d'une brûlure. Avec l'arc électrique, M. Tyndall a réussi à porter au rouge une petite feuille de platine, couverte de noir de fumée pour réduire à zéro son pouvoir réflecteur, et placée au foyer de ces rayons caloriQques obscurs.

De pareils faits ne sont pas rares. Les verres colorés par l'oxyde de cuivre ne laissent passer que des rayons rouges, et sont précieux en photographie parce qu'ils arrêtent les rayons chimiques ; une mince couche d'argent déposée chimiquement sur du verre ne laisse passer qu'une fraction très faible de rayons lumineux, mais est très perméable aux rayons ultra- violets. Le sel gemme est très transparent pour les rayons calorifiques, et c'est pour cela que nous avons dû faire usage, quand nous avons voulu les étudier, d'un prisme ou d'une lentille de sel gemme. Pour la même raison, quand nous avons voulu étudier le spectre ultraviolet, nous avons pris un prisme et une lentille de quartz, substance très transparente pour lui. Le verre ordinaire est opaque pour les deux extrémités du spectre, au delà du rouge et du violet. L'eau à l'état solide, liquide ou gazeux, es à peu près dans le même cas, et c'est un fait que nous aurons souvent à rappeler.