Transmutation des rayons absorbés. — Que

deviennent les rayons ainsi arrêtés au passage? Conserventils leur réfringence, c'est-à-dire leur place dans le spectre, et les actions physiologiques auxquelles ils présidaient? L'expérience répond non. Un morceau de métal noirci, ou plus généralement un corps quelconque, s'échauffe quand il est exposé à la lumière du soleil, mais ne devient pas lumineux, à moins qu'on ne le mette au foyer d'une lentille, ou, comme Buffon, d'un vaste miroir réflecteur. Les rayons lumineux qu'il absorbe deviennent donc des rayons calorifiques obscurs. Le bisulfate de quinine, au contraire, et tous les corps fluorescents et phosphorescents s'illuminent de teintes v^ariées

d26 COURS DB PHYSIQUE.

lorsqu'ils reçoivent les rayons invisrbles ultra-violets. Ces deux exemples, opposés en apparence, ont ceci de commun que dans les deux, les rayons absorbés ont diminué de réfrangibilité. De lumineux, ils sont devenus calorifiques; de chimiques, lumineux. On a cru que tel était le cas g^éral jusqu'au jour où M. Tyndall, dans Texpérience que nous avons racontée, a fait rougir une lame de platine placée au foyer des rayons calorifiques. Ici les rayons retenus avaient augmenté de réfringence.

Ces quelques exemples prouvent que tous les cas sont possibles, et que les rayons absorbés peuvent se transformer de toutes les façons, ou même ne pas se transformer du tout. C'est ce qui arrive sans doute pour le rayonnement calorifique obscur qu'un poêle émet autour de lui, et qui reste obscur dans les corps qu'il pénètre et qu'il échauffe.

74. Échauffement par conductibilité. — Nofts arrivons maintenant au mécanisme de cet échauffement. De quelque façon que se fasse la sélection, sur une épaisseur infiniment faible, comme chez les métaux et les corps athermahes, ou sur une épaisseur plus ou moins grande, comme dans les corps diathermanes, il est sûr que toutes les tranches du corps ne sont pas également servies ; les premières traversées retiennent plus de chaleur que les suivantes. Pourtant la chaleur pénètre peu à peu le corps tout entier, et voyage, dans une plaque métallique, de la face chauffée et éclairée à la face opposée. C'est précisément par sa lenteur d'action que le mécanisme de cette pénétration diffère le plus de celui de la chaleur rayonnante. Celle-ci voyage dans l'espace et dans les corps transparents avec une vitesse égale à celle de la lumière dont elle fait partie. On sent la chaleur d'un foyer dès qu'on enlève Técran qui le cachait, la chaleur du soleil dès que nous quitte l'ombre du nuage qui le voilait. Mais ce n'est qu'avec lenteur que cet écran, chauffé par une de ses faces, laissera sentir de la chaleur sur l'autre, ou que ce nuage se laissera assez pénétrer par la chaleur pour s'évaporer et disparaître.

On désigne sous le nom de bons conducteurs les corps qui se laissent «linsi rapidement pénétrer par la chaleur qui leur arrive sur une de leurs faces. Tels sont en général les métaux. Ces métaux même sont très inégaux entre eux. On comprend, sans qu'il soit besoin d'insister, qu'on ait pu les comparer les uns aux autres en prenant des barres égales de métaux ou de corps divers, en chauffant également ces barres par une de leurs extrémités, et en cherchant le temps nécessaire pour qu'à égales distances du point chauffé, la température s'élevât à un degré déterminé. Voici les résultats de cette comparaison, c'est-à-dire ïordre des conductibilUés^ en prenant pour unité celle de l'or qui est maximum.

Or 100

Argent 97

Cuivre 90

Fer 26

Zinc 36

Étain 30

Plomb 17

Marbre 2,3

Porcelaine 1,2

Eau Insensible.

Les corps cristallisés, tels que l'étain, le bismuth, les corps poreux ou pulvérulents, tels que la brique ou le sable, sont des corps conduisant

irès mal la chaleur. 11 en est de même des substances organiques , par exemple du bois et des tissus. Cette mauvaise conductibilité des êtres vivants tient en grande partie à l'eau qu'ils contiennent, car Teau est très mauvaise conductrice. On e montre facilement en fermant un entonnoir avec le tube d'un thermomètre à air (fig. 69), dont le réservoir volumineux b vient affleurer

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Fig. 69.

à quelques millimètres au-dessous de Teau qui remplit l'entonnoir. Au-dessus de cette eau on verse une légère couche

iî8 COURS DE PHYSIQUE.

d'éther de pétrole, qu'on enflamme. Malgré la chaleur et la lumière du foyer puissant ainsi créé, l'index du thermomètre à air varie à peine, ce qui témoigne à la fois de la mauvaise conductibilité de l'eau et de son opacité pour les rayons calorifiques.

75. Échauffement par convection. — Pour échauffer rapidement de l'eau, il faut la chauffer par le bas, et alors ce n'est plus la conductibilité qui intervient, mais la convection delà chaleur par les couches d'eau qui, chauffées au fond du vase el devenues par là plus légères, remontent dans la masse et s'y refroidissent en l'échauffant.

Les gaz se chauffent encore plus facilement par convection que les liquides, parce que, à cause de la grandeur du coefficient de dilatation, la moindre différence de température amène des inégalités de densité très marquées, et en outre parce que les mouvements des gaz se font encore avec moins de frottements que ceux des liquides. Mais quand on gène ces mouvements en emprisonnant les gaz dans des masses filamenteuses telles que de l'édredon, de la laine, du coton, des fourrures et même de la paille, le gaz est quasi immobilisé, sa mauvaise conductibilité apparaît, et le mélange d'air et de solides ainsi obtenu forme une très bonne protection contre la chaleur ou contre le froid.

76. Équilibre mobile de température. — Quelle que soit la façon dont le corps s'est échauffé, sous l'influence d'un rayonnement, par sélection ou par conductibilité, sa température s'élève, et on s'aperçoit qu'il commence à rayonner à son tour. Une pile thermo-électrique, placée en face de lui, entre en action, et fait dévier l'aiguille du galvanomètre dès que la température du corps s'élève au-dessus de la température ambiante. Mais il serait évidemment absurde de supposer qu'elle attend ce moment pour être impressionnée, et qu'elle est restée inerte jusqu'alors. Il est infiniment plus logique et plus d'accord avec ce que nous savons sur le rayonnement, d'admettre que le corps et la pile rayonnent

RÉFLEXION. ABSORPTCON ET RADIATION. ii9

l'un vers l'autre à chaque instant. Si les rayonnements qu'ils échangent sont égaux, la pile perd autant de chaleur qu'elle en reçoit, et sa face exposée ne subit aucune variation de température. Si le corps lui envoie plus qu'elle ne lui rend, elle s'échauffe. C'est le phénomène que nous venons de constater. Il a une contrepartie nécessaire. Si le corps dont elle reçoit le rayonnement est plus froid qu'elle, elle doit se refroidir et manifester un courant inverse du précédent. C'est ce qui arrive quand on remplace le corps chaud par un mélange réfrigérant de glace et de sel marin.

Dans cette conception, l'équilibre de température entre deux corps quelconques qui peuvent rayonner Tun sur l'autre n'est pas un état de repos; il représente, pour l'un comme pour l'autre, l'égalité entre les entrées et les sorties. Aussi l*a-t-on appelé équilibre mobile de température.

77. Pouvoir émissif. — Soit donc A (fig. 70) un corps en équilibre de température avec son enceinte B. Mettons en présence de ce

corps, à une dis- ^ ^"""\^

tance quelcon- ^ -" \^

que, la face d'une /» ...-'" \

pile thermo-élec- / . \^ \

triquep, que nous j .j^"" w^^^ I

supposerons aus- '^'V' 9- ^ /

si en équilibre de ^ N. ^ B /

température avec \. /

lamêmeenceinte. ^ ^.^^

Rien ne sera changé à l'état du corps A, car si la pile, armée de son cône réflecteur, lui cache la vue et par conséquent le rayonnement de la portion mn de l'enceinte, elle substitue à ce rayonnement le sien propre, qui est identique. La quantité de chaleur reçue par le corps A ne dépend pas de la distance (63;, et ce corps ne s'aperçoit pas de la substitution. Il en est de môme évidemment pour la pile dont la présence du corps Ane trouble pas l'état d'équilibre.

Fig. 70.

Cette pile recevait de la partie m'n' de l'enceinte un rayonnement total, que nous prendrons pour unité, et dont elle réfléchissait ou diffusait une portion R, et absorbait une portion A; on avait :

Pour que sa température ne change pas, il faut qu'elle perde à chaque instant, et envoie sur la surface mV, ou sur le corps A qui la masque, une quantité totale de chaleur E qui, mesurée au moyen des mêmes unités que les quantités de chaleur précédentes, soit précisément égale à A, la quantité de chaleur absorbée. On aura donc :

et par suite

On pourrait évidemment retourner le raisonnement que nous venons de faire, et l'appliquer, non plus à la pile, mais au corps A, pour lequel il serait également vrai.

Cette quantité E, ainsi mesurée, est ce qu'on appelle le pouvoir émissif. On peut donc dire que, dans un corps en équilibre de température, le pouvoir émissif est égal au pouvoir absorbant.

78. Contentons-nous, pour le moment, de cette définition évidemment grossière du pouvoir émissif. Elle a l'avantage de condenser toutes nos études sur la chaleur rayonnante dans les trois formules très brèves :

R-fA=l E = A R + E=:l

qui relient au pouvoir réflecteur ou diffusif, sur lequel l'œil nous donne des renseignements grossiers, mais suffisants, les pouvoirs absorbants ou émissifs, plus difficiles à saisir. On devine tout de suite, à la vue de ces formules, que les métaux polis ont un pouvoir absorbant et émissif très faible, que le noir de fumée a au contraire un pouvoir absorbant et émissif très grand. Pour chauffer rapidement de l'eau devant un

foyer, il faudra donc renfermer dans des vases noircis. Pour qu'une fois chaude, cette eau se refroidisse lentement, il faudra la garder dans des vases polis. Si on recouvre de noir de fumée Tune des moitiés d*une théière, en conservant à l'autre son poli, et si on remplit le vase d'eau chaude, il suffit de mettre les deux mains à égale distance de la face noircie et de la face polie pour sentir la différence des rayonnements émis. Eu faisant tourner la tliéiëre sur un support en présence de Tune des faces d'une pile, on peut mesurer et montrer la différence des ellets obtenus. De même il faut revêtir de noir un poêle dont on veut obtenir un rayonnement intense, couvrir au contraire de faïence polie un poêle dont on veut faire durer la chaleur. .

79. On pourrait multiplier ces exemples. Mais, pour les mieux comprendre, il est utile de revenir sur les notions qui nous les ont fournis. Notre définition du pouvoir émissif pèche par deux points. En premier lieu, elle ne s'applique qu'à un corps en équilibre de température avec le milieu ambiant. Ce n'est que pour un pareil corps que le nombre des rayons calorifiques émis est égal à celui des rayons absorbés. Il leur est inférieur si le corps s'échauffe, supérieur si le corps se refroidit. En second lieu, la définition du pouvoir émissif ne s'apphque qu'à la quantité de rayons et non kleur qualité. Il suffit, pour que Téquilibre se maintienne, que le corps perde autant de chaleur qu'il en reçoit, mais il n'est pas du tout nécessaire que cette chaleur soit empruntée aux mêmes régions du spectre. En fait, c'est ce qui n'arrive presque jamais. Un corps qui s'échauffe au soleil reçoit de la chaleur lumineuse et obscure, et n'émet que de la chaleur obscure. Inversement, la lame de platine chauffée au rouge, dans Texpérience de Tyndall, ne recevait que de la chaleur obscure et émettait de la chaleur en partie lumineuse. 11 importe donc, pour donner plus de précision à notre étude, d'abandonner l'emploi des faisceaux complexes pour revenir aux rayons simples. Examinons ce que deviennent alors les relations entre le pouvoir absorbant et le pouvoir émissif.