NOTIONS P H F. H I K R E S

Ai UJ La chaleur franchit les espaces vides de toute matière pondérable ; tout le monde le sait : car la chaleur du soleil ne parvient à la terre qu'après avoir traversé le vide des espaces planétaires. La chaleur n’eut même pas arrêtée par quelques-uns des corps qui se trouvent sur son passage ; elle les traverse comme la lumière traverse le verre. On en trouve nue preuve évidente dans la chaleur solaire, qui échauffe le sol malgré la couche d’air glacé des régions supérieures qui fait obstacle. La chaleur se propageant ainsi à distance s’appelle chaleur rayonnante.

497. Expérience* de Hnraford. — Rumford eut l’idée de montrer, par une expérience directe, que la chaleur peut se transmettre à travers le vide.

A cet effet il construisit un baromètre Alt I fiy. 207), avec un ballon qui avait un col étroit d’environ I mètre de longueur. An centre du ballon se trouvait le réservoir d’un thermomètre, dont la tige était soudée à la paroi qu’elle traversait. Avec la flamme du chalumeau. le col fut chauffe eu C, au-dessus du mercure ; le verre se ramollit, el le ballon vide et fermé fut alors séparé par l'expérimentateur. L’appareil ainsi préparé fut plongé dans de l’eau bouillante ifig. 208), Rumford vit que le thermomètre s’échauffait beaucoup.

L’expérience a réussi exactement de même avec le thermomètre suspendu dans le ballon par un simple fil de soie : on ne peut donc pas objecter que la chaleur se serait transmise par l’intermédiaire de la soudure. La chaleur allait donc an thermomètre en traversant le vide.

498. Division du sujet. — Si l’on suit la chaleur rayonnante dans sa

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marche, ou voit quelles études |i:i rtiellt‘s doivent amener à la connaissance complète du sujet. Il faudra d'aliord s’occuper des conditions sons l’inlliience desquelles la quantité de chaleur envoyée par la source s’accroît ou diminue: en un mol il faudra étudier l’émission.

On devra rechercher les phénomènes qui ont lieu quand cette chaleur traverse le vide, l’air, ou tout autre corps : ce sont les phénomènes de propagation et de transmission.

Enfin la chaletir rayonnante arrivant à un corps est absorbée, ou bien elle est réfléchie régulièrement, ou encore renvoyée irrégulièrement. D'où trois études nouvelles : 1° Absorption; 2° réflexion ; 3“ diffusion.

L’ordre suivant lequel les phénomènes s'accomplissent n’est p»s celui que nous suivrons pour les présenter. Pour enchaîner plus méthodiquement les expériences et les théories, nous sommes forcés de donner tout d’abord quelques notions sur la propagation et sur la réflexion.

499. Propagation. — La chaletifse propage en ligne droite; de plus elle se transmet avec une vitesse d’environ 310000 kilomètres (77 000 lieues) par seconde.

La première de ces lois se démontre, en interposant, entre un thermomètre et le foyer qui l'échauffe, un de ces corps, qui ne se laissent pas traverser par la chaleur et tpie l'on appelle athemianes. Toutes les fois que l’écran employé se trouve sur la direction des lignes droites, qui vont du foyer au thermomètre, la chaleur de la source est interceptée. Donc la chaleur ne peut pas aller en ligne brisée on courbe : elle se meut en ligne droite.

La seconde proposition résulte de cette observation que le soleil fait immédiatement sentir sa chaleur, dès qu’il se découvre et que sa lumière vieut à briller. Or on démontre en optique que la lumière se propage avec la vitesse que nous avons dite : on admet par analogie que la chaleur se meut avec la -même vitesse.

499 bis. Si d'un point P comme centre, on décrit une sphèred’un rayon R. la surface de cette sphère sera iwll*. Imaginons que le point P devienne une source d'où émane, à chaque unité de temps, une quantité Q de chaleur. cette chaleur arrivera sur la surface \t. Rs et l’unité de surface située à la distance R en recevra une quantité : q = — ^ • Si . dans cette

formule, la distance R devient double, R* se trouve quadruplé, et par suite q devient 4 fois plus petit. Ce qui donne cette loi : les quantités de chaleur, reçues par une même surface, sont en raison inverse des carrés de distance.

300. i.oia «le la rtüeiion. — Lorsque la lumière solaire frappe une surface polie, elle retourne en partie vers le côté d’où elle était venue; on dit qu’elle se réfléchit. Si l’on place un thermomètre sur le trajet de la lumière, ce thermomètre indique que la chaleur accompagne la lumière

CM Al. K l' K RAYON NANTI*.

fl se léllëchil comme elle. Il suit de là que les lois de la réflexion de la chaleur sont les mêmes que les lois de la réflexion de la lumière. Voici ees lois telles qu’elles ont été trouvées en optique par des méthodes que nous donnerons plus tard.

Ap|>elons rayon incident (fig. 209 et 210). la ligne droite IG suivant laquelle la chaleur arrive sur la surface IH) :

Rayon réfléchi, la ligne droite GR que suit la chaleur après la réflexion ;

Normale, la perpendiculaire GN élevée sur la surface PO au point où

le rayon incident frappe cette surface ;

On dit que l’angle ICN est l’angle d'incidence, et l’angle NGR l’angle de réflexion.

Les deux lois de la réflexion sont les suivantes:

Fig. 209.

1° Le rayon incident et le rayon réfléchi sont dans un même plan perpendiculaire à la surface réfléchissante.

2° L’angle de réflexion est égal à l'angle d’incidence.

5(M. Miroir» parabolique». — Ges lois, faciles à démontrer directement, quand on emploie la chaleur solaire, qui est très-intense, ne peuvent plus être mises aussi aisément en évidence pour la chaleur, qui émane d'une source artificielle, des charbons enflammés, de l’eau bouillante par exemple. D’habitude on démontre les lois de la réflexion pour cette espèce île chaleur en vérifiant, par expérience, une de leurs conséquences. Soient en effet I fig. 21 1 1 deux miroirs MN et M'N' dont les surfaces polies à l’intérieur sont paraboliques. Plaçons ces miroirs en regard l’un de l’autre, dans une position où leurs axes soient sur une même droite AA'. La géométrie démontre que, si les lois de la réflexion données plus haut sont vraies, il doit exister, en avant du premier miroir, un point P tel que tout rayon FG, qui part de ce point et qui vient rencontrer le miroir en un point G quelconque, donne un rayon réfléchi suivant une ligne CC' parallèle à l’axe AA'. La géométrie démontre en outre que le rayon GC', frappant le second miroir M'N’, donne, par une nouvelle réflexion sur ce miroir un nouveau rayon CT, qui coupe l’axe en un point F’. Ainsi tous les rayons partis du point F viennent, après deux réflexions, se couper, tous en ce même point F'; et ceci ne peut avoir lieu que si les lois posées précédemment comme lois de la réflexion sont exactes.

La vérification expérimentale de cette conséquence se fait, en plaçant en F, une source de chaleur quelconque, et en observant, au moyen d’un appareil thermoinétrique, si en F' une concentration de chaleur considérable se manifeste. Le mode employé, pour montrer le phénomène à un

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auditoire nombreux, consiste à placer, en F', un corps facile à entluninier, de lu poudre-coton : en F on dispose un réctiaud en til de fer que l’on

Fig. 211

remplit de charbons allumés; et l’on voit que la poudre prend feu, dès que les charbons ardents sont introduits dans le réchaud. De plus, l’inflammation n’a pas lieu, si la poudre est placée eu tout autre point de l’espace compris entre les deux miroirs.

502 . Antre expérience. — Une expérience semblable peut être faite avec un seul miroir sphérique.

En effet, soit un miroir sphérique MN (fig. 203) : soit G un point du mi-

roir également éloigné de tous les points du bord et qu’on appelle centre de figure du miroir; soit 0 le centre de la sphère: la ligne GO prolongée

C tf.U. K I R RAYON N A N T K

indéfiniment forme ce que l'on appelle l’axe du miroir. Ür on démontre, en géométrie, que si, en un point P <le (‘et axe, on place une source de chaleur, tous les rayons tels que PG, qui tomberont sur le miroir, donneront des rayons réfléchis, tels que Cl*', qui couperont tous l’axe, à très-peu près, au même point I* appelé le foyer conjugué de P. D’après cela, plaçons un corps inflammable én Iv, et tin réchaud en P, et nous verrons que, le réchaud étant plein de charbons, la poudre-coton prendra feu.

503. Appareil de Leslie. — La disposition, que nous venons d’indiquer, a été employée par Leslie pour l'étude de la chaleur rayonnante. A cet effet, Leslie se servait Ifig. 213), comme source de chaleur, d’un

vase cubique de fer-blanc C, rempli d’eau maintenue à une température constante et voisine de 100°. Une face du cube placée perpendiculairement à l’axe du miroir, et rencontrée en son milieu par cet axe, envoyait de la chaleur, qui, après sa réflexion, venait se concentrer dans un petit espafce, représenté par l'une des boules A du thermomètre différentiel. L’autre boule B, située en dehors de la direction des rayons réfléchis, était protégée par un écran contre le rayonnement direct du cube. Avec cet npparcil, Leslie avait la possibilité de faire varier successivement : 1° la source de chaleur; 2° la surface réfléchissante : 3° la surface absorbante. Pour cela, il lui suffisait de changer,- soit la nature de la face du cube ; soit la matière dont le miroir était formé; ou bien encore,' do recouvrir la boule du thermomètre avec différentes substances.

Lorsque l’appareil est mis en expérience, la chaleur uéfléchie par le miroir agit pour échauffer la boule A ; mais le milieu ambiant agit pour la refroidir, dès qu’elle s’est échauffée ; et c’est de cette double action que dépend la température indiquée par le thermomètre. Avant d'aller plus

Fig. 213.

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loin, il importe donc, pour l’intelligence des résultats qui seront obtenus, de connaître l‘oflèt produit par le milieu ambiant, dont l’action se combine à celle qu’il s'agit d’étudier : c'est la loi du refroidissement de Newton qui nous le donne.

504. i.oi «te Aniioi. — Newton a été amené par des considérations mathématiques à concevoir ht loi suivant laquelle s’abaissent les températures d'un corps qui se refroidit Les abnissnnents de température que subit un corps /tendant l'unité de temps , varient proportionnellement aux excès de ta température de ce corps sur celle du milieu environnant.

On démontre aiséqient cette loi par l’expérience. Il suffit d'observer deux thermomètres I fig. 214): l’un T marque la température du milieu environnant, soit 15"; l’autre T’, pljicé à quelque ( - < J ~ distance et échauffé d’avance, serefroidit. On note

la température de T’ à un moment donné, soit 25° : l'excès de température est doue 25° — 15* ou 10*. Après une unité de .temps, on note de nouveau la leiiqieratiire. et on trouve qu’elle a baissé de 0*,44 : ainsi |iour un excès de 10' rabaissement de température pendant l’unité de temps est égale à 0°.4t. On répète; les mêmes observations,, quand le thermomètre n'est plus qu’à 20°, c’est-à-dire , quand l’excès de température est réduit à «5°; et l’on trouve au bout de l’unité de temps un abaissement de température égal à 0",22. Ces deux expériences démontrent la loi : à un excès de moitié correspond un abaissement de température moitié moindre.

505. Mais une objection peut être faite : pendant charpie expérience, l’excès a été constamment variable. Dans la première, il a été décroissant depuis t0° jusqu’à 10" — 0°.44 —=9°. 5. On ne peut donc pas dire que l'abaissement de température 0°,44 soit celui qui correspond à 10". car successivement, l’excès a passé de. 10° à 9°,5ff par tous les intermédiaires. Ce nombre 0°,44 conviendrait réellement à un excès compris entre les deux extrêmes. En acceptant pour excès leur moyenne, qui est 9,78, on commettra encore une erreur ; mais l'erreur commise sera d’aulaut plus négligeable que la différence de ces deux excès sera plus petite. Il en est de même des résultats obtenus dans l’expérience précédente et 0,22 sera pris pour l’abaissement de température correspondant à l’excès 4.89. — Du reste, eu prenant le rapportée ces excès moyens et le rapport des abaissements de température correspondants, on trouvequ’avec ces moyennes la loi de Newton est encore vérifiée : on a en

effet