INCANDESCENT
O.tiO
0,39 à O.fiti
0,‘iX
Ce tableau parle de lui-même: qu’on suive les nombres d'une même
i'.llALKI [I RAYONNANTE.
colonne verticale, et l’on reconnaîtra quelle influence différente une lame diathennane, selon sa nature, exerce sur le rayonnement calorifique d’une même source ; qu’on lise au contraire les nombres en parcourant une même ligne horizontale, et l'on reconnaîtra l'importance de la nature de la source de chaleur sur la transmission à travers une même lame.
502. TrnnMtiiMiioii de la chaleur A travera le ael gemme . — Parmi les divers corps qui sont cités dans ce tableau il en est un qui présente une particularité des plus importantes, c’est le sel gemme. La quantité de chaleur qu'il transmet est toujours à peu prés la même, quelle que soit la nature de la source, et quelle que soit l'épaisseur de la laine. Il laisse passer dans tous les cas, les 0,92 de la chaleur qui se présente. MM. de la Provostaye et P. Desains ont montré que ce résultat n’était pas absolument exact, comme l’avait dit Melloni, mais il l'est à très-peu près.
503. Tranamhulon de la chaleur A travers l’eau. — Pour déterminer la transmission de la chaleur ù travers l'eau, Melloni, après avoir constaté que l'eau salée et l’eau pure, placées dans une môme cuve sur le trajet de la chaleur rayonnante, exercent la même action, employa des cuves de. sel gemme pour contenir le liquide. L'absorption de la chaleur par les parois des cuves était connue par des expériences faites antérieurement. Cet effet déduit, Melloni obtenait la proportion de chaleur transmise par l’eau.
504. Transmiaeion de la chaleur h travera lea gaz. — Dans ees dernières années, M. Tyndall a constaté que la transmission de la chaleur rayonnante était considérablement diminuée par la vapeur d'eau interposée, tandis qu'elle ne l’était que très-faiblement par l’air sec.
Il employa, pour observer le fait, la disposition même de Melloni, toutefois en remplaçant la lame à étudier par un tube T (fig. 209) fermé à ses deux extrémités par deux plaques de sel gemme. Le tube étant vide d’abord, il observa la déviation de l'aiguille du galvanomètre G après que l’écran L a été abaissé. Cela fait, il laissa entrer de l’air sec par les tubes desséchants A, et la déviation ne fut pas sensiblement modifiée, Mais, laissait-on pénétrer de l'air humide, la déviation de l'aiguille était considérablement amoindrie : l’action absorbante de la vapeur d’eau se trouvait ainsi constatée.
Pour rendre les effets plus sensibles, M. Tyndall eut soin que les mesures fussent données par des déplacements de l’aiguille effectués là où la sensibilité de l'appareil est maxima (495). A cet effet, après avoir observé la déviation produite par le rayonnement du cube, 81" par exemple, il l’annulait par un cube semblable placé du côté S à une distance
332 CHALEUR
convenable de la seconde face de la pile. Alors il faisait entrer l'air hu-
mide dans le tube, et obtenait une déviation nouvelle proportionnelle à la chaleur absorbée.
Les résultats obtenus ayant été contestés parM. Magnus qui attribuait l'absorption de la chaleur, non A la vapeur d'eau, mais bien à l'eau provenant de la condensation que cette vapeur subit sur les plaques de sel gemme fermant le tube, M. Tyndall supprima ces plaques et lit circuler lentement dans le tube de l'air sec d'abord, puis de l'air humide, et les phénomènes observés sont restés les mêmes.
505. Réfraction de la chaleur. — Non-seulement il y a diverses espèces de chaleur, comme Herschell et Delarochc l'avaient déjà montré, mais encore chaque source de chaleur n’est pas homogène ; elle envoie des rayons de diverses espèces. Une expérience, calquée sur celle que Newton avait faite pour séparer les couleurs de la lumière solaire, sert à le démontrer très-nettement (Optique, chap. v). Sur le trajet de la chaleur envoyée par une source, Melloni, à l’imitation d’Ilerschell, placeun prisme réfringent (fiij. 210), mais un prisme de sel gemme G, tandis qu’ilerschell, ignorant la propriété de cette dernière substance, de se laisser traverser à peu près également par toute espèce de chaleur, avait employé un prisme de verre. Ce prisme est posé sur un plateau (fi g. 211), la chaleur le traverse en changeant de direction; elle se réfracte, comme on dit, et à sa sortie du prisme elle est reçue sur une pile I* très-étroite Une règle additionnelle porte la pile, et cette règle est mobile autour d'un axe vertical, qui passe par le centre du plateau, La pile, placée dans diverses posi-
Cil A LEU K IIA TONNANTE
lions analogues à celle quelle occupe en P, reçoit chaque lois une portion seulement du faisceau de chaleur, qui s'étale en émergeant du prisme. Un mesure aloi-s, parla déviation de l’aiguille du galvanomètre, l’intensité du flux calorifique dans chacune des régions du faisceau transmis.
Si la source de chaleur est eu même temps lumineuse, comme la lampe de Localclli, ou bien si elle est constituée par nu rayon de soleil, on peut recevoir, sur un écran blanc placé à quelque distance du prisme, le spectre solaire, qui a été obtenu par Newton, au moyen d’un procédé analogue. Les couleurs y sont distribuées dans l’ordre suivant en partant de la base du prisme : violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge. La pile placée successivement dans chacune d’elle, indique une température peu élevée dans le violet,’ et de plus en plus élevée à mesure que l'on approche du rouge. Au delà du rouge, là où aucune lumière n’apparait, l’élévation de température est encore plus considérable. Puis cet excès décroît, et à une distance du rouge assez grande il est nul.
Si la source n’est pas lumineuse, si elle n’est autre que le cube de Leslie, par exemple, alors le rayon calorifique qui suit la direction du rayon solaire avant d’arriver au prisme donne des rayons réfractés, qui sont tous obscurs et qui tous suivent la direction des rayons obscurs de l’expérience précédente.
ÛU6. La chaleur qui se manifeste dans les parties lumineuses est appelée chaleur lumineuse, celle dont on constate la présence dans les parties obscures, est dite chaleur obscure. L’expérience qui vient d’ètre faite, montre ce qu’llerschell avait vu le premier, c’est que la chaleur solaire contient des rayons obscurs aussi bien que des rayons lumineux, (les rayons se distinguent les uns des autres, non-seulement parcelle circonstance que les seconds impressionnent lu rétine, tandis que les premiers sont sans action sur elle, mais encore par cette propriété de se réfracter inégalement en traversant une même substance. La même expérience montre encore qu’il existe un grand nombre d’espèces de chaleur lumineuse
CIIALKLIi.
(H un grand nombre d’espèces de chaleur obscure. Enfin, un même corps émet des espèces de chaleur d’aulant plus nombreuses que sa température est plus élevée : on le reconnaît par une méthode identique à la précédente.
507. Tranamliuilon de* diverse* espèces de chaleur. — Les rayons de chaleur de diverses espèces se réfractent inégalement dans le prisme de sel gemme. Cette propriété les distingue les uns des autres, niais ils possèdent encore d’autres propriétés que nous étudierons dans la suite. Pour le moment nous nous contenterons de signaler celles qui se rapportent à la transmission. Melloni a reconnu que chacun de ces rayons traversait très-inégalement une même lame d'une substance diathermane. Ils se conduisent comme des sources de chaleur de diverses natures (501). Ils sont même les éléments des rayonnements émanés des différentes sources : tout flux calorifique est constitué de leur mélange. Entre autres faits intéressants nous citerons leur transmission à travers une couche d'eau: les rayons violets passent en grande proportion; du violet au rouge, la transmission diminue; au delà du rouge, la transmission n'a plus lieu.
En poursuivant ce genre d’ étude, M. Tyudall vient de reconnaître que la dissolution d'iode dans le sulfure de carbone, qui est complètement opaque à la chaleur lumineuse, et ne laisse passer In chaleur d'aucun des rayons lumineux contenus depuis le violet jusqu'au rouge, se laisse traverser parfaitement par la chaleur obscure. Ce qui l’a conduit à la découverte d’un des phénomènes les plus capables de surprendre. Une cuve pleine de cette dissolution est-elle placée au-devant des rayons solaires que l’on fait converger au foyer d’un miroir parabolique? elle intercepte toute lumière en ce foyer, et cependant la chaleur est très-intense : un morceau de bois s'allume au sein de celte chaleur invisible.
508. Voici un autre fait signalé par Melloni. La chaleur obscure traverse en proportion considérable une lame de sel gemme enfumée, tandis qu’elle est totalement arrêtée par une lame transparente d'alun. Inversement, la chaleur lumineuse traverse abondamment une lame d'alun, tandis quelle est arrêtée par la plaque de sel gemme enfumée. La chaleur, solaire, composée de rayons obscurs et de rayons lumineux, doit passer et passe en grande quantité à travers une lame de sel gemme enfumée; elle traverse avec, la même facilité une lame de verre; mais un résultat curieux, c’est qu'elle est interceptée parmi assemblage formé de ces deux lames. Ce résultat, qui autrefois a beaucoup excité l'attention îles physiciens, s’explique facilement, en partant des notions précédentes. Le verre et le sel gemme pris isolément laissent passer chacun
CHALEUR RAYONNANTE
une espèce de chaieur. Seulement le premier 11e se laisse traverser que par la chaleur lumineuse, l’autre que par la chaleur obscure; le milieu diathermaue qu’ils constituent par leur réunion ne peut donc livrer passage ni à l'une ni à l'autre de ces deux espèces de chaleur.
509. Transmli»lon * travcr» une nulle de lame* de même nature. — Une lame de verre de I millimètre d'épaisseur laisse traverser la moitié de la chaleur qui vient du platine incandescent ; sur 100 rayons incidents il en passe 50. Si, derrière cette première lame, on en place une autre toute pareille, et qu’on s’arrange de telle manière que la chaleur incidente sur cette seconde lame ait encore une intensité égale à 100, on trouve que le faisceau transmis a une intensité bien supérieure à 50. Pourquoi, dans ces deux cas, le verre intercepte-t-il si inégalement la chaleur? C’est que la chaleur qui s’est présentée d’abord devant la première lame était composée de deux parties : une, qui était apte à traverser le verre et qui l’a traversé, et l’autre qui a été interceptée par ce même verre; tandis que la seconde lame n’a reçu que la chaleur qui était devenue ticheen rayons abondamment transmissibles à travers le verre.
510. Application de* résultat» précèdent*. — Ces propriétés expliquent la haute température qu’en hiver l’intérieur d’une serre acquiert même sous l'iullucnce des seuls rayons solaires. La chaleur lumineuse du soleil pénètre abondamment, elle échauffe les corps solides qu’elle frappe; ceux-ci rayonnent, mais ils rayonnent de la chaleur obscure qui, peu apte à traverser le verre, reste et va en s’accumulant; elle n’est plus guère enlevée que par la conductibilité des murailles.
Ile même l'air chargé de vapeur d’eau intercepte en proportion très, considérable la chaleur obscure, comme l’a prouvé récemment M. Tyndall. Une couche d’air humide de 3 mètres de profondeur intercepte 10 rayons sur 100 qui se présentent pour la traverser. L’atmosphère atténue donc l'elTet du rayonnement solaire qui nous atteint en absorbant une quantité considérable des rayons obscurs qui èmaueutdu soleil ; mais aussi elle empêche le refroidissement du globe en retenant la chaleur obscure qui en est émise, et en l’empêchant de se perdre dans les espaces planétaires.
511. Analogie de la chaleur rayonnante et de la lumière. — Ces
expériences, il faut bien le comprendre dès à présent, sont tout à fait les analogues d’autres expériences qu'il est facile de répéter avec la lumière, et tellement connues que nous n’hésitons pas à les mentionner ici, bien que l’optique n’ait pas été traitée dans les chapitres qui précèdent. Que l’on place devant les yeux une lame de verre fortement colorée,
on rouge par exemple, et que l'on regarde le spectacle offert par les objets extérieurs; on reconnaît de suite que les diverses espèces de rayons de lumière ne traversent pas également la lame. Les objets rouges se voient avec un éclat presque aussi vif que si la lame de verre n’était pas interl>osèe; lesaulres objets s’obscurcissent ; quelques-uns môme, tels que les *euilles des arbres, paraissent noirs ou presque noirs. Si l’on substitue au verre rouge un verre coloré en vert foncé, les phénomènes seront autres : le rouge s’obscurcit, le vert parait éclatant de lumière. Enfin, que l’on superpose ces deux lames et qu’on place le système qu’elles forment sur le trajet des rayons lumineux; on constatera, si elles sont convenablement choisies, qu’aucun objet extérieur n’est plus visible. Ainsi leur ensemble ne laisse pas passer de lumière, tandis que chacune d'elles séparément en eût laissé traverser une quantité considérable. Cn objet blanc, invisible à travers les deux lames réunies, eût été très-facile à apercevoir soit à travers l'une, soit à travers l’autre.
I’,es analogies, que Dclaroche avait aperçues et que Melloui a (ait ressortir par un grand nombre d’expériences, ont appelé l’attention des physiciens sur ce sujet, et les ont conduits à rechercher, si tous les phénomènes relatifs à la lumière avaient leurs analogues dans la chaleur rayonnante; on peut affirmer aujourd’hui que la correspondance des deux ordres de faits s’est soutenue sans aucune exception. Nous ne tarderons pas à développer cette vérité importante.
É N t SS IU S — POUVOIRS I.SISSIIS
5ll2. ne finition . — Les dilféreules substances, portées à la même température et placées dans des circonstances absolument identiques, ne rayonnent pas des quantités égales de chaleur. Il est aisé de s’en convaincre : un vase d'argent poli qui est entretenu plein d’eau bouillante n’envoie pas une grande quantité de chaleur à la main placée à quelques centimètres de distance; tandis que, dans des conditions semblables, le même vase, quand il est recouvert de noir de fumée, émet une quantité de chaleur beaucoup plus abondante.
On compare les quantités de chaleur rayonnées par différentes substances à celle que rayonne une substance déterminée, qui se trouve portée à la même température et qui est d’ailleurs placée dam des conditions
l*OliV01KS ÉMISSIFS.
identiques : ou appelle pouvoirs émissifs ou pouvoirs ru ijoniwnls les rapports ainsi obtenus.
Leslie avait choisi, pour unité, le pouvoir émissif du noir de fumée, et ce terme de comparaison a été conservé par les physiciens.
513. Pouvoirs éminsif* — La mesure des pouvoirs émissifs effectuée d'abord par Leslie à l’aide du thermomètre différentiel <|ue nous avons décrit (“236), a été reprise et exécutée avec plus de perfection par Melloni. Sa méthode est facile à saisir : il recouvre les diverses faces du cube de Leslie des substances qu’il veut étudier ; l’eau du cube étant portée à l'ébullition, une première face est disposée perpendiculairement à l'axe de la pile et de manière que celui-ci la rencontre en son centre; L'écran K (/if;. ‘2 12) est abaissé; on note la déviation produite, soit 5°.
Fig. 412.
Far une rotation du cube autour de la verticale, on substitue à la face employée celle qui est recouverte de noir de fumée : soit 10" la nouvelle
déviation. On a alors ^ ou 0,9 pour le pouvoir émissif de la substance
étudiée. La figure “212 montre l’appareil en expérience. Voici les résultats obtenus par Melloni en employant lu cube chauffé à 100°, comme source de chaleur :
Noir de lumee 1,00
Carbonate de plomb 1,00
Colle de poisson 0,01
Encre de Clmic U. 85
Comme laque 0,72
Surface métallique 0,12
CHALEUR
Melloni, ou lu voit, attribuait à tous les métaux le même pouvoir émissil. MM. de la Provostaye et P. Dessins ont repris avec uii soin particulier ces expériences, en s'attachant à bien polir les surfaces métalliques, et ils ont trouvé les résultats qui suivent :
Noir de famée I
Argent bruni 0,W
Argent déposé chimiquement et imtt U, 05
Or 0,04
Laiton 0.05
Platine bruni 0,i0
314. Lorsque le corps à étudier est transparent pour la chaleur, comme le sel gemme, le verre, son pouvoir émissif ne peut pas être étudié par la môme méthode. Jusqu’à présent, il n'a été fait que des expériences peu importantes sur ce sujet. Voici celles de M. liai four Stewart : Deux plaques, l’une de verre, l’autre de sel gemme, furent portées à la même température sur le couvercle d’un vase où l’eau était maintenue en ébullition. Chacune d’elles fut ensuite successivement placée à la même distance de la pile thermo-électrique, et la déviation faible donnée par le sel gemme fut suivie d’une autre beaucoup plus considérable produite par le verre quand il rayonnait. D'où l’on peut conclure que le corps le moins transparent pour la chaleur est celui (pii a le plus grand pouvoir rayonnant.
513. influence de répai»Neur. — Les substances, dont on enduit la face du cube, peuvent former des couches d’épaisseur très-différentes, et on peut se demander jusqu'à quel point les résultats obtenus dépendent de cette épaisseur. Pour résoudre cette question capitale, Leslie employait un vernis à la gomme laque assez peu épais pour que mille couches de ce vernis formassent une couche d'un millimétré d’épaisseur environ. Une première couche fut appliquée sur une face du cube et séchée ; après dessication, Leslie détermina le pouvoir émissif de cette face. Il appliqua successivement de nouvelles couches et vit que le pouvoir émissif changeait, tant que l'épaisseur de la substance n’était pas égale à 0""“,044. A partir de cette limite, le pouvoir émissif devenait constant, quel que fût le nombre de couches ajoutées de nouveau. On voit donc que l’épaisseur de la lame, qui influe sur la valeur du pouvoir émissif, n’est pas très-considérable; et néanmoins, il est important de constater, au point de vue théorique, que l’émission de la chaleur ne dépend pas seulement des molécules superficielles, mais encore de celles qui sont situées à une certaine profondeur dans la masse de la substance.
TOUV01KS ÉMISSIFS.
Ces expériences, t|ue Leslie exécutait avec sou appareil ('256) se feraient très-bien avec celui de Melloni, en suivant la méthode indiquée précédemment.
516. inttocBM de l'état physique du corps. — Les résultats du tableau précédent font voir que le pouvoir rayonnant d’une substance dépend de l’état particulier d’agrégation dans lequel elle se trouve : ainsi l’argent mal possède un pouvoir rayonnant plus que double de celui de l’argent bruni, c’est-à-dire de l’argent dont le poli a été obtenu par le frottement de l’instrument appelé brunissoir. Étudier cette influence de l’état physique des corps, rechercher les autres circonstances qui peuvent modifier la valeur du pouvoir émissif : tel va être notre but actuellement. Disons de suite que les causes influentes principales sont : 1° le poli plus ou moins parfait de la surface; 2“ l’espèce de chaleur émise; 5° l’inclinaison de la surface.
Aux remarques déjà faites sur l'influence de l’agrégation du corps étudié, nous devons ajouter que MM. Masson et Oourtépée ont démontré que l'état physique d’une substance exerce sur le pouvoir émissif une influence tellement capitale que les métaux, dont le pouvoir émissif varie très-notablement de l’un à l'autre quand on les prend sous la forme de lames polies, ont au contraire à ppu près tous le mtfine pouvoir émissif que le noir de fumée, lorsqu’on les emploie sous la forme d’une poudre impalpable telle que la fournissent les réactions chimiques.
517. Influence de la température. — Le pouvoir élllissif \ai'ie-l-il selon l’espèce de chaleur que le corps tend à émettre? Telle est la question que MM. de la Provostaye et P. Desains ont tenté de résoudre. Le moyen qui se présente naturellement pour faire varier l’espèce de chaleur qui tend à s'échapper du corps, c’est évidemment d'élever sa- température.
Pour leurs expériences, ces physiciens se servaient, comme source de chaleur, d’une lame de platine échauffée par un courant électrique. Cette lame, recouverte entièrement d’oxyde de cuivre, avait ses faces placées en regard, l’une de la pile thermo-électrique A, l’autre de la pile thermoélectrique B, et ces piles étaient placées à une distance telle que les déviations données par les deux galvanomètres fussent identiques. On était nlors, du côté de la lame située vers A, l’oxyde de cuivre, que l’on remplaçait par du borate de plomb ; aucun autre changement n’était fait à l’expérience. Le courant passait comme précédemment, seulement on augmentait ou ou diminuait son intensité jusqu'à ce que la pile témoin B, placée vis-à-vis de l'oxyde de cuivre, donnât la même déviation que dans
CHALEUR
la première expérience, et indiquât par là que la lame était revenue à b même température d’environ 600'. Le borate de plomb produisait aioi> sur l'appareil A une déviation différente qui était les 0,75 de la précédente. En abaissant la température de la lame jusque vers 100", le résultat changeait : les deux galvanomètres indiquaient des déviations égales. Cette expérience prouve clairement que l’oxyde de cuivre et le borate de plomb possèdent le même pouvoir émissif à 100°, tandis que vers 600", le pouvoir émissif du borate n'est que les 0,75 de celui de l'oxyde de cuivre.
518. influence de rinetinaicon . — L inclinaison de la surface qui rayonne la chaleur a de l’influence sur le pouvoir émissif.
La face du cube de Leslie, dans nos expériences sur le pouvoir émissif, a été placée perpendiculairement à l'axe de la pile. Notons l’indication du galvanomètre. Donnons-lui ensuite une certaine inclinaison; dès lors, la surface AB {fig. 215) placée en regard de la pile devient A'B';
elle est plus étendue, et la chaleur qui arrive à l'instrument est émise obliquement. Or on trouve que, avec le noir de fumée, la déviation de l'aiguille n’est nullement changée quand ou incline la face du cube; mais il n’en est pas de même pour les autres substances; la quantité de chaleur décroît comme le montre le tableau suivant :
