Chaleur de l’étincelle

L’identité de la chaleur et de la lumière semblerait indiquer que l’étincelle électrique est toujours capable de produire les effets de la chaleur, et que les différences des phénomènes calorifiques dépendent seulement de l’intensité de la lumière. Une telle interprétation du principe est vicieuse. Sans doute un corps suffisamment chaud est lumineux. Mais l’intensité de la lumière dépend à la fois de la température du corps et de son état physique. Ainsi nous savons que la flamme de l’hydrogène est très-chaude et très-pâle; qu’elle devient brillante quand est elle mêlée de particules solides, telles que celles du carbone. La proposition réciproque n’est pas plus exacte, un corps lumineux peut ne pas émettre de chaleur appréciable. De meme un corps chaud n’émet pas nécessairement de la lumière. On distingue les divers rayonnements d’un corps par la réfrancjibilité de leurs radiations, c’est-à-dire par la déviation que chacun de ses rayons éprouve en traversant un prisme. Les radiations les plus réfrangibles sont douées de l’activité lumineuse seule; les moins réfrangibles possèdent l’aclivité calorifique seule ; ceux qui sont d’une réfrangibilité intermédiaire possèdent les deux sortes d’activité.

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Les phénomènes calorifiques de l’étincelle offrent donc un sujet d’étude intéressant, parce qu’ils doivent nous apprendre dans quelles circonstances ses particules acquièrent tel ou tel degré de réfrangibilité, qualité qui est une conséquence du mode de mouvement dont ces particules sont animées.

L’aigrette et la lueur de la machine électrique ordinaire ne produisent aucun échauffement appréciable dans les corps voisins. L’étincelle elle-même né paraît pas rayonner la chaleur, d’après les expériences de M. Ed. Becquerel. Pourtant nous avons vu que cette étincelle enflamme l’éther, et il n’est pas de si petite étincelle qui ne puisse enflammer ce liquide, quand on prend quelques précautions. D’un autre côté une étincelle peut enflammer l’éther, l’alcool, la résine, sans enflammer la poudre à canon. Il y a donc une condition nécessaire à réchauffement d’un corps par l’étincelle, indépendamment de sa température qui est très-élevée, puisqu’il s’y trouve des parcelles de métal incandescentes. Cette condition est la durée. Plus la durée d’une étincelle est grande, plus elle échauffe les corps voisins. Ainsi on enflamme la poudre par l’étincelle d’une bouteille deLeyde, en interposant dans le circuit de la décharge une colonne d’eau, ce qui augmente sa durée.

L’inflammation est d’ailleurs un phénomène complexe qui ne donne pas une notion bien nette de la puissance calorifique d’une étincelle. Les combustibles sont ordinairement mauvais conducteurs de la chaleur; l’étincelle échauffe une petite portion de la substance et celle-ci brûle soit en se combinant avec l’oxygène de l’air, soit en subissant un nouvel arrangement chimique. L’éther est dans le premier cas ; son carbone, son hydrogène, et son oxygène se joignent à l’oxygène de l’air pour former de l’acide carbonique et de l’eau. La poudre à canon est dans le second cas ; le carbone et l’oxygène qui s’y trouvent forment de l’acide carbonique, le soufre et le potas-

sium forment du sulfure de potassium et l’azote est mis en liberté.

On ne peut pas mesurer aisément les effets calorifiques de l’étincelle par des expériences de ce genre, et comme d’un autre côté l’effet thermométrique est inappréciable, l’étude de ces effets est trés-difficile. Le thermomètre de Kinnersley, que nous avons pris pour démontrer la commotion de l’air, accuse mieux la chaleur de l’étincelle. Si cette chaleur était insensible, le liquide projeté devrait retomber brusquement après la décharge électrique. Or on le voit revenir lentement à son niveau ordinaire. 11 faut admettre que l’air renfermé dans l’appareil et traversé par l’étincelle s’est notablement échauffé, parce que le refroidissement d’un gaz exige toujours un certain temps.

Ces difficultés sont sans doute la cause du peu d’empressement que les physiciens ont montré à étudier avec détail la chaleur de l’étincelle. Le rôle important que cette chaleur joue dans les phénomènes de dissoeiation que M. Henri Sainte-Claire Deville a découverts ne peut manquer de donner lieu à de nouvelles recherches sur ce sujet.

Le principe de la conservation de l’énergie donne aussi de l’intérêt à ces recherches. Pendant la décharge d’une batterie, par exemple, il y a création d’une quantité de chaleur déterminée dans tout le circuit ; cette quantité de chaleur présente certaines relations avec la quantité d’électricité disparue. Le principe nous dit que, si la chaleur est le seul effet de la décharge, l’énergie calorifique créée est égale à l’énergie électrique dépensée. Mais l’étincelle n’est-elle pas un phénomène à la fois calorifique et mécanique? La projection de la matière des conducteurs n’est-elle pas une création d’énergie mécanique dont il faut tenir compte ? Déjà M. Edliind a constaté l’influence de cette quantité dans l’arc voltaïque; la même chose est à faire dans la décharge d’une batterie de Leyde.

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La clialeur de l’arc voltaïque est considérable, et comme on peut prolonger à son gré sa durée, les expériences offrent de grandes facilités. Néanmoins les lois relatives à cette chaleur sont peu connues, et l’on n’a guère observé que ses effets secondaires, tels que la fusion, la volatilisation des corps qu’on appelait réfractaires avant l’invention de la pile. Ces effets donnent lieu à de brillantes expériences qui nous apprennent que l’arc voltaïque est la plus intense de nos sources artificielles de chaleur.

Il suffit de plonger dans l’arc voltaïque une baguette d’une substance quelconque pour la voir disparaître en un instant. Quand on veut prolonger l’expérience, on prend pour électrode positive, qui est la plus chaude, un creuset de charbon, et on établit l’arc au fond du creuset, en y introduisant l’autre électrode, également en charbon. On peut jeter diverses substances dans ce creuset et les soumettre de cette manière à une température excessive, üespretz, avec sa pile de six cents éléments, fondait 250 grammes de platine en quelques minutes ; il a pu volatiliser ce métal de manière à en couvrir une capsule de porcelaine de 10 centimètres de diamètre fixée au-dessus du charbon supérieur. Les résultats les plus remarquables de ses recherches sont ceux qui concernent le charbon et le diamant, deux variétés du carbone qui jusqu’alors étaient tout à fait réfractaires aux sources de chaleur connues.

La volatilisation du charbon se fait dans l’œuf électrique ; on enlève l’air afin d’empêcher la vapeur de carbone de se combiner avec l’oxygène, et avec six cents couples disposés en six séries parallèles, on voit, dès que l’arc est établi, le charbon positif s’amincir, devenir blanc éblouissant ; puis tout à coup un nuage noir s’élève, remplit le vase et se dépose en poudre noire sur ses parois. Bien souvent le vase est brisé dans cette expérience.

Pour la fusion, Despretz produisit l’arc dans un réci-

pient de fonte contenant du gaz azote comprimé à trois atmosphères (fig. 59).

Ce récipient avait environ dix litres de capacité, et il

Fig. 59. — Fusion du charbon.

portait quatre tubulures. L’une latérale p servait à l’introduction du gaz ; l’autre laissait passer le conducteur Z du charbon inférieur, ayant la forme d’un creuset. Les deux

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autres v, v étaient garnies de glaces afin qu’on pût voir ce qui se passait dans l’appareil. Le couvercle du récipient laissait passer la tige qui portait le charbon supérieur. Cette tige était isolée et fixée à l’extrémité d’une crémaillère cd qui servait à la faire monter ou descendre pour régler l’arc voltaïque.

Avec cet appareil, des poussières de divers charbons mises dans le creuset s’incrustèrent dans la paroi, comme l’eût fait un verre noir ; les diamants se transformèrent en graphite en grossissant beaucoup de volume, et donnèrent de petits globules fondus. Despretz prouva par ces mémorables expériences que le diamant n’est pas une cristallisation du carbone obtenue par la fusion ou par une volatilisation brusque. Comme on ne peut pas le faire cristalliser par dissolution, puisqu’il est insoluble dans tous les liquides connus, l’origine de la plus belle des pierres précieuses restait inconnue ; il était impossible à l’homme de la reproduire artificiellement : la nature gardait son secret. Et pourtant la recherche d’un procédé pour préparer le diamant devait être depuis longtemps le sujet de mille tentations.

Despretz essaya un autre moyen ; puisque la volatilisation brusque transformait simplement le charbon en graphite, il songea à la volatilisation lente. 11 se servit de l’œuf électrique : l’électrode positive était formée par un cylindre de charbon de sucre, et l’électrode négative était terminée par un faisceau de fils de platine très-fins. Après avoir enlevé l’air, il fit jaillir l’étincelle de la bobine de Ruhmkorff, pendant plus d'un mois. Les fils de platine se couvrirent d’une couche noire très-mince. On l’observa au microscope et on y distingua de petits cristaux dont l’éclat et la forme rappelaient le diamant. En mêlant cette poussière à l’huile, on put polir des rubis, ce qui ne se faisait jusqu’alors qu’avec la poudre de diamant. Despretz a-t-il fait la découverte du diamant artificiel? Le produit obtenu était en trop petite quantité

pour qu’on puisse avoir une conviction à ce sujet, et si c’est là bien réellement la solution du problème, elle ne peut guère exciter la tentation des industriels. Jusqu’à présent l’expérience de Despretz est restée dans le domaine purement scientifique ; c’est le premier jalon posé sur une voie que suivront sans doute de nouveaux chercheurs.

En 1865, M. ïyndall a fait en Angleterre des recherches précises sur les radiations de l’arc voltaïque S et il les a comparées à celles du soleil. Celles-ci avaient été étudiées pour la première fois avec quelque précision par William Herschell en 1800. Ce dernier fit passer un thermomètre dans les diverses parties d’un spectre solaire, et il vit que réchauffement croissait rapidement de l’extrémité du violet où il était nul jusqu’au rouge. 11 continua à observer le thermomètre, en l’avançant graduellement sur le prolongement du spectre au delà du rouge, et il reconnut que réchauffement continuait à croître, jusqu’à ce que le thermomètre fût à une certaine distance du rouge, puis qu’à partir de cette position réchauffement diminuait jusqu’à une distance du rouge égale à la longueur du spectre lumineux.

La science entrait donc en possession d’un fait nouveau d’une grande importance aussi bien pour la physique que pour l’astronomie. En le généralisant, nous dirons qu’une source de lumière émet non-seulement des rayons capables de produire sur nos yeux la sensation optique et sur un corps quelconque les effets de la chaleur, mais encore des rayons moins réfrangibles que les précédents, qui sont purement calorifiques. Le degré de réfrangibilité ^ est apprécié par la déviation que le prisme imprime aux divers rayons, et c’est un caractère spécifique pour chacun d’eux, qui lui donne une individualité. Ainsi le degré de réfrangibilité décroît depuis les rayons violets

^ Lea Mondes, tome XII. 1806.

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jusqu’aux rayons rouges, et continue à décroître dans le groupe des rayons calorifiques et invisibles. Chacun de ces rayons a son degré de réfrangibilité particulier, qu’on mesure par son indice de réfraction. C’est pour cela que le passage à travers le prisme les sépare les uns des autres, et étale un faisceau qui tombe en rayons parallèles sur le prisme en un faisceau divergent qui projette sur un écran le spectre lumineux, mais qui en réalité dépasse ce spectre du côté du rouge d’une largeur égale à

la sienne. On appelle spectre calorifique l’étendue totale de la projection du faisceau.

Herscliell représenta les résultats de ses expériences par un tracé graphique très-simple (fig. 60). On partage une ligne DE en parties proportionnelles aux principales divisions du spectre lumineux. On peut alors marquer aisément sur cette ligne prolongée les positions successives que le thermomètre occupait par rapport à ces divisions. On élève ensuite en chaque'point une perpendi-

culaire proportionnelle à réchauffement qu’avait indiqué le. thermomètre dans la position correspondante. Enfin on joint les sommets de ces perpendiculaires par un trait continu, et chaque point de ce trait représente approximativement réchauffement qu’on eût observé, si le thermomètre eût été placé dans la position correspondante à ce point.

La figure ne représente pas la figure tracée par Herschell lui-même, mais une figure plus exacte, obtenue plus tard par M. Muller, de Fribourg, à l’aide de la pile thermo- électrique de Melloni, thermomètre d’une sensibilité extrême, à l’emploi* duquel nous devons toutes les découvertes qui ont été faites depuis Melloni sur la chaleur rayonnante. Sur cette figure l’extrémité du violet est au point E, l’extrémité du rouge au point D, l’extrérnité de la partie invisible au point A. Le point B représente le maximum de chaleur. On a ombré la portion ABCD qui correspond à la partie invisible du spectre total. On voit que la chaleur invisible émise par le soleil dépasse de beaucoup la chaleur visible.

M. Tyndall a étudié de la même manière le spectre de l’arc .voltaïque, en prenant toutes les précautions nécessaires pour ne pas modifier par la disposition même de l’appareil la nature des rayons dirigés sur le thermomètre. L’arc était produit par des électrodes de charbon dans la boîte connue sous le nom de Lampe électrique; une lentille de sel gemme rendait parallèles les rayons, et les dirigeait sur une fente étroite, derrière laquelle se trouvait une seconde lentille de la même substance. Cette lentille formait à une certaine distance une image nette de la fente. Près de cette lentille était un prisme de sel gemme qui déviait et dispersait les rayons. On recevait le spectre sur un écran portant une pile thermo-électrique de Melloni, et placé à la même distance du prisme que l’image dont on vient de parler. La pile étant graduellement amenée en divers points du spectre bien dé-

PROPRIÉTÉS DE L’ÉTLNCELLE.

terminés, on notait pour chacune de ses positions la déviation de l’aiguille du galvanomètre : c’est cette déviation qui mesurait réchauffement de la pile.

Le résultat moyen d’un grand nombre d’expériences est tracé sur la fig. 60 en A’B’C'E’, d’après la méthode décrite pour le spectre solaire. «On voit, dit M. Tyndall, que l’in- « tensité du pouvoir calorifique augmente graduellement « de l’extrémité bleue à l’extrémité rouge du spectre et « que, dans la région des rayons obscurs au delà du rouge,

U la courbe, s’élevant subitement, forme un pic escarpé et * « massif, qui, par sa grandeur, fait paraître très-chétive la partie de la figure qui représente la radiation visible. »

La pile employée dans ces expériences était de 50 éléments de Grove. 11 faut remarquer que la chaleur provenait non-seulement de l’arc voltaïque, mais encore des charbons.

En comparant les deux figures, on voit que le rayonnement invisible du soleil mesuré par la surface ABCD est à peu près double du rayonnement visible, mesuré par CüE, tandis qu'avec l’arc voltaïque le rayonnement invisible A’B’C’D’ vaut près de huit fois l’autre, C’D’E’. Si l’on fait passer le faisceau de l’arc à travers une couche d’eau d’épaisseur convenable, on met son rayonnement dans les mêmes conditions que celui du soleil ; ce qui s’explique par l’absorption que l’eau exerce sur les rayons obscurs. M. Tyndall pense que la grande différence des spectres électriques et solaires est due semblablement à l’absorption que l’eau atmosphérique exerce sur les rayons obscurs émanés du soleil. La différence des deux sources calorifiques devait être beaucoup moindre que celle qui est indiquée sur la figure. C’est sans doute ce qu’on vérifierait, si l’on étudiait le spectre solaire à de grandes hauteurs, sur le sommet d’une montagne élevée, parce que l’épaisseur de la couche aérienne traversée par les rayons solaires y serait moindre que dans la plaine.

N’avons-nous pas ici un exemple remarquable de l’enchaînement que la science établit entre les phénomènes les plus divers ? Avant les recherches sur le rayonnement calorifique de l’arc voltaïque, rien ne nous faisait penser que le rayonnement émané du soleil pouvait être beaucoup plus étendu que celui qui arrive sur la terre. On savait bien que l’atmosphère éteignait une partie des rayons solaires; mais dans quelle proportion? L’astre qui détermine sur notre globe les mille transformations de la matière, qui est la source de tout mouvement, de toute activité terrestre, n’est-il pas incomparablement plus actif et plus puissant que nos sources artificielles de chaleur les plus intenses, que l’arc voltaïque lui-même? Et alors les rayons que nous découvrons dans cet arc peuvent-ils être absents dans le rayonnement solaire ? Magnifique problème qu’il appartient à la physique de résoudre et dont la solution doit accroître nos connaissances sur la constitution de l’univers.