CHAPITRE VIII

DE l'opacité des CORPS ET SPÉCIALEMENT DE L'ACnON DES MÉTAUX

SUR LA LUUIERE.

L'opacité et la transparence ne sont pas des propriétés absolues de la matière ; nulle substance n'est parfaitement transparente, et le corps le plus opaque, pris sous une très-faible épaisseur ou dans un état différent, devient translucide ^ Ainsi, constamment un certain nombre de rayons sont absorbés par les' corps et se transforment, avons-nous dit, en produisant une action chimique ou thermique. Nous pouvons reconnaître plusieurs causes à cette absoiplion : 1° le frottement de l'onde étliérée passant entre des molécules de forme plus ou moins anguleuse ; 2° le travail nécessaire pour constituer les molécules du corps dans un nouvel état d'équilibre, travail accompli aux dépens de la force vive de Téther; 5° la facilité plus ou moins grande des molécules à vibrer à l'unisson de l'onde incidente. Dans le cas où l'unisson est impossible, par la superposi* lion de mouvements ondulatoires de grandeurs différentes, le corps pesant devient souvent le centre d'un nouveau système d'ondes plus longues que les ondes incidentes*. Dans ce chapitre, nous étudierons l'absorption par les métaux.

Depuis longtemps on a donné comme caractère spécifique des métaux Véclat métallique et une grande opacité; ces deux propriété&ue dépendent pas d'une irrégularité de structure, comme on le voit pour certaines substances, car elles se retrouvent tout entières dans les métaux parfaiteme'^: purs et cristallisés. Plus récemment, après la découverte de la polarisation, on a reconnu que toutes les substances diaphanes présentées à la lumière naturelle sous

opacité et Transparence.

Ses cause

Éclat métallique

* Plusieurs métaux fondus (le cuivre par exemple) sont transparents.

^ Il est bon de rappeler ici une expérience due à Taitini. Lorsque deux cordes duiit les sons fondamentaux correspondant a des nombres premiers entre eux, mettent en vibration une troisième corde, celle-ci donne le son fondamental qui lui appartient, quand même ce dernier serait plus ifrave que les deux autres : chose facile à comprendre si l'on réflccbit à l'iiicommenburabilité des n)ouventonl.> c.\cilalcui.>.

Iicflciion totah..

Son analogie

avec la

reflet ion

métallique.

l'ulari>ation

Ilipliqiie lies

iiu'Iuux.

une incidence convenable la polarisent à peu près complètement; avec les métaux, au contraire, on n'obtient jamais qu'un angle de polarisation maximum, car ils polarisent constamment la lumière d'une façon très-incomplèle. Ces faits conduisirent les physiciens à admettre dans les métaux une très-grande force réfringente, car on savait que l'angle de polarisation augmente avec ce pouvoir, et on citait le diamant, dont le pouvoir réfringent est considérable et qui polarise très-mal la lumière. La conclusion était prématurée; on peut, en effet, rapprocher Téclat métallique du brillant phénomène qui nous est offert par un prisme dans l'intérieur duquel un faisceau lumineux subit la réjlexion totale ; cl celte considération a donné la clef de la véritable explication de Taclion des métaux sur la lumière.

Frcsnel, par une intuition que l'on peut appeler effort de génie, a trouvé que dans la réOexion totale la lumière subit une telle modification lorsque le rayon polarisé tombe sous une certaine obliquité et sous un certain azimut sur la face intérieure du prisme ; les deux composantes, dans lesquelles se peut résoudre le' mouvement, ne sont plus d'accord, mais l'une a subi un retard et elles ont une différence de phase. Ce retard dérive sans doute de rinfluencc du changement de densité à la surface, limite qui se fait sentir à une petite distance. De là il arrive que le rayon reçoit une polarisation elliptique.

Cette différence de phase qui a lieu dans riiitérieur d'un prisme se produit aussi sur une surface métallique, et l'on peut même la rendre très-sensible en faisant subir au rayon plusieurs réflexions successives.

La polarisation ellipti(|ue exigeant, pour se manifester, une différence de phase dans les deux composantes principales du rayon rédéchi, il en résulte que toutes deux pénètrent dans l'intérieur de la subtance réfléchissante, mais Tune plus avant que l'autre ; d'où résulte pour celle-là un léger retard, par suite une discordan(C constante entre les phases de ces deux composantes ^ L'expérience a confirmé ces aperçus théoriques ; en effet, les rayons

* Pour avoir une ondulation elliptique, il faut : 1* que les deux systèmes d'ondr;: soient rectangulaires, et 2" que la diriérencc de phase &oit comprise mire 0 et ^ d*ondo. Pour la valeur -J, l'ellipse dr vient un cercle ; pom; les valeurs supérieures, le mo::- \o:iicul ellipli|ue change de sens.

Gauchy.

ACTIOrt DES MÉTAUX SUR LA LUMIÈRE. 245

émis par les métaux incandescents sous une grande obliquité sont polarisés par réfraction, et, de plus, les métaux, à la température ordinaire, étant réduits en feuilles assez minces pour se laisser traverser par la lumière, polarisent les rayons avec une telle puissauce, que suivant Faraday une feuille d'or est un polarisateur préférable à une pile de glaces; et tout récemment M. Hempcl a reconnu, à l'aide de Tappareil de Norremberg, qu'une très-mince couche d'argent, obtenue par précipitation chimique, polarise circulairement la lumière par réflexion ou par réfraction avec une intensité surprenante. Ces expériences montrent encore la dissemblance des deux composantes principales, car il y a rotation du plan de polarisation du rayon émergent d'une mince feuille d'or, et cette rotation varie avec la nature du métal ^

Dans sa théorie générale de la lumière polarisée, Cauchy à Théorie de établi avec une exactitude admirable la relation entre les phénomènes dus à la réflexion et ceux dus à la réfraction ; s'appuyant sur les lois du mouvement vibratoire, il calcula, dans l'hypothèse de la réflexion d'un rayon polarisé sur une surface donnée, la différence de phase des deux composantes principales du rayon polarisé après la réflexion, et il trouva une valeur variable avec la nature do la substance, mais qui ne devenait jamais rigoureusement nulle. De plus, la différence de phase augmente avec l'incidence d'une demi-longueur d'onde à une longueur tout entière, depuis l'incidence normale jusqu'à l'incidence rasante ; mais ce n'est que dans le voisinage de l'angle de polarisation maximum (angle brewstérien) que les variations sont sensibles, et entre deux limites d'autant plus rapprochées, que la lumière est polarisée en plus grande quantité sous l'angle de polarisation maximum ; en dehors de ces limites, la polarisation est rectiligney quoique incomplète ; en dedans elle est elliptique. Ces limites se confondent si la polarisation peut être complète sous un certain angle, alors il n'y a plus de polarisation elliptique, et îa différence de phase passe brusquement d'une demi-longueur à une longueur d'onde sous l'angle de polarisation. Avec les métaux, les variations dans

* Faraday, Philos, trans.^ 4857, part. I, p. 448. I.a rotation du plan de polarisation est an phénomène assez complexe et qui suppose la composition de plusieurs mouvements, ordinairement de deux mouvements hélicoïdaux, l'un dextrorsum, et l'autre sinislrorsam, avec une différence de phase de | d'onde. Voyez les traités spéciaux.

m DE LA LUMIÈRE.

la différence' de phase sont sensibles depuis Tincidence normale jusqu'à rincidence rasante. Aussi le rayon réfléchi possède-t-il toujours la polarisation elliptique. Les nombreuses comparaisons CorfQrmée faites par M. Jamin entre les résultats de l'expérience et ceux four- M. jamin. uis par Ics formulcs montrent que celles-ci représentent les phénomènes avec une exactitude remarquable. Ce physicien a reconnu en outre que la connaissance de l'angle de polarisation maximum ne suffisait pas pour calculer la vitesse de la lumière dans les métaux, et, par suite, leur indice de réfraction ; de cette manière, on trouvait en effet des valeurs énormes et véritablement exagérées. Ainsi, l'angle de polarisation maximum étant pour l'or 15°, l'indice de ce métal serait 3,79, et pour d'autres métaux les nombres seraient encore plus considérables, *de telle sorte que, contrairement aux résultats fournis par les corps transparents, la réfrangibilité augmenterait avec la longueur de l'onde^ Mais la théorie nous apprend que l'angle en question est une fonction de deux quantités : une variant avec la vitesse de la lumière, c'est l'indice de réfraction proprement dit; l'autre, dépendant de la résistance offerte par le milieu au passage de la lumière et produisant l'extinction du rayon, a été nommée par Caucliy coefficient d'extinc-tion : on doit attribuer à cette dernière action le retard éprouvé par l'une des composantes principales du rayon polarisé, retard qui détermine la polarisation elliptique. L'opacité des métaux est donc en rapport très-étroit avec leur pouvoir réflecteur, et nous devons regarder les substances métalliques comme une classe de corps dans lesquels les vibrations transversales pénètrent seulement à une faible profondeur*. Cette impossibilité de faire pénétrer dans les métaux les ondes lumineuses, nous empêche de vérifier si vraiment la réfrangibilité augmente avec la longueur d'onde. Dispersion Pour étrange que cette conclusion puisse paraître, elle serait

anormale des j * • • i • * m. »

méiaiix. cependant vraie si les rayons pouvaient traverser un prisme métallique. Mais ce que ne peuvent faire les métaux, peut être produit par certaines substances à l'aspect métallique comme l'aniline et d'autres de ces composés modernes tiré du goudron du gaz d'éclairage. Plusieurs de ces substances en effet, aux reflets métal-

• Voy. Billet, Optique, t. Il, p. 145.

^ Voy Cnuchy, et aussi Billet, t. II, p. 159.