CHAPITRE II

Analyse par réfraction «les rayons calorifiques.

§ 1 . Spectre calorifique.

On a vu dans le livre Ier du premier volume, page 29, qu’en 1800 William Herschell (2) découvrit que les rayons les moins réfrangibles du spectre solaire, les rayons rouges, donnent une élévation de température plus grande que les rayons bleus, et même qu’en dehors du rouge, dans la partie invisible du spectre moins déviée que le rouge, le thermomètre indique encore une élévation de température. Un faisceau de rayons solaires contient donc des rayons de moindre réfrangibilité que les rayons visibles, que l’on a nommés rayons obscurs,. et dont le pou-

(1 L’antimoine doit être aussi pur que possible. Quand on se sert de celui du commerce, il faut le pulvériser et le fondre à deux reprises aux moitié ou trois quarts de son poids d’oxyde d’antimoine.

(2) Philosophical transactions, t. 90 (1800).

EFFETS CALORIFIQUES

voir calorifique est très-marqué; en se servant même de prismes en verre, le maximum d’action calorifique est placé à l’extrémité du rouge en dehors de la partie visible.

Seebeck (1), en répétant les expériences d’Herschell, examina l’influence de la nature du prisme sur la position du maximum de chaleur, et, en se servant de prismes solides en verre et de prismes à eau, il trouva que le maximum de chaleur pouvait se déplacer et venir jusque dans le jaune. Mais ces expériences ayant été faites à l’aide d’un faisceau de rayons solaires d’un certain diamètre, le spectre n’était pas épuré et contenait dans une même partie, par superposition, des rayons de réfrangibilité inégale.

Melloni, dont les recherches ont puissamment contribué à établir les lois du rayonnement de la chaleur et l’identité des rayonnements lumineux et calorifiques, chercha à vérifier le fait annoncé par Seebeck en opérant avec un faisceau de rayons solaires pénétrant par une fente rectiligne de peu d’épaisseur d’un voleL de la chambre noire, fente qui était parallèle à l’arête des prismes. Ayant trouvé que le sel gemme était à peuprès transparent pourla chaleur, il opéra avec différents prismes faits avec cette substance(2), et trouvaune plusgrande étenduede rayons calorifiques invisibles qu’FIerschell ne l’avait observé; d’un autre côté, il observa que le maximum d’action était en dehors du rouge, à une distance de cette extrémité au moins égale à celle qui sépare le rouge du bleu vert. Il montra qu’en opérant avec des prismes de différente nature , le maximum d’action se déplaçait et se rapprochait du rouge d’autant plus que la matière des prismes agissait plus vivement, par absorption, sur les rayons invisibles moins réfrangibles que le rouge, et il reconnut que jamais ce maximum ne pénétrait dans le rouge et jusqu’au jaune.

On conçoit en effet que si tous les prismes sont incolores, c’est-àdire s’ils sont transparents pour les rayons compris entre les réfrangibilités rouges et violettes, on doit toujours observer des effets calorifiques proportionnels dans les mômes parties du spectre entre ces limites de réfrangibilité, et le spectre calorifique depuis le rouge jusqu’au violet doit conserver sa distribution calorifique comme il conserve sa distribution lumineuse; il n’y a donc qu’une différence dans la dispersion suivant la nature des prismes. Mais comme les sub-

(1) Mémoires de V Académie de Berlin , 1819.

(2) Journal de l’Instilut , tome F1 2', page 212, n° 25. Biblioth. univ. de Genève, 2e série,t. 49 (1844).

tances qui composent les prismes agissent par absorption d’une manière très-inégale sur les rayons obscurs moins réfrangibles que le rouge, cette partie obscure du spectre a une étendue et une composition bien différentes, suivant les diverses substances,, et comme on va l’indiquer plus loin. Ainsi le déplacement du maximum calorifique observé par Seebeck dans la partie visible du spectre , tenait à la superposition de plusieurs images prismatiques produites par un défaut de pureté de ces images.

Plusieurs physiciens depuis cette époque ont indiqué quelle estlarépartition de la chaleur dans le spectre solaire; parmi les recherches qui ont été faites on peut citer celles de M. Franz (1), en se servant de prismes de flint glass et celles de M. Muller (2) en faisant usage de prismes de sel gemme ainsi que de prismes de crown. Ces physiciens ont opéré à l’aide d’un spectre solaire ne présentant pas les raies noires, car l’effet thermique serait trop faible pour être appréciable dans les différents rayons; on forme alors un spectre par un faisceau de quelque épaisseur, et l’on indique la position approximative des raies d’après la place des couleurs.

P Jn

Fig. 42.

La fig. 42 représente la distribution de la chaleur et de la lumière dans le spectre solaire. Les lettres A, B... F. H, indiquent les place des raiesnoiresdeFraünhofferportantces dénominations; en A est l’extrême rouge, en F le commencement du bleu, en HH" l’extrémité du violet visible. La courbe AwII donne la distribution de l’intensité lumineuse d’après Fraiinhoffer : au moyen d’un photomètre très-simple, il a indiqué dans son premier mémoire cité tome Ier, livre 4, page 130, la mesure des intensités des différentes parties du spectre, abstraction

faite des couleurs, et ces intensités ont donné les valeurs des ordonnées

(1) Ann. de Poggend., t. 101, p. 46 (1857). — Ann. de chimie et de phys., 3e série, t. 51, p. 488.

(2) Ann. de Poggend ., t. 105. — Muller, Traité de physique, 1863, t. 2, p. 743.

EFFETS CALORIQUES

qui ont servi à construire la courbe. Ces mesures ne sont que bien approximatives , et ne peuvent guère donner que des indications en plus ou en moins; on en verra les motifs quand nous parlerons des sensations produites sur la rétine. On reconnaît néanmoins, d’après ces évaluations, que le maximum de lumière se trouve en m dans le jaune vert à côté de la raie L) du jaune.

La courbe V P H représente les effets calorifiques observés par M. Muller avec un prisme de sel gemme. Les ordonnées ont été prises comme proportionnelles aux déviations du galvanomètre indiquant l’intensité du courant thermo-électrique de l’appareil employé; elles ne sont donc pas proportionnelles aux effets thermométriques des rayons, mais elles indiquent le plus ou le moins d’effet produit par eux. On a supposé aussi que l’ordonnée maximum PP' était égale à la longueur min qui représente l’effet lumineux maximum. On voit que l’étendue de la partie invisible du spectre AV est au moins égale à celle de la partie visible AB ; en outre, le maximum d’actio’n est situé en PP', à une distance de A à peu près égale à celle de A F, comme Melloni l’avait déjà observé.

Lacourbe VrcA'H' représente l’effet'observé avec un prisme de crown; on voit que jusque vers le rouge extrême, entre H et A, les deux courbes précédentes se confondent; mais à partir de A les ordonnées sont inférieures à celles de la courbe VP, ce qui montre que le verre agit par absorption sur une partie des rayons obscurs, et cela d’autant plus que les rayons sont moins réfrangibles. Le maximum d’action a lieu en n, plus près de A que n’était P.

Ces courbes n’ayant été tracées que par un petit nombre de points ne sont qu’approximatives; d’un autre côté, comme les spectres qui ont servi aux expériences étaient produits au moyen d’un faisceau d’une certaine épaisseur, les rayons différemment réfrangibles n’étaient pas parfaitement séparés. Des expériences faites avec des appareils plus sensibles pourraient donner des résultats plus précis; mais celles-ci montrent néanmoins comment l’absorption a lieu dans la partie la moins réfrangible du spectre.

M. Tyndall (1), en opérant avec l’arc voltaïque comme source de rayonnement et à l’aide d’un prisme de sel gemme, a donné une courbe

(1) Tyndall, On radiation , etc., lecture faite le 16 mai 1865 à Cambridge. Philosophical transactions , t. 156, p. 1 (novemb. 1865).

qui représente la distribution calorifique dans la partie visible et dans la partie moins réfrangible que le rouge prismatique. Cette dernière partie s’étend plus loin que dans les figures précédentes, ce qui montre que probablement l’atmosphère agit par absorption sur des rayons très-peu réfrangibles, qui ne peuvent être observés dans le spectre solaire mais qui sont appréciables dans le spectre des rayons de l’arc voltaïque. En évaluant l’action calorifique comprise entre les limites extrêmes de réfrangibilité des rayons visibles de l’arc voltaïque , c’est-à-dire entre les limites A et H , et en déterminant celle de tous les rayons invisibles moins réfrangibles que le rouge, il a estimé cette dernière comme étant neuf fois plus forte que la précédente. Ainsi les rayons obscurs entreraient en bien plus forte proportion dans le faisceau émané de l’arc voltaïque que les rayons de la partie lumineuse de l’image du spectre.

On a dit plus haut que dans les spectres formés par des faisceaux étroits et présentant toutes les raies, les effets calorifiques sur la pile thermoélectrique étaient à peine sensibles; cela explique pour quel motif on n’a pu observer des espaces correspondant aux raies noires, car là où se trouvent des raies obscures, les effets calorifiques doivent être nuis. On a vu, tome Ier, page 141, à propos du spectre infrarouge, quels étaient les moyens d’observation qui pourraient être employés et comment on avait pu dans quelques parties distinguer des espaces obscurs correspondant à des raies noires.

§ 2. Action des écrans sur le rayonnement calorifique. Substances diathermanes. Écrans incolores et colorés, solides , liquides et gazeux.

Les résultats qui viennent d’être exposés montrent que la chaleur rayonnante n’est pas plus simple ni plus homogène que la lumière-, et l’on est conduit à admettre des rayons de chaleur de propriétés diverses, comme on admet des rayons lumineux différemment colorés. C’est la température plus ou moins élevée que possède une source calorifique qui donne à celle-ci la faculté d’émettre des rayons plus ou moins réfrangibles; mais on ne connaît pas la relation qui lie la réfrangibilité des rayons émis avec la température à laquelle leur émission commence.

Les corps qui se laissent traverser par la chaleur rayonnante sont nommés corps diathermanes, comme on nomme corps diaphanes ou transparents ceux qui transmettent librement les rayons lumineux; on appelle athermanes les corps qui arrêtent plus ou moins les rayons ca-

EFFETS CALORIFIQUES

lorifiques, comme on appelle translucides ou opaques ceux qui absorbent la lumière en partie ou en totalité. Si l’on observe que les sources colorifiques à basse température émettent des rayons dont la réfrangibilité est inférieure à celles des rayons lumineux rouges, il s’ensuit que des substances peuvent absorber inégalement ces rayons ou être inégalement diathermanes, et laisser passer la même quantité relative des rayons compris entre les réfrangibilités A et H, c’est-à-dire être également transparentes pour la lumière. C’est ainsi que dans les expériences sur le spectre, dont il a été question dans le paragraphe précédent, le verre et l’eau, substances blanches et transparentes sous une faible épaisseur, arrêtent en partie les rayons moins réfrangibles que les rayons rouges , lesquels rayons traversent au contraire aisément le sel gemme qui est alors transparent pour la chaleur comme pour la lumière.

En général, les rayons calorifiques sont d’autant plus facilement absorbables qu’ils sont moins réfrangibles, c’est-à-clire qu’ils sont émis à de plus basses températures. Melloni (1) pour le démontrer a étudié les sources de chaleur les plus différentes et les plus constantes qu’il a pu trouver; ce sont 1° le rayonnement solaire ; 2° une lampe Locatelli, c’est-à-dire dont la mèche brûle sans être environnée d’une cheminée en verre; 3° une spirale de platine placée au-dessus de la mèche d’une lampe à alcool ; elle y devient incandescente et se maintient au rouge quand on éteint la lampe; 4° une lame de cuivre noirci, chauffée audessous du rouge dans la flamme d’une lampe à alcool et par conséquent environ à 400°; 5° un cube plein d’eau toujours maintenu à l’ébullition , c’est-à-dire une source calorifique à 100°.

Il a disposé la pile thermo-électrique de façon à recevoir un faisceau de rayons émanés de l’une de ces sources sur une des faces de la pile, et au moyen d’un galvanomètre donnant, à l’aide d’une table, l’intensité du courant produit, il a pu déterminer l’intensité calorifique de ce faisceau; en interposant alors sur la route des rayons un écran à faces parallèles formé par une substance diathermane, il a pu évaluer l’intensité du faisceau transmis au travers de cet écran et connaître l’absorption éprouvée par le faisceau. En opérant successivement sur les différentes sources et avec diverses matières solides incolores, il a obtenu des résultats parmi lesquels on peut citer les suivants :

(1) Ann. de chimie et de physique, 2e série, t. 53, p. 5. — Tel., t. 55. p. 337. id.