S 4. - LA MESURE DU TEMPS

La troisième grandeur fondamentale de la mécanique est le temps ; il n'est pour ainsi dire pas de phénomène physique où la notion de temps, liée à la suite des états de notre conscience, n'intervienne pour jouer un rôle considérable.

Des habitudes ancestrales, une tradition fort ancienne ont fait conserver, comme unité de temps, une unité liée au mouvement de la terre, et l'unité aujourd'hui adoptée est, on le sait, la seconde sexagésimale de temps moyen. Cette grandeur, ainsi définie par les conditions d'un mouvement naturel qui peut lui-même se modifier, ne semble pas présenter toutes les garanties désirables au point de vue de son invariabilité. Il est certain que tout frottement exercé sur la terre, par exemple, par l'eau des mers durant les marées, doit lentement allonger la durée du jour et influer sur le mouvement de la terre autour du soleil. Certes, de telles influences sont bien faibles, mais elles donnent cependant un fâcheux caractère d'arbitraire à l'unité adoptée.

On aurait pu prendre comme étalon de temps la durée d'un autre phénomène naturel, paraissant se reproduire dans des conditions toujours parfaitement identiques à elle-même, par exemple la durée d'une vibration lumineuse déterminée, mais les difficultés expérimentales que Ton rencontrerait dans l'évaluation, avec une telle unité, des temps que l'on a d'ordinaire à considérer seraient si grandes que l'on ne peut espérer qu'une telle réforme passerait aisément dans la pratique. 11 convient, d'ailleurs, de remarquer que la durée d'une vibration peut elle-même être influencée par certaines circonstances extérieures , entre autres par les variations du champ magnétique où la source se trouve placée ; elle ne saurait donc, d'une façon rigoureuse, être considérée comme indépendante de la terre et l'avantage théorique que Ton pouvait attendre de ce choix nouveau est quelque peu illusoire.

Peut-être dans l'avenir aura-t-on recours à des phénomènes forts différents ; ainsi, P. Curie a fait observer que si l'on a activé, à l'aide d'une solution de radium, l'air à l'intérieur d'un tube de verre, on peut sceller le tube et constater que le rayonnement des parois diminue avec le temps suivant une loi exponentielle.

La constante de temps définie par ce phénomène est la même, quelle que soit la nature et quelles que soient les dimensions des parois du tube, quelle que soit aussi la température, et l'on pourrait ainsi définir un temps indépendamment de toutes les autres unités.

On peut aussi, comme l'a fait d'une façon extrêmement ingénieuse M. Lippmann, se pro-

er d'obtenir des mesures du temps, que l'on peut considérer comme des mesures absolues parce qu'elles sont déterminées au moyenne paramètres dont la nature est autre que celle de la grandeur à mesurer. Les phénomènes de gravitations permettraient de faire de telles expériences. on emploierait, par exemple, le pendule, en adoptant pour unité de force, la force qui rend égale à l'unité la constante de la gravitation; l'unité detemps ainsi définie serait indépendante de l'unité de longueur et ne dépendrait que de la substance qui présenterait la masse unité sous l'unité de volume.

Il est également possible de s'adresser à des phénomènes électriques et l'on peut imaginer des expériences assez faciles à exécuter; ainsi, en chargeant un condensateur au moyen d'une pile et le déchargeant un nombre déterminé de fois pendant un certain intervalle de temps, de telle façon que l'effet du courant de décharge soit le même que l'effet du débit de la pile dans une résistance connue, on peut évaluer, par des mesures de grandeurs électriques, la durée de l'intervalle considéré ; l'on ne doit pas voir, dans un tel système, un simple jeu d'esprit, puisque l'expérience très praticable, permettrait aisément de contrôler, avec une précision que l'on pourrait pousser très loin, la constance d'un intervalle de temps.

Au point de vue pratique, la chronométrie a fait, dans ces dernières années, de très sensibles pro grès; les erreurs de marche des chronomètre* sont corrigées d'une façon beaucoup plus systématique qu'autrefois et certaines découvertes ont permis d'apporter dans la construction des instru-

ments d'importants perfectionnements; ainsi les curieuses propriétés que présentent, au point de vues des dilatations, les aciers au nickel admirablement étudiés par M. Ch.-Ed. Guillaume, sont utilisées pour annihiler presque complètement l'influence des changements de la température.

g 5. - LA MESURE DES TEMPÉRATURES

Des trois unités mécaniques on fait dériver des unités secondaires; ainsi, par exemple, i'unité de travail ou d'énergie mécanique.

La théorie cinétique fait de la température, comme de la chaleur elle-même, une quantité d'énergie et semble ainsi rattacher cette notion aux grandeurs mécaniques, mais on peut ne pas admettre la légitimité de cette théorie et d'ailleurs le mouvement calorifique serait un phénomène si étroitement resserré dans l'espace que nos moyens d'investigation les plus délicats ne nous permettraient pas de l'apercevoir. Il convient donc de continuer à envisager l'unité de différence de température comme une unité distincte qui doit s'ajouter aux unités fondamentales.

Pour arriver à définir la mesure d'une température, on considère en pratique une propriété arbitraire d'un corps, cette propriété doit seulement remplir cette condition qu'elle varie constamment dans le même sens lorsque la température s'élève et qu'elle possède, à toute température, une valeur bien déterminée. On mesure la valeur de cette propriété dans la glace fondante et dans la vapeur d'eau bouillante sous la pression nor-

maie et les centièmes successifs de la variation de cette valeur à partir de la glace fondante définissent le degré centésimal.

Mais la thermodynamique a fait comprendre que l'on peut dresser une échelle thermométrique sans s'appuyer sur aucune propriété déterminée d'un corps réel ; cette échelle a une valeur absolue, indépendante des propriétés de la matière. Or il se trouve que, si l'on s'adresse, pour repérer les températures, au phénomène de la dilatation sous pression constante, ou à l'augmentation de pression sous volume constant d'un corps gazeux, on obtient une é«helle très voisine de l'échelle absolue, qui se confond presque avec elle lorsque le gaz possède certaines qualités qui le rapprochent de ce cas limite que l'on nomme un gaz parfait. Cette très heureuse coïncidence a décidé du choix de la convention adoptée par les physiciens; ils définissent la température normale au moyen des variations de pression d'une masse d'hydrogène partant d'une pression initiale de un mètre do mercure à zéro degré.

M. P. Chappuis, dans des expériences de haute précision, conduites avec beaucoup de méthode, a prouvé qu'aux températures ordinaires, les indications d'un tel thermomètre sont si voisines des degrés de l'échelle théorique qu'il est presque impossible de connaître non seulement la valeur des divergences, mais même le sens dans lequel elles pourraient se produire.

L'écart devient cependant manifeste lorsque l'on opère à des températures extrêmes ; il résulte de belles recherches de M. Daniel Berthelot qu'il faudrait retrancher -f- 0° i8 aux indications du ther-

momètre à hydrogène vers la température — 24' et leur ajouter -f- 0° 05 à 1000° pour les ramener à l'échelle thermodynamique. Et, bien entendu, la différence deviendrait encore plus sensible si l'on se rapprochait davantage du zéro absolu ; l'hydrogène,ainsi déplus en plus refroidi, présentant de moins en moins les caractères d'un gaz parfait.

Pour étudier ces basses régions, voisines de cette sorte de pôle du froid vers lequel tendent les efforts de tant de physiciens qui sont parvenus en ces dernières années à avancer de quelques degrés, on peut s'adresser à un gaz encore plus difficile à liquéfier que l'hydrogène ; on a fait des thermomètres à hélium : dès la température de — 260°, l'écart d'un tel thermomètre avec le thermomètre à hydrogène est très sensible.

La mesure des températures très élevées ne donne pas lieu aux mêmes objections théoriques que la mesure des températures très basses, mais elle est, au point de vue pratique, aussi difficile à effectuer avec un thermomètre ordinaire à gaz ; il devient impossible de garantir que le réservoir reste suffisamment imperméable et toute sécurité disparaît malgré l'emploi de récipients bien supérieurs à ceux d'autrefois, imaginés depuis peu par les physiciens de la « Reichansalt ».

On tourne la difficulté en s'adressant à d'autres méthodes, en utilisant, par exemple, des couples thermo-électriques tel que le couple de M. Le Chatelier dont l'emploi est si commode, mais la graduation de ces instruments ne peut être faite qu'au prix d'une extrapolation un peu hardie.

M. D. Berthelot a indiqué et expérimenté un procédé fort intéressant, fondé sur la mesure, par des phénomènes interférentiels, de l'indice de réfraction d'une colonne d'air soumise à la température que l'on veut mesurer, il paraît légitime d'admettre que, même aux plus hautes températures, la variation du pouvoir réfringent est rigoureusement proportionnelle à celle de la densité ; car cette proportionnalité se vérifie très exactement tant que le contrôle reste possible. On peut ainsi, par une méthode qui offre le grand avantage d'être indépendante de la forme et delà dimension des enveloppes puisque seule intervient la longueur de la colonne d'air considérée, obtenir des résultats équivalents à ceux que donnerait le thermomètre à air sous la forme ordinaire.

Une autre méthode, très ancienne en principe, a pris depuis quelque temps une grande importance.

Il y a fort longtemps que l'on a cherché à évaluer la température d'un corps en étudiant son rayonnement, mais on ne connaissait pas de relation certaine entre ce rayonnement et la température, l'on ne possédait pas non plus de bonne méthode expérimentale, on avait recours à des formules purement empiriques et l'on utilisait des appareils peu précis.

Divers physiciens, continuant les travaux classiques de Kirchhoff, MM. Boltzmann, Wien, Plank ont donné, en partant des lois de la thermodynamique, des formules qui font connaître la puissance du rayonnement d'un corps noir en fonction de la température et de la longueur d'onde, ou bien encore la puissance totale, en fonction de la

température et de la longueur d'onde correspondant à la valeur maxima de la puissance de la radiation. On aperçoit ainsi le moyen de s'adresser, pour mesurer les températures, à un phénomène, qui n'est plus la variation de la force élastique d'un gaz, et qui est cependant rattaché, lui aussi, aux principes de la thermodynamique.

C'est ce qu'ont fait MM. Lummer et Pringsheim dans une série de travaux qui comptent certainement parmi les plus belles recherches expérimentales de ces dernières années.

MM. Lummer et Pringsheim construisent un radiateur se rapprochant tout à fait du radiateur intégral théorique qui serait une enceinte isothermique fermée ne présentant qu'une très petite ouverture permettant de recueillir, au dehors, les radiations qui se trouvent en équilibre à Tintérieur. Cette enceinte est formée par un cylindre creux de charbon, chauffé à l'aide d'un courant intense ; les radiations sont étudiées au moyen d'un bolomètre dont la disposition varie suivant la nature des expériences.

Il n'est guère possible d'entrer dans le détail de la méthode, mais le résultat en indiquera suffisamment l'importance ; on peut aujourd'hui, grâce à ces recherches, évaluer une température de 2000° à 5° près environ ; c'est à peine s'il y a dix ans on pouvait répondre d'une semblable approximation pour des températures de 1000°.

LÀ PHYSIQUE MODETîNB