CHAPITRE nr

tV nATONNBlMKNT CALORIFIQUE DANS LG VIDE ET DAKS

l'aih ATIMOSPHÉRIQUE.

Eipériences de Newton et d'antres physiciens sar la propagation de la chaleur dans le vide de la machine pneumatique et dans le ▼ide du baromètre. Moyens propres à démontrer la transmission rectiligne instantanée et immédiate des rayons de chaleur dans i'air atmosphérique. Expérience des miroirs conjugués; modifici' lions qui en rendraient les résultats plus clairs et plus décisifli* D<înionstration expérimentale du rapport existant entre rinteosilô de l'action échauffante et le carré inverse de la distance à la source calorifique. Conséquences qui s'en déduisent à l'égard de la tran$cale$cence de l'air» et de la comparaison des rayonnements mesurés par le thermomnlliplicateur.

Transmission de la chaleur rayonnante dans le vide*

Newton trouva que deux thermomètres renfermés dand deux récipients de verre exactement pareils, Tun desquels était vide et l'autre plein d'air, montaient ou descendaient

de la mâme quantité en très-pou de temps lorsqu on les portait ensemble dans un lieu plus ou moins chaud que oelui o{i ib se trouvaient d'abord (*). Or« puisque la propagation ordinaire de la chaleur n a lieu que dans les cas on cet agent passe successivement et lentement de Tune à l'autre couche de matière pondérable , on pouvait déjà conclure de cette observation du grand philosophe anglais, que la variation éprouvée par le thermomètre , introduit dans le récipient privé d'air, tire son origine de l'échange des rayons établi^ à travers le vidé, entre les parois du récipient et Tenveloppe du thermomètre. Cependant les moyens employés pour faire le vide étant fort imparfaits du temps de Newton, on aurait pu croire que Felfet calorifique observé provenait d*un reste d'air contenu dans le récipient.

Ce fut sans doute une réflexion de cette nature qni engagea Rumford à reprendre expérimentalement Fétude de la question du passage de la chaleur rayonnante dans un espace complètement privé d'air. Gomme les expériences de Rumford sont aussi concluantes que simples et ingénieuses, et que d'ailleurs on les dirait presque totalement oubliées iujourd'hui , la plupart des traités modernes de physique n'en faisant plus aucune mention , je vais les décrire ici ayee les paroles mêmes de l'auteur:

c Un ouvrier habile, Ârteria de Manheim, ayant réussi à fixer solidement la boule sphérique d'un thermomètre à mereure, d'un demi pouce de diamètre, au centre d'une boule de verre d'un pouce et demi de diamètre, on remplit de mcr-

(*) yofia la XVI W des questions placées à la fin ds TOptique de

~IIO —

cure Tespacc compris entre la surface extérieure de la boule du thermomètre et la surface intérieure de la grande boule , par le moyen d'un long tube barométrique , qui fut soudé à une petite projection ou ouverture en forme de pointe appartenant à la grande boule, laquelle pointe se trouvait en bas quand le thermomètre , qui était attaché à la grande boule, se trouvait dans sa position naturelle veNicale. :»

» Aussitôt que Tespace dans la grande boule, qoinétait point occupé par le thermomètre , eut été rempli de mercure, aussi bien que le tube barométrique sondé à la boule qui avait trente-six pouces de long , l'ouverture de ce tube fut submergée dans dn mercure contenu dans un bassin , et le tube fut renversé et placé dans une posi' lion verticale , avec la grande boule ( contenant Je tfaep momMre ) en haut. »

< L'instrument étant alors devenu un baromètre^ le mer' cure descendit de la grande boule et de la partie supérieure du tube barométrique jmqu'à la hauteur de vingt-huit pouces au-dessus du niveau de la surface de mercure dans le bassin , où il demeura stationnaire ; son poids étant balancé par la pression de l'atmosphère; pour lors on approcha une bougie allumée a la partie supérieure du tube , près de sa jonction avec la boule , où le diamètre du tube avait été préalablement diminué, et par le moyen du chalumeau on dirigea la pointe de la flamme contre la parlic du tube où on voulait la sceller. »

« IjO verre étant ramolli par la chaleur , la pression Je lalmosphèro no tarda pas à forcer les parois du tube eu dedans, et lopéralion fut |^hourouscmcnt Icruiinéc sans accident. ))

« Oa détacha ensuite le tube baromcirique, et la boule lu thermomètre resta entourée de tous lès côtés par un espace vide d*air; puis , le thermomètre ayant été rempli )réalablement de mercure et fourni d une échelle, on peut facilement se figurer mon impatience à yoir si la chaleur serait en état ou non de franchir cet intervalle. »

€ Ayant exposé cet appareil dans un baquet d'eau à la température de 18 degrés du thermomètre de Réaumur , jusqu'à ce que je fusse assuré ( par le moyen de 1 échelle de Tinstrument ) que la boule du thermomètre remplie de mercure , qui se trouvait au centre de la boule vide d'air , était à la température de 18 degrés II, j'otai l'instrument du baquet , et je le plongeai dans un vase rempli d'eau bouillante y on je le tins pendant plusieurs minutes, l'eau dans le vase étant constamment entretenue en ébuUition par le moyen d'une lampe. »

I Comme le mercure dans le tube du thermomètre mqptait , quoique lentement , il était évident que la chaleur de l'eau bouillante passait , à travers le vide , dans la Inmle du thermomètre, d

I Je fis construire d'autres appareils de cette espèce; je répétai et variai mes expériences; j'observais ainsi leur refrcHdissement et ensuite leur échaiifiement, tantôt dans l'air, et tantôt dans l'eau. Dans toutes ces expériences , la boule dn thermomètre , qui se trouvait entourée d'un espace vide, s'échaujffait ou se refroidissait, s

c Le passage de la chaleur dans le vide était un fait d'une si haute importance dans la recherche de la nature de la chaleur , que je désirai le constater par les exj)ériences les plus décisives. »

( Comme la partie du tube du thermomètre qui se trou-

vait dans VintiSricup de la grande boule de verre élait en contact avec l'air ou 1 eau , dans laquelle l*appareil ét^t exposé à se refroidir ou à s échauffer, l'on pourrait soupçonner qu'une partie de la chaleur que la boule du thermomètre, entourée du vide, perdait ou gagnait, était communiquée par le tube du thermomètre. Pour ôter toute incertitude à ce sujet, je trouvai le moyen de faire l'expéricnee avec un thermomètre suspendu par Un simple fil de soie , très-mince , au milieu du vide ( fait avec le mercu' rc ) dans un matras de verre qui était assez haut pour recevoir et enfermer le thermomètre avec son tube. »

(c Les résultats des expériences qui furent faites avec cet appareil » ne différaient pas sensiblement des résultats de celles faites avec les autres dont je viens de rendre compte, et la propagation de la chaleur à travers le vide de Tôtricelli resta démontrée. » (*)

Pendant les recherches que Dulong et Petit entreprirent dans le but de déterminer la loi du refroidissement des corps, ces deux physiciens durent exécuter des expériences toutà-fait analogues à celles de Rumford , avec la différence que le globe de verre, au milieu duquel se trouvait placée la boule de leur thermomètre était de trois décimètres au lieu d'un pouce et demi de diamètre , et que le vide sy produisait au moyen d'une excellente machine pneumatique^ La chaleur passa du thermomètre central aux parois de Icnceinte , ou de celles-ci au thermomètre , comme dans les expériences do Rumford, quoique rinlervalle fut six à sept fois plus grand.

(*) Rumford. Mémoires sur la chaleur. 1 vol. in S.° Paris ISOi p. 14 et suiv. de la Notice historiqac.

fameuse expérience du charbon réduit à Tétat d*iniscence par Taction de la pile fournit à H. Davy le 1 de constater aussi de son côlé le rayonnement ca- [ue dans le vide. Cette expérience^ que les dernières [cations apportées à 1 electro-moteur de Volta mettent rd'hui à la portée des fortunes les plus médiocres , }te, conmie on sait, à faire traverser sous le récipient machine pneumatique un morceau de charbon par rt courant d*électricité.

Soit M, N, le récipient de la machine pneumatique. On le munit à sa partie supérieure d une garniture traversée par deux tubes de verre contenant des tiges mélalliques P, P'; le tout bien mastiqué pour intercepter le passage de l'air. Enlre Tune et l'autre extrémité inférieure de ces tiges est interposé le morceau de charbon e. Lorsqu'on met les deux pôles d'une

-T-r-r ' pile suffisamment énergique en communi-

i£r cation avec les tiges P, P', on voit le char-

bon passer en très-peu d'instants par tous egrés de rincandescence, et jeter bientôt une lumiè- )louissante. Si le récipient est bien purgé d'air , le ion n'éprouve aucune diminution appréciable > et sou lumineux dure autant que la traversée du courant, lintenant , pour montrer que dans cet état de vive inîscence il y a production et rayonnement de chaleur, Le le charbon au foyer e d'un petit miroir métallique et vers l'extrémité opposée du récipient on adapte un id miroir sphérique en métal CD ayant sa concavité iée vers AB et portant à son foyer / la boule d'un La Thermocuuose. 1"* partie. IS

petit ibefmomitre. Aussitôt que l'appàrëil «st mis en activîté on \Xni la colonne thertnoinétrique monter «iiceessiiement de plusieurs degrés. -Les bonnes machines f^neumatiques d^atijoUrd'hui, raréfiant Tair au point de ne lui laidser qu*une tension de quelques diiièmes de millimètre > où ne peut supposer raisonnablement ^u'un fluide réduit à uatel degré de raréfaction produise l'élévation observée du thermomètire. Et si , malgré cela, on s'avisait encore desou* tenir que ces particules d'air si atténuées , ^près s'étte échaufiees au contact du charbon ardent, viennent déposer la chaleur acquise sur le thermomètre , il suffirait de faire remarquer que , vu la disposition des diverses parties de l'appareil , la couche d'air échauffé, devenant plus légère, reste autour du c(Mrps incandescent, ou monte à la ]piartie supérieure du vase , et ne saurait se mêler aux couchés plus denses qui reposent sur te fond et autour du therinomètre.

Au morceau de charbon, on peut substituer un fil de platine d'une grosseur telle que le passage du courant d^électricité le fasse rougir sans entrer en fusion ; et même dans ce cas , ou la lumière dégagée a un éclat bien moiadre que la vive splendeur du charbon , on obtient eucore des signes très^'prononcés de chaleur sur le thermomètre.

Ainsi les radiations calorifiques des flammes et des métaux incandescents , et celles des corps chauffés au-dessous de rincandescence sont toutes susceptibles de traverser le vide. Or, si la chaleur rayonnante provenant d'une source quelconque se transmet dans un espace où il n'existe aucune matière pondérable, il s'en suit que l'air n'est nullement nécessaire à sa propagation, et que^ par conséquent, la transmission de cette espèce de chaleur dans Fatmosphère a lieu en vertu d'un agent particulier analogue à celui qui

irodait tes phénomèses lumineux. Cest en effet ce que nous dlons démontrer nettement par Vexpérience^

Be9 lùù qui régiueni la propagation du rayonnement calorifique dame Voir atmosphérique.

Arant d^entrer en discussion sur le sujet inscrit en télé d6 ce para^aphe, rappelons en peu de mots les principaux résultats consignés dans les pages précédentes , aGn de bien saisir et le point d'où nous sopimes partis et celui que nous tenons d'atteindre»

L'actïon échanfiiemle, qui a lieu à nne certaine distance des «nps dont la température est plus ou moins élevée au- ^tessns de celle de Tatmosphère, étant un fait indubitable, Boas avons d*abord cherché les moyens les^ plus propres pour la mesurer avec exactitude. Ces moyens, une fois déterminés, nous ont permis de reporter notre attention sur les sources calorifiques , d'en choisir un certain nombre douées de températures extrêmement diverses, et de recon- Baitre le mode uniforme de leurs, actions siir nos instrunents thermoscopîques»

Dans le cours de ces études nous avons supposé que , poor agir ainsi hors du foyer , la chaleur prend une for- ■e rayonnante et s'élance de chaque point de la source uifant des lignes droites dirigées dans tous Içs sens, précisément comme nous voyons la lunnére £verger en rayonlinl autour d'un corps en combustion. Et puisque, d'après les expériences précédentes, toute espèce de chaleur rayonumle se meut dans le vide , il est évident c(ue l'analogie

de l'agent qui forme l'objeE de nos recherches avec t'ogeBt: auquel nous (levons les phénonoènes de la lumière derârtde plus en plus probable. ,

Mais le rayonnement calorifique eaMI réellement ctUDipi-t roble au rayonnement lumineux- Les lois qui président àliii propagation de ces deux agents sont-elles identiques en bil^ point , ou diUèrent-elles sous certains rapports? Voilà Ifi^ questions que nous allons examiner maintenant. ,

Et d'abord, cette chaleur sensiUe à distance, qnenM^ supposons composée de rayons, se propage-t-elle véritaU^^ ment par radiations rectilignes comme la lumière?

Pour le savoir prenons un écran métallique asseï étendu, g percé d'un trou à son centre , et fixonsJe Terticalnneati g plaçons à une dïstaQce de quelques décimètres, et à la mâM . hauteur du trou central , d'un côté la lame de cuivre chauf' fée à 400 degrés, de l'autre la pile du thermomultijJicatev ouverte du côté de l'écran. Si le rayonnement calorifique Ob' 8cnr et invisible de notre source se propage en ligne droite, comme les rayons lumineux, il faudra que le maximum i'ar ction dévclof^e sur le thermoscope se montre lorsque les centres de la pile, de l'ourerture, et de la source calorifique se trouveront sur une même ligne droite , qui pourra être perpendiculaire ou oblique à la surface de l'écran. Mais » l'on relire graduellement la source ou la pile hors de cet a* Hgnemenl, les signes calorifiques devront diminuer avec rapidilé et disparaître complètement, lorsque le corps thermo- Kcnpique ne pourra plus recevoir aucun rayon de chaleur; et c'est aussi ce que l'on observe, car l'action ne se manifeste nvcc l'nrcn (jup dans le cas de l'aligncmi^nl cl manque tout-àlai 1 à l'emlruit oUM^^HH^ff^k vu de la position quoo> i'Dpe la ^Êfl^^^^^^^^ ^Jl^^nère les bvdi

de TouTerhire. L'alignement de la source , de rouyerture et de la pile s'estime aisément à Tœil. Cependant rexpérience devient beaucoup plus frappante si Ton fait passer un fil à travers Vouverture de l'écran, et si Ton détermine les positions que doivent occuper la source et la pile ^ en tenant ce fi tendu horisontalemrat dans une direction , tantôt normale , tantôt oUique à Técran. Alors , en poussant tant soif peu Fun ou l'autre appareil hors de la direction marquée par le fil , on voit l'index revenir exactement au zéro , malgré le soin que Ton a pris de maintenir constamment Taxe de la pile dirigé vers Vouverture de lecran.

Lorsqu'on rayon solaire pénétre dans l'intérieur d'une €luunbre obscure , non seulement il se propage en ligne droite, comme il est aisé de rapercevoir au moyen de la trace lumineuse qui accompagne le rayon, mais sa marche s'efieetoe d'une manière tout-à-faif indépendante de l'air interposé sur son passage , qui peut rester en repos ou en mouvement , sans que l'on observe pour cela aucun changement dans la force ou la direction de la lumière. En efiet, si Ton note soigneusement la place occupée par l'image lumineuse que le rayon dessine sur les parois ou le parquet de la chambre , et si l'on observe son intensité et la translation lente qui lui est communiquée par la rotation de la terre, on trouve que le mouvement et la vivacité de cette image sont exactement les mêmes , soit qu'on agite vivement l'air interposé sur le passage de la trainée lumineuse, soit qu'on laisse le ffliliea ambiant dans le repos le plus absolu.

L'expérience devient encore plus frappante, si l'on fait pénélror le rayon solaire dans la chambre obscure au moyen 'on héliostat; car alors le trait de lumière se trouvant ionsfrait à l'effet apparent de sa rotation diurne, il est très-

facite de vérifier avec la plus grande exactitude qae Tagïtation de Tair n altère ni sa position, ni son intensité.

Scheele avait déjà conchi des observations les plas hmilières que les rayons de chaleur possèdent aussi ht propriété dëtre insensibles aux mouvements de Vair. En effet le calorique qui part du feu allumé dans l'intérieur d'un poêle , disait-il , s élance comme un torrent hors de Touverture, traverse l'air environnant , et sa tendance à se mouvoir en ligne droite est si forte, que sa direction n est poiot changée par le courant d'air qui accourt constamment vert la bouche du pocle pour remplacer celui qui s'échappe en vertu de la dilatation produite par la chaleur intérieure. Eu vain même, agite-t-on fortement Tair situé devant la po^ le du poêle, la marche des rayons du calorique n'en est pas plus dérangée que celle des rayons solaires (*).

Il est peut-être inutile de remarquer que ces observations^ tirées d^un exemple dans lequel la chaleur se trouve mêlée avec la lumière» et appuyées au seul témoignage des sens, ne sauraient suffire pour admettre Tinvariabilité de direction et de force des rayons calorifiques malgré Tagitation de lair ambiant.

Mais grâce au tliermomultiplicateur , la constance dans la marche et Tinlensité des rayons de chaleur, à travers les couches agitées de l'air peut se démontrer aujourd'hui avec la plus grande exactitude. Pour cela, on fait d'ahord arriver la chaleur rayonnante obscure de la source à 40O degrés sur la pile, et on laisse à celle-ci le temps nécessaire pour produire la déviation stable de Tindex rhéométrique. Ensuite au moyen d'un soufflet» on dirige un courant d'air

(*) Scheele — ■ Traité de Vair et du feu. Paris 1781 p. 118.

BUT fe plissage de la radiation, et Ion voit 1 aiguHIe du gaU vanomètre se maintenir exactement dans sa position d'équilibre, comme si le milieu ambiant était tout à fait calme.

Nous croyons presque inutile d'ajouter que lexpérience réussit tout aussi bien avec la flamme et le platioe incandescent qu*avec la lame métallique chauifée à 400 degrés.

Dans tous les cas, comme l'agitation produite par le soufflet pourrait affecter la source ou la pile en amenant une plus grande quantité d*air au contact de ces corps , il est très-convenable^ pour la bonne réussite de Texpérienee, de les placer dans l'intérieur de deux enceintes cylindriques percées lune en face de Tautre d*un trou égal à Touverture de la pile. Alors le courant n^a qu'une chance beaucoup plus fai^ Ue de troubler Tair qui environne les deux appareils, et l'ai guille rhéooiétrique reste sensiblement immobile pendant l'expérience.

Après ce que nous avons vu aii commencement de ce chapitre, rinaptitude de Tair à altérer la marche ou l'intensilé des radiationa calorifiques ne saurait nous étonner. Effecli- Tement , puisque de telles radiations se propagent dans le vide , il faut bien que leur mode de transmission soit indépendant de 1 état où se trouve Tair atmosphérique , c'est-àdire, que le repos et le mouvement de ce fluide soient tout-àbit indifférents aux rayons de chaleur qui le traversent. On «exprime le fait d'une manière conventionnelle en disant que la chaleur rayonnante se transmet immédiatement ou par toie immédiate ; et cela , afin de distinguer cette transmission de la propagation ordinaire du calorique , qui a toujours lieu médiatement, c'est-à-dire au mcyen des milieux, ou substances pondérables qui sont en contact avec la source.

La chaleur rayonnante , luminease ou obscure , jooit encore d'une troisième propriété qni est, tout aussi biea^ les deux précédentes , un attribut de la lumière , saToir : Tinstcmtanéité de transmission à travers une étendue quelconque d*air atmosphérique.

On connaît Texpérience du coup de fusil ou de canem tiré d'abord tout près , ensuite à une distance considérable d un observateur. Dans le premier cas, Tobservateur pe^ çoit en même temps la lumière et le bruit produit par la conflagration de la poudre ; dans le second , la lumière lui arrive plutôt que le bruit, et cela parce que le son ne se propage pas immédiatement et instantanément comme la lumière , mais par la voie médiate de l'air, qui exige un intervalle de temps très-appréciable. Il ne saurait eu être ainsi des rayons calorifiques , car nous venons de voir que leur propagation est immédiate^ et tout aussi rapide que celle des rayons lumineux.

Pour montrer Tinstantanéité de la transmission lumineuse sur une étendue considérable du globe terrestre^ on fournit deux observateurs de montres à secondes, et de tout ce qni est nécessaire pour produire un signal visible à une grande distance. Ainsi munis, les observateurs vont se poster sur des hauteurs fort éloignées entre elles, après s'être entendus sur le mode de produire et d'observer alternativement le signal arrêté; et ils notent exactement les époques des signaux donnés et reçus. L'expérience finie, on se réunit, on compare les montres et les observations, et Ton ne trouve absolument aucune différence appréciable entre l'instant où le signal a été transmis , et celui ou il a été perçu à l'autre extrémité.

Nous ne pouvons suivre la même marche pour la dut-

mr. En effet malgré le grand perfe^^tionnement qu'ont reçu n dernier lien nos moyens thermoseopiqaes, nous sommes !Boore loin d avoir atteint dans les instruments relatifs à a chaleur rayonnante la prodigieuse sensibilité que Tœil possède à Fégard de la lumière. Il faut donc avoir recours à d'antres méthodes pour mesurer la vitesse de cet agent.- Ymci lé procédé qui Dous paraît préférable dans Tétat actuel delà science.

Imaginons la pile du thermomultiplicateur couverte par m double écran en métal, et la source de chaleur, plu9

OQ moins éloignée, abritée, elle aussi, derrière un écran composé de deux ou trois lames parallèles, afin que celle tourlie vers la pile puisse se conserver plus aisément à la tem* pératore ambiante. Pour plus de clarté nous appellerons ^1è premier écran et S le second : il est bien entendu ftt P se trouve tout près de la pile et S tout près de la Vnree. En les remettant après quon les a ôtés pour éta» Wr la communication rayonnante, il faut toujours les imagber de nouveau dans les conditions primitives. Il est i« ttitHe d'ajouter que la pile reste constamment ouverte et Umée vers la source.

Ll ThERMOCHRÔSE. 1*^^ PARTIE. 16

Gela posé, ôtons S; le rayonnement de la source frappera récran P et se trouvera tout près de la pile thermoseopique. Lorsque l'index du rhéomètre sera bien tranquille sur le zéro du cadran , on ôtera P; le rayonnement franchira k tout petit intervalle compris entre cet écran et la pile ; Faiguille indicatrice du rhéomètre se mettra en marche , et décrira son arc ^impulsion primitive ou excursion initiale que l'on peut observer avec beaucoup de précision, parce que Tindex , arrivé à son extrémité , s'arrête un instant pour rebrousser chemin. On notera, avec une bonne montre à secondes, le temps écoulé depuis l'instant où Ton établit la communication calorifique, jusqu'à celui on Tiodei arrive au bout de sa course; après quoi l'on remettra en place l'écran de la source S , en laissant la pile découverte et débarrassée de son écran P. Lorsque l'index rhcométrique sera fixé sur le zéro , on ôtera S. Alors les rayons calorifiques mettront de nouveau en mouvement l'index du rhéomètre , après avoir Jranchi l* espace compris entre la source et la surface antérieure de la pile où ils seront absorbés» On observera, comme tantôt , le temps nécessaire à l'index pour arriver à l'extrémité de Vare de déviation initiale , en partant de linstant où l'on établit la communication calorifique. Or, si l'on répète cette expérience un grand nombre de fois, et si l'on compare les moyennes des deux séries d'observations , on les troave parfaitement égales. Donc le temps que la radiation calorifique emploie à traverser l'intervalle compris entre la source et la pile est tout à fait insensible.

En appliquant cette méthode à la chaleur vibrée parua four à verre plein de matière incandescente, dont le rayonnement parvenait sur la pile en passant par deux ourer-

lares , lune desquelles était dans la verrerie , el l'autre dans la maison éloignée ou l'on avait établi le thermomultiplicateur , j'ai pu m*assurer par ce moyen de l'instantanéité de la transmission calorifique pour une distance de 3S7 pieds.

Quoiqu*ane semblable étendue soit fort peu de chose , relativement à l'énorme vitesse du rayonnement calorifique, en la voyant parcourue dans un instant tout à fait inappréciable , on en tire cependant une preuve évidente de l'énorme difierence qui existe , sous le rapport de la vitesse, entre la propagation de la chaleur rayonnante et celle de la chaleur de conductibilité.

Nous verrons dans Tun des chapitres suivants la démonstration expérimentale d'un fait extrêmement important^ d'on il résulte que la vitesse de propagation du rayonnement calorifique est , selon toute probabilité , égale à celle de la lamière.

Résumons-nous : la chaleur rayonnante se transmet en ligne demie, immédiatement^ et instantanément. Ces trois caractères sont , pour ainsi dire , opposés à ceux de la chaleur ordinaire , qui parcourt les corps dans toutes les directions droites ou courbes, qui se transmet médiatement de l'une a Taatre couche de matière pondérable, et passe par conséquent avec une vitesse et une intensité plus ou moins grandes, selon que ces couches sont dans l'état de mouvement ou de repos; mais qui marche toujours avec une lenteur excessive par rapport à la chaleur rayonnante.

Les trois propriétés fondamentales de la radiation calorifique, que nous venons d'étudier une à une avec tous les détails réclamés par leur extrême importance , se démontrent presque simultanément dans les cours publics au moyen

ies miroirs conjugués , qui semblent avoir été employés pour la première fois à un tel but par Piolet et Saussure.

On dispose à une distance de plusieurs pieds deux miroirs spbériques de cuivre jaune bien poli , et on les tourne de manière à ce que leurs concavités se regardent, et que leurs axes soient placés sur la même ligne horizontale. Alors on fixe un boulet de fer chaufiFé au-dessous de tincandescence, ou un matras plein d*eau bouillante, dans le foyer de l'un des miroirs, et l'on place la boule active d'un tbermoscope de Rumford, ou d'un thermomètre différentiel de Leslie, dans le foyer du miroir opposé, en ayant lOin que la boule compensatrice soit sur Taxe des miroirs, oa latéralement, de manière à se trouver plus loin du corps chaud que la boule focale : Tinstrument thermoscopi^e marque aussitôt plusieurs degrés de chaleur*

Comme la boule compensatrice est pour le moins aos8i rapprochée de la source calorifique que la boule . active , il est clair que le phénomène observé ne provient pas de r action directe de la source , mais de la réflexion des rayons , qui tombent d'abord en divergeant sur le miroir le plus rapproché , sont renvoyés de là parallèlement à Taxe, arrivent sur le miroir opposé , et se concentrent sur la boule focale du thermoscope.

Le rayonnement étant intercepté tout près de la source au moyen d'un écran , que Ton ôte ensuite de nouveaa lorsque Tindex thermoscopique est revenu à sa position initiale , la colonne liquide se met aussitôt en marche : la chaleur parcourt donc instantanément la distance comprise entre les deux miroirs.

Enfin, lorsque l'action est bien prononcée sur le thermo» Bcopc ^ on agite l'air entre les deux miroirs ; et comme lai

marche ascenSante jOu descendaote de Tindex liquide ne paraît soufGrîr aucune altération , on en conclut que la propagation des rayons est immédiate.

Cette expérience a d'abord rinconvénient de mettre en jeu un âément inutile , la réflexion , pour ea déduire la direction rectiligne de la propagation , direction qui defrait être démontrée avant toute autre propriété de la^ chaleur rayonnante.

1^ Ton croyait avantageux de prouver, simultanément, et h direction rectiligne et la loi de la réflexion , au moins budrait-il employer dans la démonstration une sarface plane, qui recevrait sous une certaine inclinaison le rayônnem^t de la source, et le renverrait ensuite sur le thermowope convenablement placé au-delà de la normale. On verrait ainsi en même temps , et la marche rectiligne du calorique rayonnant, et la loi suivant laquelle ses radiations se réfléchissent sur les corps polis ; Texpérience serait ainsi, sans aucun doute, beaucoup plus simple que celle dés ■iroîrs sphériques, dans lesquels les propriétés des foyers conduisent à Tégalité des angles de réflexion et d'incidence par un détour assez compliqué.

La propagation immédiate n'apparaît pas non plus d'une manière bien nette lorsqu*on agite 1 air interposé entre les deux mimrs, parce que le thermoscope monte ou dépend pendant cette opération , selon que la communicatioii calorifique des deux miroirs se trouve établie depuis un temps fins on moins long.

Enfin la partie de Texpérience relatire à FinstarUanéité de la transmission n est nullement concluante , car en ob- Wrtant alternativement l'index liquide, on trouve qu*il se paw un intervalle de temps , bien court à la vérité, mais

très-appréciable , entre le moment ou Ton ôte l'écran, et celui où commence Undication thermoscopique ; intervalle dérivant, comme nous Tavons déjà remarqué^ de l'enveloppe de verre qui doit être traversée avant que la chalear ne se communique au fluide interne.

On peut toutefois corriger les deux derniers défauts de Teipérience en substituant an boulet de fer chauifé au-dessous de l'incandescence , ou au matras d*eaa bouillante , notre lame noircie et maintenue à une température constante par le contact postérieur de la flamme alcoolique , que Ton tourne du côté opposé au réflecteur , en ayant soin de couvrir la flanune par un double écran métallique qui ne dépasse guère l'étendue de la lame. Alors pour démontrer l'instantanéité de la transmission, il n y a qu a employer la méthode expérimentale ci-dessus mentionnée , qoi consiste , à intercepter successivement la radiation calorifique , d'abord tout près du thermoscope , ensuite tout près de la source de chaleur , à observer pour l'un et Faulre cas TefFet obtenu sur Vinstrument dans un temps donné, et à montrer que ces deux eflets sont égaux.

Il est vrai que les Ihormactinomètres de dilatation ne présentent pas dans leurs indications , la période si nette et si facile à saisir do V excursion primitive donnée par les thermactinomètres électro-magnétiques ; mais on peut obtenir des données assez précises en observant les effets produits dans un certain intervalle de temps.

Ainsi conduite , rexporience offre un avantage incontestable sur la méthode adoptée , qui ne donne pas la preuve du temps inappréciable que les rayons emploient à se transmettre de lune à l'autre distance, puisque nous venons de dire qu'en observant attentivement le tliermoscope , on

aperçoit ua interralle sensible entre Tinstant où Ton ôte Técran, et celui où Tinstrament commence à donner quelques indices de chaleur.

Quant à la démonstration de la propagation immédiate, on lobtient aussi d'une manière beaucoup plus nette au moyen de la source constante de chaleur obscure ; car , après avoir attendu que le thermoscope se soit équilibré avec le rayonnement réfléchi de la source, on dirige, comme dans Texpérience précédente, le courant d'air excité par le soufflet, entre les deux miroirs. On voit alors l'index se msûntenir parfaitement tranquille à la hauteur où il est arrivé par Faction du rayonnement constant qui continue à traverser Fespace interposé entre les deux miroirs; ce qui démontre Imdépendance entre la transmission rayonnante de la chaleur et l'air atmosphérique beaucoup mieux que dans le cas où l'on voit le thermoscope monter o\^ descendre pendant l'expérience.

La propagation rectiligne et immédiate de la chaleur rayonnante une fois reconnue on en déduit que l'intensité de la radiation doit décroître en raison du carré de la distance à la source calorifique.

Cela se démontre en répétant mot pour mot , à l'égard de la chaleur , ce que l'on dit depuis longtems en opti- ^e relativement à l'affaiblissement que l'intensité de la lumière éprouve, lorsqu'on s'éloigne du point éclairant.

Si, avec les rayons 1, 2, 3, 4, S, etc., on décrit par la pensée nne série de sphères concentriques autour d'un point chaud, on a 1, 4, 9, 16, 25, etc. pour les surfaces de ces sphères.

Or, les mêmes rayons de chaleur ^ui occupent toute retendue de la première surface idéale se répandront suc-

cessiTement sur les surfaces suivantes , et deviendront par conséquent quatre fois plus rares à une distance douMe , neuf fois plus rares à une distance triple, seize fois plas rares à une distance quadruple , et ainsi de suite ; en sorte que l'énergie de réchauffement suivra la loi énoncée da carré inverse de la distance.

Cependant il faut avouer que par rapport à la lumiefe, les résultats des expériences de Lambert , de Bouguer , et de Rumford , fournis par des appareils photométriques dont le principe est plus ou moins douteux, constituent de sinh pies essais dépourvus de la précision exigée par Vétat»ctuel de la science ; et qu'une bonne détermination expé* rimentale des degrés d'illumination produits à diverses di* stances du corps éclairant est encore à désirer (*).

Que dice après cela de la loi relative au rayonnement calorifique , lorsqu'on réfléchit qu'un physicien aussi habile que Leslie, après de nombreuses recherches pour con* naître , au moyen de l'expérience , le rapport qui existe entre les deux éléments de cette loi, arriva à cette conclusion que rintensité de la chaleur est proportionnelle à la simple distance du corps chaud!

Mais l'étonnement cessera si l'on veut bien considérer que la théorie suppose la surface rayonnante réduite à un seul point , et le corps thermoscopique d'une grande petitesse par rapport à leloignement de ce point; tandis que Ton emploie en réalité pour lun et l'autre but des objets d'un volume énorme relativement aux petites distances dans

(*) Let expériences de Lambert sont décrites dans sa Photome' tria , celles de Bouguer dans son ouvrage Sur la dégradalion d» la lamiére, et celles de Rumford dans les Philosophical Traost' ctiODS for ihe year 1794.

Bsqaelles ï% rayonnement donne des effets appréciables. Llort rinterTalIe compris entre l'appareil thermoscopique ou ihotométrique et le corps chaud ou lumineux n*est plus su- «q^tible d'aucune évaluation fnrécise.

Pour mettre rexpérience bien d'accord avec la thécNrie il laudrait donc une méthode, dont lexactitude ne fut point altérée par les conditions physiques indispensables à ce gen* le de recherches ; c'est-à-dire , qu'il faudrait pouvoir vélîfier la loi des carrés avec des corps d'une certaine étendue, et sans qu'il fût nécessaire de mesurer les distances interposées entre chaque point de la surface rayonnante, et cl&aque point de la surface destinée à recueillir Teffet du rayonnement.

Or, une telle méthode existe à l'égard de la radiation calorifique ; les moyens de l'appliquer sont simples , faciles , infaillibles. Il est vraiment singulier que personne n'en ait tiré parti jusqu'à ce jour.

A Imaginons un réci-

pient conique MSN, dont l'intérieur, incapable de réflexion , soit tourné vers une surface verticale fixe A B , échauffée audessus du milieu ambiant.

Supposons l'angle M S N au sommet du cône, assez petit relativement à la grandeur de AB pour que les prolongements S *M P, S N Q,

LATHERMOGHaÔSE. 1'* PAHTIE. 17

S' M' P, S' N' Q' des parois du cône rencontrent tonjoarà la surface chaude, quelle que soit la distance interposée entre cette surface et le cône. Supposons enfin le corps tIle^ moscopique réduit à un seul point et fixé au sommet interne du cône, dont Taxe se maintienne constamment parallèle à lui-même dans les positions qui peuvent lui être com« muniquées pendant Texpérience.

Il est clair que, si Vintensité de la radiation suit réellement la loi inverse du carré de la distance, on pourra éloigner a volonté le thermoscope du corps échauffé, sans <[ue l'action calorifique exercée sur le point sensible éprouvé aucune altération ; car letendue circulaire de la surface qui pourra rayonner sur ce point augmentera en raison di^^ cte du carré de la distance , sans varier pour cela linclinaison du rayonnement calorifique , tandis que Fintensité de la radiation diminuera dans le même rapport , et compensera ainsi exactement l'effet dérivant de la phs grande étendue du corps chaud mise en communication avec le point thermoscopique.

Dans ces conditions de l'expérience, la constance de Fin- •dication montrerait donc que le rayonnement de la surface décroît en raison du carré de la distance, sans quil fut nécessaire de mesurer les intervalles compris entre le corps rayonnant et le point sensible.

Ce que nons disons d^un seul point s'applique évidemment à une série quelconque de ces mêmes points fixés AU fond d'un tube sans réflexion intérieure. En effet, chacun de ces points formera avec les rayons vibres sur lui, à travers l'ouverture du tube , le cône à base variable , dont il a été question tantôt , et verra^ pour ainsi dire, ^ous un angte comtant une étendue de la surface échaut

fée proporUonnelle au carré de la disUnce. La quanlilé de <^éur qa^il recevra sera donc toujours la même quel qoe soit sod éloîgnement de la sarface rayonnante , et llnstrament, qui donne la somme de ces quantités, marquera toujours le même degré.

Maintenant il est facile de voir que la pile thermoscopique se trouve exactement dans les conditions que nous venais d'examiner! 11 ny aura donc qu*à enlever, moyennant une doublure de papier ou de velours noir, le pouvmr réflecteur de Tappendice de cuivre , et a mettre Tin^ stnunent , ainsi modifié , en présence d*un vase rempli d'eau chaude pour vérifier si nos prévisions sont sanctionnées par l'expérience : et c*est aussi ce qui arrive avec une précision admirable.

Si Ton possède un excellent thermomultiplicateur, un réàpient rempli d*eau à 30 ou 40 degrés, ayant une paroi, carrée où drculaire, de 4 à a décimètres, suffit pour obtemr Imvariabilité d'une déviation rhéomélrique de 2o à 30 degrés dans toute l'étendue d'un intervalle d'un demi-mètre. Lorsque Finstrument employé possède une sensibilité moyenne , il faut avoir recours à l'eau bouillante ; el, dans ce cas, Tappttidice noirci s'échauSe assez pour agir quelque peu sur le corps thermosco[Mque. Cela n'aurait aucun inconvénient si la surface rayonnante était indéfinie, car chaque point de la doublure noire recevrait , par louverture, un cdne de rayons dont la base s'appuyorait constamment sur la surface rayonnante, et l'échauflement du point wrait toujours le même. Mais, comme la paroi du vase est lioûtée , on conçoit que , pour les points de la doublure fort rapprochés de Textrémité du tube , la base du faisceau conique débordera en partie hors de la surface rayonnante,

dès riastant où 1 on éloignera la pile du vase, ce qui ren- < dra nécessairement moindre 1 action dne à leur échauffement. 1

Avec les Ihermomnltiplicateurs ordinaires, à aj^ndiees intérieurement noircis, il faudrait donc opérer sur des surfaces trè&-grandes pour obtenir un résultat exact. D'autre part, rétendue de la paroi rayonnante ne suppléerait pas à la nécessité d'une haute température. Cependant, si Ton ôte la substance non métallique placée à l'intérieur de Fappendice, l'instrument, remis dans son état naturel, possède toujours assez de sensibilité pour permettre d'opérer avec succès sur le rayonnement d'une surface de grandeur limitée, élevée à une température excessivement faible.

Mais l'objection soulevée tantôt, à propos de réchauffement variable des points noirs situés près de l'ouverture, se reproduit ici à l'égard du pouvoir réfiecteur.

En effet, quelle que soit Faction que la réflexion d'un point intérieur de l'i^pendice exerce sur le corps thermoscopique , il est évident qu'elle ne changera point , tant que les communications, directes ou indirectes, de tous les points réflecteurs avec la surface chaude, resteront les mêmes; car le nombre des rayons qui, dans une position quelconque de l'appareil, parviendront, à travers l'ouverture de l'appendice, sur chacun des points réflecteurs, sera toujours proportionnel au carré de la distance de la paroi échauffée. Or, à moins que cette paroi ne soit immensément étendue^ si l'on s'éloigne à une certaine distance de la surface rayonnante , les points de l'enveloppe situés près de louverture du tube commenceront à recevoir le rayonnement des objels environnants, et à produire une variation plus ou moins grande, selon la différence de température existante entre ces objets et la surface cchauffce.

Pour retenir Tactioa dans les limites convenables, on se procurera un écran en métal perce d'une ouverture centrale de 12 à 15 mUlimètres de diamètre. On rendra cet écran mobile le long d'une pièce additionnelle M N perpendiculaire au pied NR de la pile P; et après avoir éloigné le tout a la plus grande distance possible, on arrangera lëcran de manière jue les lignes p q , p'q', conduites par les bords opposés le Touvertnre et de Tenveloppe thermoscopique ne dépassât pas les limites de la surface échauGTée AB. Gela fait, )B poussera l'appareil le long d'une ligne RS normale à a surface du vase ; et alors la déviation du galvanomètre, Produite par le rayonnement calorifique, se maintiendra exactement invariable jusqu'à la moindre distance possible. Avec un vase de 60 à 80 centimètres de surface latérale, rempli d'eau chaude, on obtiendra ainsi la constance le leffet sous une variation de 50 a 60 centimètres de dirtanoe. Il est évident que l'on pourra étendre les limites de Texpérience d'autant plus que les dimensions du vase seront plus considérables.

Cependant , comme les frais nécessaires pour se procurer des récipients de fortes dimensions , comme la diiliculté de les manier ou de les maintenir à une température consianle , détermineraient le plus grand nombre des observa-

leurs à nôgUger la vcrificatioa d'un fait^ tellement important pour la théorie de la chaleur rayonnante qu'il devrait être constaté, non seulement dans le cabinet du professeur de physique , mais aussi devant les nombreuses réunions d^élèves qui apprennent les éléments de cette science , je Tius indiquer une manière très-simple et très-économique de répéter Texpérience sur une grande échelle.

A cet effet , il n y a qu a prendre comme source caloriGque lune des parois d*une vaste salle. L'étendue delà surface rayonnante permet alors de placer l'écran percé à une fort petite distance de la pile; ce qui augmente nécessairement la sensibilité de Tappareil et rend les observations possibles par Faction d'un faible excès de température entre le corps chaud et le corps thermoscopiqne.

Nous avons vu que la chaleur des murs est ordinairement assez différente de celle de l'air ^ et des instruments qui s'y trouvent plongés, pour donner des déviations gal- Vanométriques très-appréciables, lorsqu'on tourne vers eux la pile du thermomultiplicateur.

Si, à cause de la disposiUon particulière de Tapparlement , ou par tout autre motif , la déviation ne se montrait point malgré le bon état de l'instrument , on la produirait en fermant pendant quelque temps les croisées de la salle destinée aux expériences et en rafraîchissant l'air intérieur par Tévaporation de leau ou de l'alcool ; car la pile acquiert bicnlÀt la température de Tair refroidi, tandis que les murs conservent pendant longtemps le degré de chaleur initiale , en vertu de leur grande masse.

Le refroidissement de la pile et du milieu qui l'entoure s'obtient aussi sans aucune espèce d'embarras , lorsqu'une pluie d'orage vient tout-à-coup rafraîchir l'atmosphère, ou

orstiu^apres une nuit sereine, et avant le lever du soleil, DO laisse entrer dons l'appartement , soigneusement fermé jusqu^alors, l'air frais du dehors.

On est sûr , enfin , d^avoir une action calorifique tnV appréciable aux thermomultiplicateurs les plus paresseux, en opérant le soir sur un mur qui a reçu pendant une bonne partie de la journée l'action directe des rayons solaires. De toute manière , lorsqu'on aura obtenu , naturellement on artificiellement, Faction cherchée, il faudra promener Textrémité ouverte du tube thermoscopique tout près des di« verses parties du mur destiné à rexpéricnce, afin de s'assurer qu^elles possèdent toutes le même excès de chaleur sur la température du milieu ambiant. Cela fait, on arrêtera l'écran percé & la distance convenable pour produire une forte déviation au galvanomètre sans rendre la pile accèsd)le au rayonnement des corps situes hors du mur qui sert de source calorifique; puis on rapprochera tout doucement Tappareil du mur , en ayant bien soin de maintenir constamment son axe dans la même direction ; et Ton verra ^e pendant le transport , la déviation galvanométrique ne Subit aucun changement.

Si Findex bougeait , cela proviendrait de quelques bouffées d'air d'une température anomale , qui trouveraient moyen de s'introduire jusqu'à la chaîne thermo-électrique; et alors il sufBrait d'attendre quelque temps pour voir la déviation reprendre sa valeur primitive. 11 se pourrait encore que la perturbation de Findex dérivât du rayonnement parti de l'observateur ou de tout autre objet plus ou moins chaud que la pile ; et, dans ce cas, on verrait laiguille ikéomêlrique reprendre sa fixité moyennant quelques écrans eonvenablement disposés.

Ces petib détaib pratiques ne sembleront peut-être pat déplacés, si Ton veut bien considérer la haute portée det conséquences que la vérification expérimentale du prindpe en question aura probablement dévoilées à la sagacité da lecteur.

L'expérience ayant démontré que Tintensité de la radiip tion calorifique suit exactement le rapport indiqué d avsBBF* ce par la théorie , il en résulte nécessaironent : 1.^ qos rinstrument thermoscopique employé est exact; 2.^ qu'eih tre les limites de Fobservation , c'est-à-dire , pour un iltervalle de cinq à six mètres, Tair n exerce aucune ab60^ ption sensible sur le rayonnement des corps chauds.

On se persuadera aisément de la vérité de la demiem conclusion en considérant , que s'il y avait absorption, tontes les couches d'air interposées entre la source et le cwps thermoscopique agiraient avec la même intensité, ou Inoi les couches qui sont les plus rapprochés de la source absorberaient davantage; et, dans Tun et Fautre cas, la U des carrés ne pourrait avoir lieu^

Quant à la première conséquence , elle fournit aux ob> a servateursle moyen d'éviter les expériences assez longues i et délicates que nous avons décrites au chapitre V^ §. 5, t et montre avec la dernière évidence que le thermomultipli- il cateur donne les véritables rapports d'énergie des raycm* g ments calorifiques. Je dirai plus : l'exactitude des mesa* \ res prises au moyen du ihermomultiplicateur n'est vérùO' b blement démontrée que par la vérification de la loi du L décroissement de la chaleur, en raison des carrés des di« 3 stances à la source rayonnante.

En efiet , comme les physiciens n'ont pas encore trouvé le moyen de mettre hors de doute que la marche du Iher^

BomMie au-dessus de la tonpératiire ambiante est proporliomwBe à la quantité de chaleur employée , Taocord entre lu indications des deux instruments ne prouve pas, en fia db compte 9 que le diemiomultiplioateur donne les rrais nqiqports d*intensilé des rayons calorifiques» Un tel accord ■notre uniquement , qu'en substituant le thermomultipUcatsv aux ai^pareils thermométriques à mercure ou à gaz, d lice Yersi, on arri?e aux mêmes conséquences ; mais il le peut guère nous donner la certitude qu'un rayon ca« krifiqne, d'une intensité double ou triple de celui que Ton prend pour uaitéf développe dans le thermomultiplicateuc des Cmpocb déviatrices deux ou trois fois plus grandes. Cette iertilBide, je le répète , ne nous est définitivement acquise fK par la vérification de la loi des carrés.

Et il ne &ut paa croire que* le manque de compara* Uiii des mesures, fournies par différents thermomultiplica* lavs , nnise le moins du monde à la précision des résultéê ; car nous répéterons ici ce que nous disions au com« nencement du premier chapitre: la sensibilité plus ou moins grande de Fappareil forcera Tobservateur à s'éloigner plus la mmna de la source de chaleur, afin de rencontrer une aetioii d*nne intensité convenable ; mais il trouvera par* IqhI la même composition dans le flux rayonnant , et le &araiomnltiplicateur lui donnera toujours les mêmes rapporta entre les intensités des parties aliquotes ou élémen« Ukm du rayonnement direct.

Eu jetant un coup d'cail rétrospectif sur les diverses que-

tfona thermométriques traitées dans le premier chapitre ,

tons voyons d*abord qu une application, mal entendue, de

urtainee comparaisons thermométriques et thermo-électri-

pes évaluées par la déviation des aiguilles aimantées ,

Là TfiBUIOGURÔSB. l'^ PAaxifiit 18

induisit quelques esprits inquiets à rejeter comme inexactes les mesures des radiations prises au moyen du thermomultiplicateur. La proportionnalité entre les courants thermo-électriques employés dans cet appareil et les petites fractions du degré thermométrique, qui leur donnent naissance, nous montra qu'une semblable induction était démentie par lexpérience. Alors Texactitude du thermomultiplicateur se trouva justifiée pour ainsi dire , moyennant la marche concordante de cet instrument avec les indications du thermoscope ou thermomètre de dilatation , que Ion croyait seul capable d'indiquer les valeurs relatives des flux calorifiques. Maintenant nous voilà arrivés beaucoup plus loin, cor la nécessité du parallélisme de marche des deux appareils se trouve écartée, et t exactitude des rapports assignés aux rayonnements calorifiques par le j thermomullipliccUeur parfaitement démontrée^ malgré les difficultés que l'on rencontre dans la comparaison des échelles appartenant à deux thermomultiplicateurs différents. Tan- j dis que , si le thermomètre ne loisse plus rien à désirer du côté de la comparabilitc, les quantités relatives de chalcïir ' d'où dérivent les indications de cet instrument sont complé- ^ tement inconnues.