RAYONNANTE
CoasidératioDS générales. Dilatation des corps par Taction de la chaleur. Thermomètre à air, thermomètre différentiel thermoscope et oeihrioscope; modifications qu'il fant introduire dans ces divers appareils pour les adapter aux mesures des radiations calorifiques. Conrants électriques excités par la chaleur ; moyens de multiplier leors actions sur les aiguilles aimantées. Thermomultiplicateur ; sa eofistruction détaillée; rapports qui existent entre ses indications et les forces ihermo*électriques correspondantes. Avantages du thermo* moltiplicatenr sur les thermomètres et les thermoscopes à air. Marche comparée de ces deux classes d'instruments.
Causes qui rendent la chaleur à tétat libre ou rayonnant moins familière çue dans les cas ordinaires où elle se trouve accouplée à la matière pondérable.
Toai le monde a une idée nette de la chaleur de conduetHilité, de cette chaleur qui se transmet d'un corps à Tauk« par le contact de leurs particules.
On comprend parfaitement que lair d*un appartement , La Thermochbôse. l""* partie. 1
Feaii *i lia b^m . rAliii>>»ph.fre libre Je La c; p>iir aoQj pli» ou mcuià chaaii , selott la tkàl^iT «pi 4 p«ia«tr*é Jdiu leur iokiUiice piar Facl s#>«irce4 caioriLi'j'ieti oaLirelle» ou artîdcBeil<!i, dukori BAU3 tnûsaetiàtni eiuuiLe azi aaoy^n Jm eomâmci. Oii preiui aosii qa'ea touchant un ccrpé d'uote tcsBpêratHrej 6o au>ini «^U^iée que celle Je la main, il now AU frobi seir.a que le cal«>ri<{ue (uâse du coqis à b m de la main au corps. Ou coD«:oit eofin que Tufie di tre lie cei deux seoiations d'ji'*eat dépendre de U de chaleur échangée, dans un tempâ dooné, entre le< louché et la main qai le touche; que. par Too a plusieurs substances refroidies d*nn même degrés au-dessous de la température du corps métal , qui de sa nature est excellent conducteor da que , nous semblera plus froid que le marbre, qui al bon conducteur ; et que , par la même raisoa » le nous paraîtra plus froid que le carton ou le bois; et fi M, en supposant ces différentes substances échaufféesi même nombre de degrés au-dessus de notre propre pérature, on se rend aisément raison de ce que le bois ble moins chaud que le marbre , et le marbre moins qrie le métal.
(Chacun s'explique ayec la plus grande facilité la galion lenle de la chaleur dans l'intérieur d'une barre tallique ayant une de ses extrémités en contact arec cbartions incandescents ou toute autre source caloi et le ilécroissement de température qui s'y observe i re que Ton s'éloigne de celte source; puisque Tagent conque qui produit la chaleur, devant se propager défi à Tautre tranche transversale de la barre, ces traosj
uccessives ne sauraient s'accomplir sans une perte de fore et de temps.
Les phénomènes qui constituent le rayonnement caloriique ne sont pas , au premier abord, d*une si facile intelii- ^Dce.
En effet , «omme la manifestation de la chaleur ordinaire ^îge toujours le contact du corps chaud , on se décide dif- Icilement à croire que cet agent puisse se séparer de la maière pondérable et venir nous frapper à distance. Il est vrai lue nous sommes forcés d'accepter le fait quant au rayonnement solaire. Mais l'impossibilité de séparer le pouvoir ichauffant du pouvoir éclairant, la grande importance de selni-ci, l'extrême facilité d'en suivre la marche et les molifications au moyen de l'organe si délicat de la vue , nous Rmt admettre , comme par instinct, que l'action calorifique les rayons lumineux est une. espèce toute particulière de chaleur entraînée ou excitée par la lumière, qui n'a aucun Rapport avec le rayonnement pur et simple des corps chauf- Tés au-dessous de l'incandescence.
Cette croyance, simplement instinctive, se fortifie par l'idée de l'homogénéité que nous supposons naturellement à 00 agent invisible ne produisant sur nous que des sensations de quantité parfaitement semblables à celles qui nous sont communiquées par le contact des corps plus ou moins chauds.
L'inexactitude de ces opinions et de ces conséquences sera amplement démontrée dans le cours de cet ouvrage, et par l'opposition des lois qui régissent la propagation de la chaleur à Tétat ordinaire et à l'état rayonnant , et par la ressemblance qu'oflrent les propriétés générales et particulières des radiations calorifiques avec les propriétés analogncs des radiations lumineuses.
Nous verrons que lorsque la chaleur pure, sans aucun mélange de lumière , se trouve à l'état rayonnant , elle n'exige point pour se transmettre le concours de la matière pesante ; qu'elle n'est point forcée de suivre certains sens ai* terminés dans les fluides; qu'elle ne se propage pas lentement de l'une à l'autre surface des milieux et n'éprouve au» cune perte d'intensité ou de temps par le changement ou let transport relatif des diverses parties dont se compose la coih che traversée. Mais que ses affections de propagation ressemblent parfaitement à celles de la lumière ; et que , soit dans le vide, soit dans les corps quelconques capables de le transmettre , un rayon calorifique se meut exactement comme un rayon lumineux, selon la seule direction rectiligae, en un instant imperceptible , et indépendamment du repos ou de l'agitation des particules pondérables.
Nous verrons enfin, que la chaleur rayonnante obscure se compose, comme la lumière, de plusieurs espèces de rayons élémentaires et se distingue encore nettement sous ce rapport de la chaleur de contact , qui peut bien avoir dit férents degrés d'énergie, mais qui conserve en toute occa^ sion les mêmes qualités , et se montre ainsi complètement homogène.
Mais pour bien comprendre les démonstrations de ces faits et étudier avec fruit les propriétés des radiations calorifiques, nous devons décrire d'abord les moyens que Ton emploie pour en reconnaître la présence et en déterminer te diverses gradations d'intensité,
La sensation plus ou moins vive éprouvée à une certaine distance des sources calorifiques ne donnerait que des dit férences grossières , souvent erronées , et toujours impossi* blés à traduire eu nombres. Pour comparer les intensités
des rayons de chaleur on est donc forcé de recourir à d'autres moyens. Or, parmi les effets que ces rayons produisent sur les corps, deux seuls sont susceptibles de remplir le but ea question , savoir : Taugmentation de volume , et Faction que les courants thermo-électriques exercent sur Taiguille aimantée. De là , la division des instruments destinés à la mesure du calorique rayonnant en thermoscopes ou thermaettnamètres (*) de dilatation , et en thermoscopes ou tkermaetinomèires électro^magnétiques.
Instruments qui donnent les rapports des rayons calorifiques au moyen de la dilatation des corps.
Les appareils thermoscopiques de la première classe, c'està-dire ceux qui sont fondés sur l'augmentation de volume que les corps éprouvent par l'absorption delà chaleur rayonnante, ressemblent pour le principe aux thermomètres proprement dite; mais ils en diffèrent par quelques détails de,coastruction; et cela à cause de la nature même de l'agent qu'ils sont destinés à mesurer, et de son mode de propagation, si différent de celui qui appartient à la chaleur ordinaire. Et d' abord , ib doivent être beaucoup plus sensibles, non seulement pour apprécier le rayonnement des sources faibles , mais encore pour étudier les rayons des sources très-énergiques à une distance considérable de leur origine^ et opérer ainsi sur la radiation affaiblie par 1 eloignement ; ce qui présente , com« me nous le verrons bientôt , de grands avantages. Voilà pourquoi , au lieu de liquides , on emploie dans leur con-
n Du grec termun chaud, chaleur, actin rayon, et mctron mesure.
8iruction l'air , dont la dilatation surpasse trois fois celle de l*aIcool, et dix-huit fois celle du mercure.
La construction la plus simple du thermactinomètre à air est représentée dans la figure n. 1 (*); elle ne diffère pas du premier thermomètre inventé par Drebbel d'Alkmaër au commencement du dix-septième siècle. C'est, tout simplement, un récipient thermométrique renversé, à extrémité ouverte, et plongeant dans un liquide coloré qui s'élève jusqu a une certaine hauteur dans le tube, lorsqu'on effectue rimmersion après avoir légèrement chauffé la boule. Pour maintenir rinstrument dans celte position, on introduit le liquide dans une espèce de flacon G portant un bouchon de liège B , à travers lequel on fait passer le tube ; un trou latéral pratiqué dans le même bouchon sert à maintenir une libre communication entre Tintérieur et Textérieur du flacon. Uair emprisonné en  se dilate plus ou moins par l'action des rayons calorifiques qui viennent frapper son enveloppe, et déprime d'une quantité correspondante l'extrémité E de la colonne soulevée. En plaçant à côté une échelle divisée en parties d'égale capacité, et en observant les effets produits dans un temps donné , on peut donc trouver, avec cet appareil, les rapports d'intensité entre deux rayons de chaleur que Ton fait arriver successivement sur le corps thermoscopique.
Mais pour atteindre ce but deux conditions sont nécessaires : la constance de la pression de l'atmosphère, et la constance de température du milieu ambiant. En effet, la colonne liquide ne se soutient dans le tube qu'en vertu de l'équilibre établi entre la pression atmosphérique et l'élasticité de l'air renfermé dans la boule. Si la première augmente ou si
(*) Toutes les fois que les figures seront numérotées il faudra Ui chercher dans la planche placée à la fin du volume»
la seconde diminue par le refroidissenGieDl du milieu ambiant, la colonne monte dans le tube; elle descend, au contraire, lorsque la pression de Tair diminue ou lorsque Télasticité du fluide renfermé dans la boule s'accroît en vertu de Télévation de la température ambiante.
Pour remédier à ces inconvénients, Leslie inventa son thermomètre différentiel qui se compose de deux réservoirs sphériques, semblables au précédent^ réunis ensemble par un seul tube à branches parallèles , replié à sa partie inférieure , et contenant un liquide coloré , qui remplit entièrement l'une des branches , et s élève dans lautre a une hauteur plus ou moins grande ( fig. 2). Tout étant hermétiquement fermé , on conçoit que la pression atmosphériqae ne peut plus exercer la moindre influence sur les deux masses d*air contenues dans les boules, ni altérer, par conséquent, la hauteur de la colonne liquide. Une augmentation ou une diminution de température ne saurait pas non pins aflecter les conditions d'équilibre du système ; car elle agit uniformément sur les deux réservoirs, et modifie d'une quantité égale l'élasticité de Fair intérieur.
On voit par là que lair de la boule A' sert à compenser ks variations de volume que les changements de température et de pression atmosphérique, survenus pendant les expériences^ communiqueraient à l'air de la boule A, destinée à explorer les divers degrés dënergie des rayons de chaleur. Ainsi, en faisant tomber successivement les diflcrentes radiations calorifiques en A , et en observant les espaces parcourus par le liquide en E, on pourra comparer les 06*6 ts de ees radiations, sans craindre que les résultats soient afi'ectés par les variations de température et de pression atmosphé-
Ces mêmes avantages se retrouvent aussi dans le themuh Bcope de Rumford, qui est dune structure tout-à-fait analo* *^ gue au thermomètre différentiel de Leslie et en diffère sentement par rapport au tube et à la longueur de la colonne fr \ quide; car les deux branches au lieu de former une conrlnh' re étroite à la partie inférieure, se replient à angle droit, eJlaissent entre elles une portion horizontale assez étendue, an* milieu de laquelle se trouve placée une petite colonne L ià liquide coloré, qui sépare l'air des deux boules A, Â'^ et sert à mesurer leurs différences de dilatation ( fig. S), • ]-
Cette disposition , qui , dans les différents points de II ^ marche maintient constante la pression de l'index liquida ^ sur les masses d'air des deux réservoirs, est peut-être préB» ) rable à celle adoptée dans Tinstniment de Leslie, où la preiF ) sion, dérivant de la différence de niveau du liquide dans * les deux tubes, varie évidemment avec l'action calorifique * observée.
Le thermoscope de Rumford porte à un angle du tube nfli ' petit réservoir P plein de liquide, avec lequel on forme l'index de rinstrument. A cet effet on chauffe très-légèrement la boule A' avec la chaleur de la main placée à une certaine distance , et on chasse ainsi une portion de X air de A' en A. Alors en retirant la main et en soulevant quelque peu le réservoir , on fait pénétrer une petite colonne liquide dans le tube horizontal; et l'air, qui tend à reprendre sa distribution primitive , pousse devant soi F index vers A' jusqu'à ce que l'équilibre s'établisse entre l'élasticité de l'air contenu dans les deux boules. En opérant convenablement on peut faire arrêter l'index ou l' on veut qu'il se tienne sur le tube.
Il existe enfin une troisième forme de thermactinomètre
dilatation , à laquelle Leslie a donné le nom d'wtànoope. Cet instrument , emi^ojé à ia mesure de la chair rayounanie vers le ciel , se compose de deux boiiles » A'» (fig. 4), commmiîquant entre elles par un tube droit né Terticalement pendant les. expériences. La boule suarieurét beaucoup plus petite que rinfériéure, a son centre aeé dans Tun des foyers d'un miroir elliptique en métal, «pé perpendiculairement à Taxe selon un plan passant ir le foyer opposé, et muni d^un couvercle que l'on ouïe lorsqu'on vent mettre Tinstrument en activité. La boule lérieure est entièrement couverte par une enveloppe mé- Jlique. Le tube porte une échelle divisée et un index liaîde semblable à celui du thermoscope de Rumford. La gnre représente l' appareil sectionné verticalement, a6a e pouvoir observer sa disposition intérieure.
Cet instrument a le défaut de ne pas être entièrement >ustrait aux variations brusques de la température atmo- ^lérique. Pour s* en convaincre il suffit de remarquer que » masses d' air et de verre, dont les boules se composent, tant différentes, elles ne peuvent ressentir avec la même inittsité les changements de chaleur qui apparaissent soudaiement dans le milieu ambiant ; il y aura donc une dilataon ou une contraction plus prompte d'un coté que de Taure, et Faction des rayons incidents sur le miroir et la boule prieure sera troublée. On peut démontrer aisément que is choses se passent comme je viens de le dire, en laissant ttdque temps exposé à l' atmosphère froide du dehors V œirioseope fermé, et en le transportant ensuite, toujours fcr- 1^ dans l'intérieur d'un qipartement échauffé; car alors on erra T index descendre d'abord d'un certain nombre de bgréa, et remonter ensuite vers sa position d'équilibre. La Thermochbôse. V^ partie. 2
Vf- k
La sensibilité des trois appareils compensés que aoqs nons d' examiner, dépendant du rapport de capacité des servoirs aux tubes de communication, peut varier entre du « limites très-étendues; et comme il est extrêmement difficile, i pour ne pas dire impossible, de souffler des boules de mène i; capacité aux bouts des divers tubes de mêmes diamètres, la to question de savoir si le thermoscope de Rumford et rœûirie* r scope sont plus sensibles que le thermomètre différentiel A Leslie ne saurait se résoudre exactement par la voie de Tet» li périence. Seulement on peut dire qu a dimensions égaM e les deux premiers appareils ont peut-être quelque avantagi p sur lé dernier en vertu de la plus grande mobilité de lett *' index; avantage qui n'est pourtant pas aussi grand quoi i pourrait l'imaginer , à cause de la nécessité où l'on se tNNh ^ ve d'employer dans la construction de Tsethrioscope et du fe thermoscope de Rumford Y acide sulfurique , afin d' éviter ^ l'évaporation des gouttelettes mobiles qui servent d*indieft* ^ teurs ; car cet acide éprouve contre les parois des tube» de verre un frottement beaucoup plus fort que l'alcool, dont se compose la colonne liquide du thermomètre différentiel. . Remarquons toutefois que pour avoir un haut degré de sensibilité dans ces trois instruments il faut donner aux boo^ les des dimensions beaucoup plus grandes que celles dér thermomètres ordinaires , et qu une telle ampleur du corpi thermoscopique rend les instruments impropres à la plot grande partie des expériences sur la chaleur rayonnante, qui exigent un certain degré de précision.
Remarquons encore que le liquide , comprimant l'air de la boule vers laquelle il se dirige , éprouve une résistance croissante avec Tespace parcouru, et que, sous ce rapport; le thermoscope simple de Drebbel, dans lequel la dilatation-
^accomplit sans exercer aucune compression , a un avan- Bige incontestable sur les thermoscopes compensés. Cet ac-* roissement de résistance; qui tient à la ïiâture même des Dstrunients à double réserroir, rend l'unité de l espace par-r 4Mini par la colonne liquide de moins en moins étendue, de nanière que les degrés successifs ont nécessairement une ODgaeur décroissante. Si les rapports de capacité des résernArs aux tubes de communication étaient connus, on pour* mi aroiT , au moyen du calcul , la valeur des différentes [Mrties de Téchelle appartenant à chaque appareil; mais ces Rapports sont impossibles à détei^miner , vu la difficulté de le procurer des tubes parfaitement cylindriques, et de souf- Her à leurs extrémités des boules de la forme précise d'une sphère: on est donc forcé de résoudre la question par 1« voie de l'expérience. '
'■ A cet effet , imaginons que Ton environne de glace fondante la boute compensatrice de l'appareil, et que l'on frfooge dans leau à zéro la boule active, c'est-à-dire, la bou- \t qui doit recevoir le rayonnement calorifique. En chauf- Guit cette eau par petites fractions égales de température , ladex thermoscopique décrira des espaces différents et de msa en moins étendus , si le tube est parfaitement cylinàntpB. Ces espaces, marqaés sur Tinstrument, indiqueront dis édiaoffementa doubles , triples, quadruples de lair conteoa dans la boule active , et fourniront ainsi les rapports dlalensité des diverses radiations calorifiques incidentes.
Mais une semblable opération exige des instruments comparables à eux-mêmes, constants dans leurs indications , et k Ibennosoôpe et rœlhrioscope n'ont ni l'une ni l'autre de cas dfem qualités ; car l'index marche par bonds , à cause ds frottement considérable qu'il éprouve le long du tube;
an moindre excès de chaleur il rentre dans le réservmr à t ïi
quide ^ ou se dissout dans l'une des boules , et reparait en* \^ suite subdivisé en petites fractions. De (dus, quand même •■ ni parviendrait à maintenir Y index intact, la grande sensiUK* ■ té de ces instruments exigerait que réchauffement des bot* pi Ies> pendant les expériences de comparaison, procédât fÊt k. fractions si petites du degré thermométrique que lopératiii i< deviendrait tout-à-fait impraticable. - M
Il faut donc se contenter d'appliquer ce procédé de gtnh ii duation aux instruments peu sensibles, et munir les antrU m d* échelles arbitraires , et tout au plus diviser leurs txàm Iè ea parties d'égale capacité avant de soufiler des boolcB i ji leurs extrémités. Alors en supposant excessivement petittfj ■ et par conséquent susceptibles d'être négligées, les causes # ^ variation indiquées ci-dessus ( supposition qui est peut-êtii ^ admissible pour certains cas), on obtiendra les rapports de g ^antité des rayons incidents sur la boule active de Finstra* jment par l'observation des espaces que Tindex décrit soe» cessivement dans le tube.
Il importe peu, d'ailleurs, que Ton n'arrive point à déterminer le rapport qui existe entre les degrés des thermosM* pes employés à la mesure du rayonnement calorifique et II graduation du thermomètre , car la connaissance des teifr pératures proprement dites ( donnée de la plus grande il» portance pour les phénomènes de la chaleur ordinaire }, est tout-à-fait superflue pour la science de la chaleur rayofr nante. En effet , que se propose-t-on d' étudier dans cette science ? Les propriétés générales et particulières des diiifr* : ventes espèces de rayons de chaleur. Or , il est vrai que k rayonnement calorifique fait monter plus ou moins le diei^ momètre, selon que son intensité est plus ou moins grande)
