ÉMISSION DE LA CHALEUE PAR LES CORPS ATHERMANES

Recherches de MM. de La Provostaye et JK Desains,

§ 1. ^ POUVOmS BMISSIFS AUX TEMPÉRATURES BASSES.

Mellontf en cherchant à déterminer avecson appareil les pouvoirs réflecteurs absolus des métaux polis, les avait trouvés inférieurs à O^^ï et, de plus, il avait cru reconnaître que leurs valeurs sont indépendantes de la nature de la chaleur incidente ; enfin il était facile de s'assurer que la diffusion à la surface de ces corps est extrêmement faible. En rapprochant ces trois propositions^ on se trouvait conduit à admettre que les métaux polis doivent absorber plus de 0,50 de la chaleur qui tombe sûr eux. Mais d autre part, toutes les déterminations connues assignaient

ÉMISSION DE LA CnALEUR

aux pouvoirs émissifs de ces corps des valeurs inférieures à 0,20. Et dès lors l'expérience semblait démentir d'une façon formelle le principe fondamental de Tégalilé des pouvoirs émissifs cl absorbants.

Ces contradictions doiinaierU droit de craindre que des erreurs graves n'atfecl<îssent h*s valeurs des pouvoirs émissifs des métaux; nous avons donc, au début de nos recherches sur l'émission calorifique, mis tous nos soins à déterminer ces pouvoirs, en nous tenant, autant que possible, à l'abri des causes d'erreur qui nous paraissaient avoir d i influer sur les mesures antérieures. Nous opérions avec l'appareil de M. Melloni, pî»geo83. Aux températures voisines de 100" nous prenions pour sources de clialeur des vases mét<illiques à parois [)lanes remplis d'huile: leur capacité était d'une dizaine de litres, et dans ces conditions il était inutile de les chauffer directement pendant les mesures; des additions d'huile chaude convenablement ménagées surtisaient pour maintenir bien constafite la température du bain; ime agiliition continuelle la rendait uniforme, et on la mesurait avec des thermomètres a mercure plongés dans le liquide, eu prenant soin de faire à leurs indications toutes les corrections

Fig. 771.

d*usage. Au reste, dans les expériences comparatives, on opérait toujours à l'instant où le degré du thermomètre redevenait le même.

Pouvoirs émîssîfs aux basses températures. — Nos premiers

essais nous montrèrent assez rapidement que la valeur commune

PAR LKS COUPS ATIJEBMANES. m

admfse pour tes pouvoks émiasifs des métaux polis était- trots on quntro fois trop forte, et dès lors nous nous trouvions amenés à dé* terminer avec le thermo-mnlUplicaCeur un rapport voisin de celui de SO à I . Une pnreMIe détermination est délicate, quelque soin que l'on puisse <l*ailtenr$ apporter k la graduation de ce thermtf* mètre. Pour lever la difficulté expérimentale que nous signalons, nous avons employé plusieurs procédés différents; tous ont conduit aux mêmes résultats. L'un de ces procédés repose sur remploi de diaphragmes à owoertwpeB graduées.

Lorsqu'un appareil iherraescopique reçoit le rayonnement d'une surface entretenue ii une température constante, la grandeur de la déviation galvanométrique <1épend de l'étendue de cette surfeoe. Par conséquonf, si le rnyonnement est transmis à travers rouverture 0 d'un écran EE' placé entre la source SS'et la pileP (fig. 771), Teff^t produit, toutes choses éi^ales d'ailleuis, variera en général avec les dimensions de 0. Il n'y aurait d exceplion que si l'ouverlure () était assez i^rande ou la surfacn SS' assez petite pour que do la pile on pût, à travers l'ousertureO, voir d'autres corps que SS'; mais nous excluons ces cas.

Les distances de la source, de l'écran et de la pile res'anl les mêmes, le l appurt des dév iations qui corresp'^ndent Mpux i;randeurs différentes G et ^ de l'ouverture 0 est un nombre indépendant des U'inpératures, constantes d'ailleurs, que la source d'une part, et ! l uoeinte d'aulre part, doivent conserver pendant chaque ^roii[M' (I expérient e> C(*nseculives qui servent à en fixer la valeur; suit //i ce rapport. Tant qu'il est inférieur à 3, ou peut le delorniincr sans ditBculté; s'il dé[)asse celte limite, il faut recourir à une comparaison intermédiaire, et cela de la manière suivante: On prend une ouverture Ci, intermédiaire entre y et G, pui^ oj' poric la source à une Icuiiiérature T, telle que les déviations n!îtenues à travers les ouvertures G et G, aient des valeurs admissibles, 30 et 10 par exemple. Ou en cuuclul le rapport de.^ effets produits à Iravers G et G, .

On élève ensuite la température do la ^(>ur(•e de manière à avoir à travers Gj une déviation voisine de 3(». et l'ofi d(»termine le rapport de cette déviation ii celle que l'on obtient à travers y* Soit m* le rapport des actions calorifiques correspondantes, on aura définitivement m = X t^u,, et cette valeur de m aura été déterminée à l'aide de déviations convenables...

Ceci p )sé, on comprendra sans peine la manière dont on peut employer les diaphragmes à ouvertures graduées dans la détermination des pouvoirs émissifs des métaux polis.

On tourne vers la pile la face argentée d'un des cul)es dont

ÉMlSëfOll DE LA GHALRUR.

nottt avons parlé, et on règle les disUmoes de ielie sorte que le rayonoement transmis à travers la plus grande ouverture de récran produise une déviation d' voisine de GeUe déviation connue, on substitue à la grande ouverture une autre qui produise un eOét m fois plus petit. Puis à travers coite petite ouverture on finit ray<mner la foce noircie de la source, soit d l'effet d'

obtenu. sera le pouvoir cherché. Nous en admettons

qu'entre d et d* les déviations sont proportionnelles aux quantités de chaleur incidente; autrement d devrait être corrigé è l'aide de la table de graduation. (Voir p. 587.)

Le tableau suivant renferme les valeurs que nos expériences assignent aux pouvoirs émissifs d'un certain nombres de substances métalliques à des températures voisines de 400* :

Argent ivsnft lortaDt âo laminciir 0,413

Argent mal chlmiqutiiieiit déposa sur enivre 0,053

Argent pnr bninî. . 0.0'i3

Le même longtemps chaiiUé.*.. «>,<»28

Argent ehïBiiqiiaiMiit déposé et puis hnni ^. . . 0,02S

Platine sortant do laminoir 0,106 ,

Platine brnni 0,09î

Or on lenilles 0,043

CaïTre en lames 0,050

Co Uibloau montre quelln ost, à cette tempôniture de 100", l'extrrmp IViiliIesse du pouvoir émissifdp l'nrîzf^nt et de l'or bien poliîî; il t'iablif on mt^vnp tpmps que, «suivant l eUit physique de sa snrfnrc. un mrmr nietai peut émettre dos quantités de chaleur bien diflcronto^ , puisque l'argent mat, quoique parfaitement blanc et brillant, possède un pouvoir émissif double de celui qui est relatif à l'argent poli.

Cette variation peut aller beaucoup plus loin encore. Dans le cours de nos expériences sur les lois du refroidissenoent, nous avions eu l'occasion de remarquer que l'or et l'argent en coquille ont un grand pouvoir émissif. Quelque temps après la publication de notre mémoire sur les pouvoirs émissifs des métaux^ MM. Masson et Gourtépée ont constaté le môme fait, et ils ont fait voir, en outre, que beaucoup d*oxydes ou de poudres «salines ont à 400° le noème pouvoir émissif que le noir de fumée, l'ocre ou )a céruse.

POUVOIHS ÉMISSIFS.

g 2. — POUVOIRS ÉMISSIFS AUX TEMPERATURES ELEVEES.

Toutes les expériences dont nous venons de faire connaître les résultats avaient été exécutées à des températures voisines de 400°. Il était indispensable de les continuer en portant à un degré de chaleur aussi haut que possible les corps dont on voulait étudier les pouvoirs émissifs, car le peu de données que Ton avait sur la question se trouvaient encore pleines de contradictions. D'une part, en effet, MM. Dulong et Petit, en cherchant à comparer, par une méthode que nous développerons plus loin, les

Fig. 772.

pouvoirs émissifs du verre et de l'argent, étaient arrivés à cette conséquence que ces pouvoirs conservaient le même rapport à toute température. Et d'autre part, les expériences de Baden- Powel et de Melloni prouvaient que le rapport des pouvoirs absorbants de la céruse et du noir de fumée change avec la température de la source qui émet la chaleur incidente, ce qui implique une variation égale dans le rapport de leurs pouvoirs émissifs, si le principe de l'égalité des pouvoirs émissifs et absorbants est une vérité.

Les recherches que nous avons faites pour résoudre cette difficulté ont été très-nombreuses. Knlre 100 et 400" nous avons continué à employer pour sources de chaleur de grands vases pleins d'huile ou d'alliage. Mais alors il devenait indispensable d'entretenir du feu sous ces vases, et par suite toutes précautions étaient prises pour que l'action directe du fourneau sur la pile fût nulle. A cet effet, et indépendamment de tous les systèmes d'écrans ordinaires, on établissait entre le fourneau et l'appareil thermoscopique un mur de briques, percé seulement d'une ouverture, à travers laquelle la pile pouvait recevoir le rayonnement de la partie centrale de la face du vaso échauffé.

POUVOIRS ÉMISSIFS

L'ajustement de tout le système d'écrans se faisait aisément, parce qu'en ces circonstances on pouvait reculer beaucoup la pile de la source calorifique. Les vases qui contenaient Talliage étaient en fonte ; leurs faces avaient été dressées avec soin« et les plaques dont on voulait étudier le pouvoir émissif itaîent appliquées avec force contre ces ffices à Taiiie de cadres métalliques et de systèmes de serrage énergiques. La figure 771 donne une idée de la disposition de 1 appareil ; elle en représente le plan.

fl> f>j c, dj section de la cu\e;

F grille d*un fourneau appliqué contre la face postérieure do

cette pile;

TT' , TjT',, barres do fer soutenant la cuve et le fourneau F au-dessus d'un autre fourneau destiné à chauffer la partie inférieure (lu bain ;

^»f,9»^h Ciidre mctalliquo employé pour serrer les plaques ^fy' contre la face antérieure de la cuve. "

Pour opérer à des tempéralui\ i» plus élevées, il fallait recourir à un procédé tout différent : nous prenions pour corps rayonnant une lame de platine trèrî-mince. de i8 niillimètres do large el 75 de longueur, que nou^ (.ortions à volonté à toutes les températures comprises entre 100 et bOO degrés, à Taide d'une pile de Bunsen de trente-deux couples, le plus souvent assemblés quatre à quatre. Ce mode d'écliauffement permet d'élever ou d'abais>er, pour iiin^i dire, instantanément la lemj>éralure, en augmeniauL ou rrrluisant le nombre des couple- qui font [Knlie du circuit. On peut ainsi vérifier à tout inslîint que la surlace n'est pns altérée d'une mantere permanente, et. sans déplacer la lame. -<in- (irpl.icer l appareil mesureur, lire successivement et alterna i\eiiient quelle est la valeur du pouvoir emissif à 400 el à 500 ou tiOO degrés.

Notre métfiorlo firésentc une autre innovation qui consiste dans î'em[)loi simuliane de deux appareils thermo-électriques, comparés à l'nvancf», dont l'un sert de témoin et rend les résidtats parfaitement sûrs, mf'me (juand il s'airit de comparer des rayonnements qui varient d'un instiint à l'autre.

Voici comment on peut concevoir la marche des opératioîis : on recouvre les deux laces d'un enduit identique, de noir de fumée, par exemple ; puis on porte la lame à des températures voisines de 100, 300, 400 degrés, et on régie par tâtonnement la position des deux piles, de m mîère que, recevant simultanément, l'une la chaleur éaiise par la face antérieure, etTautre celle émisé parla face postérieure de la lame, elles donnent la môme déviation. Gela fait) on remplace l'un des deux enduits par un autre, du

AUX TBMPtRATIIEKS ÉLBVÉKS. m

borato de plomb, par exemple, et l'on observe simullanrment les deiîx émissions. Si la cliaipur onvovén fwîr le noir de fumôo reste exa( lement la incarne, lo rapport des deux déviaiions produites par I autre face, successivement couverte de noir de fumée et de boidte de plomb, donne le pouvoir émi-^if de cetle dernière suf Ktance. Si la source a uq peu varié, la correclioa peut se faire immédiatement.

Les piles ihermoscopiques étaient placées de manière à donner des déviations convenables quand la lame était portée à <00** environ. Lorsque l'intensité du rayonnement devenait vingt OU trente fois plus forte, on ne déplaçait pas les deux f)iles tliermoéleclriques. maïs on intercalait dans leurs circuits des fds dont on avait préalablement déterminé les résistances, ainsi que celles des circuits primitifs eux-mêmes. Les déviations produites étaient alors observables, et Ton en déduisait colles que Ton eàttftbte* nues sans Taddition des fils.' fin opérant ainsi , nous avons re<connu que le pouvoir émissif du borate de plomb éprouve uno fbrte diminution quand ^la -température s'élève au rouge nais* sant : vers 400 degrés il est égal à celui du noir de fumée, vers 530 il n'est plus que 0,75. Du reste, le bonite n'éprouve en ces circonstances aucune altération permanente, car si on le ramène à 400 degrés, son pouvoir émissif reprend sa valeur f roinière.

IsUttenee éà U tempéMilare l'hiUMité ét rémÎMnoB. —

MM. Dulong et Petit avaient admis, comme conséquence de leurs expériences sur le refroidissement, que le rayonnement propre d'un corps à toute température peut être représenté par l'expression wa<, m étant un coetlicient proporlionnel au pouvoir émissif du corps rayonnant, vi a étant le nombre 4,0077. Celte loi ne peut être exacte, puisque les rapports de pouvoiis émissifs des corps changent avec la tempi^ialuie. Toulelois, comme les cbanf^ements dont il s'aeit ne deviennent sensibles en général qu aii dessus de 200*, il v a \ nit de I intérêt k voir si entre zéro et cette limite de 200 à 2o0« la iui do Dulong et Petit repi esente bien l'accroissement que rémis>ion jnopre des corps éprouve piir l'effet de l'élévation de tpni[)ei*iitui e. Or, si l'on se re[)orte aux calrnls des pages et 573, on voit immédiairniciil que bi, dans une enceinte noircie maintenue à la lemperaiure t, on f iit rayonner vers un tliermo<ro[>e noirci uno source également noircie, et portée succcsMvemeut à i températures T et T|, le rapport des indica-

tiens thenneseopiques obtenues et sera égal- è y^, ^ ^^.,^y

Par conséquf^nt, si la forme exponentielle a' est celle de la louclion/'(i), entre des limites qui comprennent!, T, et/, on devra

avoir entre ces limites -j- -, — z C esl, en effet, ce

qnî a lien entre 0 et SOO. Nous nous en sommes assurés en faisant rayonner vers rappareil thermo-électrique un vase noirci plein d*huile ou d'alliage convenablement chauflé. AuniesBOu^ de 20<^, le rapport des actions produites sur la plie, par les rayonnements émanés de la source à deux températures quelconques T et T| , était, toujours représentée par TexpreBsion

; , t étant la température de Tenceinte; mais au-

dessus de ÎOO, cette formule simple, conséqu< n( (' immédiate de la ici de rayonnement admise par .Oulong et PelU, n était plus appiical>le.

Znflvenpe dm îm, mmimn ém Ift mrfaM souroet «ur U oompowtiop de la ahftlenv énnt». — La nature de la surface d*un corps n'influe pas seulement sur la quantité de chaleur que ce corps peut émettre à une température déterminée, elle influe aussi sur la qualité, ou, si Ton aime mieux, sur la composition de la chaleur émise. Uin&uenoe se met très-aisément en évidence lorsque, pour source de chaleur, on prend, comme nous Tavons indiqué plus haut, une lame de platine oouverle sur une de ses feces de borate de pkmib, et fortement chauffée par ttn cowtnt électrique. Dans une de nos expériences, la chaleur émise par la Ciice de platine traversait une mince lame de verre dans la proportion de 0,39, tandis que la chaleur émise par le borate, à même température, ne traversait le mémo écran que dans la proportion dé 0,22.

Au reste, pour manifester les différences dont nous parions, il n*e6t pas néciassaire d'opérer à des températures voisines de Tincandescence. Nous sommes arrivés à la mettre en évidence en employant pour source de chaleur les bains liquides dont nous nous servions d'ordinaire pour opérer à des températures comprises entre SOO et 400*.

DB LA VARIATION DES POUVOIRS HMISSIFS AVIi:c L INCLINAISON.

, Dans le paragraphe 3A9 de sa Pyroniélrie, Lambert pose principe que la quantité de chaleur émise obliquement par la surface d*un corps est proportionnelle au sinus de Tangle que les rayons forment avec cette surface, -et que, par consé(pient, une sphère envoie dans une direction déterminée autant de chaleur que le grand cercle de cette sphère perpendiculaire à cette direction*

▼ AlllATlOIf ATIC L'INCLINAISOM.

Comme nous l inons rléja dif, Lrsîie avnil v<T)r)e cxperimenla- Iptrtnnt le prinri[)o dp Lamiiert , mais en sn liornant au cas particulior 011 la stirfaco rlo la sourrn ralorilique était rouverte (]e noir de fumée, c'est-à-diro denuoo de tout pouvoir retlecteur. Depuis, aucun pfiysirien ne s'était préoccupé de chercher si la loi de I^mbertest G:énérnle, et par conséquent on i^jnornitsi le rapport des pouvoirs émissifs des corps change ou ne change pas avec la direction de rémission. La solution de cette question était pourtant une de celles qui pouvaient le plus directement servir à contrôler l'exactitude du principe de rég»Uté de» pouvoirs émis#ifs ei absorbants.

Pour le faire voir simpieine&tt supposons qu*il s agisse d une substance pouvant, comme le verre, recevoir un beau poli^ et, par suite, ne diffuser la chaleur qu'en proportions inappréciableii. Alors, le pouvoir réflecteur dans chaque direction Sera lo couh plément è Tuntié du pouvoir absorbant. S'il varie avec Tincidence, s'il augmente, il faudra que le pouvoir absorbant diminue, et il en sera de même du pouvoir émissif » l'on admet que l'é.!^ lité des pouvoirs émissifs et absorbants est rigoureusement vraie.

D*après ces considérations, nous avons comparé entre elles les quantités de chaleur qu'émet dans une série de directions différentes une môme surface plane, d'abord noircie, puis recouverte de divers enduits, et enfin d'une lame de verre.

Si la loi de Lambert s'appliquait à toutes ces substances, les rapports de leurs pouvoirs émissifs conserveraient la même valeur sous toutes les inclinaisons. Cette constance n'existe en aucune sorte, ainsi que le prouve le tableau suivant déduit de Fensemble de nos expériences.

TABLEAU DES POI VOIRS ÉMISSIFS DK DIFKÉnENTHS SUUSTAISCKS DANS DES DiasCTIONS OBLi^tlfi» A LA SUEFÀCE ÉMETTAKTË.