POLARISATION DE LA CHALEUR

§ 1. — Phénomènes généraux.

Découverte de M. Bérard. — La découverte de la polarisation de la chaleur est une de celles qui ont le plus puissamment contribué à manifester l'identité des causes auxquelles sont dus les phénomènes lumineux d'une part, et les phénomènes calorifiques de l'autre. Le mémoire dans lequel M. Bérard Ta fait connaître

Fig. 775.

se trouve inséré parmi ceux de la Société d'Arcueil ; l'auteur y démontre d^abord que la chaleur du soleil éprouve la double réfraction en môme temps que la lumière apportée par les rayons directs de cet astre, et pour atteindre ce but il lui suffit de remarquer que, quand l'on fait tomber un faisceau de rayons so- II. 36

f4f FOLARI8ATI01I »B J.A CII4LKUR

laires sur un prisme de spatli d'Islande, de manière à obtenir deux spectres lumineux distincts , la ctuileur du faisceau primitif se trouve partagée entre eux^ de telle sorte que, si l'on place des thermomètres sensibles aux points correspondants de chacun de ces spectres, on constate que dans tous deux la loi de variation des températures est sensiblement la même.

La chaleur éprouve donc la double réfraction dans les mêmes conditions que la lumière.

Pour prouver qu'elle se polarise, M. Bérard s'est servi d'un appareil souvent employé par Malus dans ses études sur la polarisation de la lumière. 11 se compose d'un tube de cuivre opaque T (fig. 775)^ portant k ses deux extrémités deux anneaax ou tambours G et D, ayant un diamètre peu différent du sien et pouvant tourner autour de lui comme une bagne autour du doigt; chacun d'eux porte un miroir de verre noir H ou M\ que Fou peut incliner à volonté sur l'axe ÂB. Lorsqu'on fait en sorte que les surfilées réfléchissantes de ces miroirs ûissent avec AB un angle de 35* 25', tout rayon lumineux qui est réfléchi p^r l'une d'elles suivant l'axe du tube est complètement polarisé, et comme il rencontre la seconde sous l'angle de polarisation, il ne peut s'y réfléchir lorsque les deux plans menés par AB normalement aux deux miroirs sont perpendiculaires entre eux.

Ceci posé, H. Bérard attacha à l'un des miroirs. M' par exemple, un réflecteur sphérigue concave, R, en prenant soin que l'axe de ce réflecteur fît un angle de 70° 50' avec AB, puis au foyer principal de B il assujettit la boule d'un thermomètre sensible; et les choses ainsi disposées, il fit tomber un faisceau solaire sur M, de manière qu i! i'ùL léHéchi suivant AB.

Lorsque les plans de rétlexion sur les deux miroirs coiiicidaiciil, le ihennomètre accusait une action calorifiqne trèsnotable; mais l'effet diminuait lorsqu'on faisait croître l'angle des deux j^iatis do réflexion; il devenait nul quand l'angle dont il s aij;it était droit.

Un faisceau calorifique émane d'une source à peinn incandescente ou njùiue tout à fait obscure se comportait comme le faisceau solaire.

M. lif rard no paraît pas s'ôtro préoccupé de constater, par des expériences directes, que la réfraction simple ou la double rr^fraction peuvent aussi polariser la dialeur. Ces lacunes ont été comblées depuis.

Recherches de M. Forbei. — En 1834, M. Forbes reconnut qu'un système de deux plaques de lourmalines, taillées parallèle-

POLARISATION DK LA CUALËUR. <48

DMBt k Taxe, transmet la chalatir venue du solefl ou d'une lampe en proporliona inégale», suivant que les aies cristallographiques des lames sont parallèles' ou croisés. Dans le premier cas, la transmission est beaucoup plus forte que dans le second.

H. Forbes reconnut également que deux piles formées de minces lames de mica et convenablement inclinées sur la direction des rayons incidents se comportent è peu près comme des tourmalines. Quand les plans de réfraction sont parallèles, la transmission est beaucoup plus aboodante que lorsqu'ils sont croisés.

L'action des tourmalines indiquait évidemment qu'un faisceau calorifique éprouve la double réfraction en pénétrant dans un cristal de cette espèce, et que de plus le rayon ordinaire se trouve absorbé en proportion beaucoup plus considérable que l'autre.

Quant aux expériences faites avec les piles de mica, elles ressemblent comj)lelement à celles que l'on exécute en 0[)ii(|ue avec des piles de glace ; M. Foi besavaU eoiployé les piles de mira, parce qu'elles lui paraissaient plus perméable* à la chaleur que les piles de glace elles-mêmes; mais ces dernières donnent aussi de bons résultats, comme nous le dirons plus tard.

Expériences de Mellonî. — Melloni confirma les résultats de M. Forbes, et de plus, par des expériences faites avec M. Biot, il établit que des plaques de cristal de rot-lie taillées perpendiculairement à l'axe impriment au plan de polarisation de la chaleur une rotation analogue à celle que le plan de polarisation d'un ra\ on lumineux éprouve dans ces mômes conditions. Un faisceau de chaleur partiellement polarisé par l'action d'une pile de mica étiiit reçu sur une seconde pile dont le plan de réflexion était tourné à 90* du plan de réflexion sur la première. La transmission était alors faible; et il en était de même de l'action thermosoopique. On introduisait alors entre les deux piles une lame de quartz taillée perpendiculairement à l'axe et d'environ 7 millimètres d'épaisseur. Par la seule action de cette lame, Teffet thermique se trouvait notablement accru. Il restait au contraire très-faible lorsqu'au lieu d'une seule lame active on en introduisait deux de même épaisseur, mais de rotations inverses.

■MhOTolm d« M. KnobUaoh. — En 4847, M. Rnobiauch publia sur l'étude de la polarisation calorifique plusieurs mémoires qui ont été insérés aux AtmaUs de Paggendorff, Dans la série de recherches qu'il exécuta sur ce point, M. Knoblauch fit voir qu'on peut avec un prisme de nicol polariser complètement les rayons calorifiques qui accompagnent la lumière solaire; il moi>-

«U POLARISATION »B LA CBALBVtU

Ira qu'il y a uno identité parfaite on iro les inîen>i(< s ( aloniiques des deux finsceanx partiels dan? lesquels se décompose un faisceau de rayons snlrnres en traversant un cristal nafure! de spath d'Islande. \\ montra que ces faisceaux sont compiétemenl polarisés dans des plans rectanirulaires.

Il proina, en owtre, que des piles (fc (jJtirp [m uvent polariser partiellement la chaleur solaire, et il montra que pour la cha- IfMir. comme pour la lumière, le pinn de polarisation partielle du raNon rétracté est perpendiculaire au plan de polarisation partieile du ravon réfléchi.

KnfinJI élal>lit que, dans l'acte de la réflexion à la snrfice du verre ou des métaux, il se développe dans le rayon rt tleciii une quantité de chaleur polarisée qui varie avec l'angle d incidence. Pour la retlexlon sur le verre la proportion do chaleur polarisée qui existe dans le rayon réfléchi est égaie à l'unité quand l'angle de réflexion est 55".

Pour Pacier le maximum do polarisation a lieu sous l'angle 70* environ, mais ce maximum n'est plus égal à l'uaité.

g 2. — ^ Lois DB la POLARiâATION D£ LA CHALEUR.

Recherches de MM, de La I^rovoslaye et P, Desains, -

Les expériences de M. Knoblauch démontraient la polarisation complète des deux rayons dans lesquels la transmission à travers un spath dédouble un faisceau calorifique primitivement naturel. Elles indiquaient aussi que si Ton transmet l'un de ces deux Êiîsceaux à travers un prisme de nicol, Tintensité de la chaleur transmise varie avec l'orientation de ce prisme, mais elles n'indiquaient pas la loi de ces variations.

Extenuon de U loi de M alut à la chaleur. — Nos premières recherches sur la polarisation de la chaleur ont eu pour objet d*établirque les variations dont il s'açil satisfont à la loi de Malus, et la facilité avec laquelle on mesure les intensités calorifiques nous a rendu possible la démonstration directe de cette loi fondamentale.

Les rayons solaires réfléchis horizontalement par un héliostat tombaient sur un prisme de spath d'Islande achromatisé« et après l'avoir traversé ils donnaient, à une dislance d environ soixante centimètres, deux images parfaitement séparées : Tune d'elles, l'image extraordinaire par exemple, était arrêtée par un écran, Vautre tombait sur un second prisme dont la section prin-

POLARISATION Bl LA CSALKUR* Mi

ripalo, d abord pniallèieà celle du premier, était ensuite, a OMioée à taire avec elle différents angles.

Si l'on pien i pour unité l'effet produit sur la pile lors du parallélisme, on trouve pour valeur des actions produites dans différents azimuts, 30, 3o...

Et il est facile de s'as.<urer que les nombres 0,75, 0,67... sont précisément les carrés des cosinus des angles inscrits dans la première colonne.

AotioB det P*1m àe glace sur la chaleur. — Après avoir ainsi établi que la loi de Malus s'applique aussi bien aux ravoiiiiemenls calorifiques qu'aux rayonnemerjts lumineux, nous avons cherche si les formules qui donnent dan> tous les cas possibles Tintensité du phénomène de la réflexion lunuueuse sont aussi applicables à la réflexion de la chaleur rtivoimanle, et nous avons en effet constaté l'identité la plus [>arrtiit« dans la marche des deux séries de phénomènes. Nous ne reviendrons pas sur ce que nous avons dit au chapitre V; mais nous allons, aux résultats établis dans ce chapitre, joindre ici ceux qui soiil relatifs à la réflexion ou à la transmission de la chaleur polarisée sur ou à travers plusieurs lames diathermanes terminées par des faces parallèles.

Au chapitre XXHI de l'optique, nous avons montré comment, en parlant des formules qui font connaître l'action réfléchissante d'une surface de verre sur des rayons polarisés dans le plan d'incidence ou dans le plan de réflexion, on peut calculer la quantité de lumière transmise ou réfléchie par un noinbre quelconque de glaces à faces parallèles; et, de plus, dans un tra\ail inséré aux Annales (série 3, tome XXX), nous avons prouvé que ces mêmes formules sont applicables au c^s de la réflexion et de la transmis>i()n calorifique. Seulement, comme dans les calculs qui nous avident servi à les établir nous n'avions pas tenu ( oinute de rabsorptit)n , il fallait, dans les e\[)ériences de vérificalion, n'admeltrp (jue des r;i\ i)ns de chaleur capables de traverser sans absorption sensible les lauics de \oviv employées. Ceux qui nous servaient venaient d'une lampe d Argant ; ils avaient traversé des lentilles, des spaths, en un mot, une épaisseur de milieu transparent considérable : aussi n'étaient-ils guère plus absorl)ables à travers le verre que la lumière à laquelle ils étaient

•M POLARlftATIOM DK LA CBALIVR.

joints. Enfin, pour atténuer encore des erreurs qu'à la rigueur on aurait pu néîjliîrer, on prenait { nui terme de compannson, pour unité, non pas 1 intensité des rayons directs, mais la somme des intensités des rayons transmis et réfléchis.

Nous avons surcessi veinent opéré avec des rayons polarisés dans le plan d'incidenco, avec des rayons polarise-^ dans le plan perpendiculaire au plan d'incidence, et avec d^ s rayons naturels. Nous avons opéré sou^ tliverses incidenres, et toujours Texpérience a vérifié les formules établies pages 516 et suiv.

Voici des nombres :