DE TEMPÉRATURE

Recherches de MM. de la Protostaye et P, Desains.

§ I . — DÉMONSTRATION DU FAIT DR LA POLARISATION DE LA CHALEUR I*AR ÉMISSION.

PolArÎMtîon de* rayoni émit obliquement par le* oorp*. —

La découverte de la polarisation donnée à la chaleur par la réflexion paraissait avoir apporté dans la théorie de l'équilibre mobile de température des complications et des difficultés que Poisson signale dans ses mémoires et dans son traité de la chaleur, mais sans essayer de les résoudre.

Que l'on considère une enceinte dont tous les points sont à même température, que dans cette enceinte il y ait une surface plane réfléchissante AB (fig. 777), et ne nous préoccupons point d'abord des effets de polarisation découverts |)ar M. Berard ; en d'autres termes, supposons que tous les rayons qui circulent dans l'enceinte soient à l'état naturel. La chaleur qui chemine suivant toutes les droites qu'on peut mener d'un point quelconque de AB à un point quelconque d'une portion A'B' de l'enceinte se compose de rayons e émis Fig. m, par A B et de rayons r réfléchis sur

cette surface. La somme de ces rayons émis et réfléchis compose une pnriie q de la chaleur tolale Q reçue par A' B' et destinée à compenser ses pertes; d'autre part, une partie z de la perte totale Z que A B éprouve par émission est compensée par la portion absorbée du faisceau incident I qui a donné r à la réflexion.

L'équilibre subsistant par suite des échanges que nous indiquons, si ce faisceau incident I venait tout à coup à être polarisé soit partiellement, soit complètement et sans qu'aucune autre

• éUlSK OBLIQUKMBNT. «€•

Iriodification fût apportée d'ailleurs au reste de la chaleur cheminant dans l'enceinte, la quantité r et par suite q se trouveraient changées, et la grandeur des changements subis par ces quantités dépendrait de la direction du plan de polarisation de I. Dans tous les cas, l'équilibre ne saurait subsister. ' •

Nous pensons avoir résolu cette dilliculté en démontrant :

1° Que la chaleur émise dans une direction oblique, par un élément plan, doué de pouvoir réflecteur, est toujours partiellement polarisée dans un plan perpendiculaire à celui de l'émission.

T Que dans une enceinte en équilibre cette polarisation partielle des rayons émis par un é!(>ment quelcontine compense complètement {es effets de polarisation partielle duo à la réflexion sur le même élément, en telle sorte que dans toute direction U ne chemine jamais que de la chaleur naturelle.

M. Arago avait reconnu depuis lonLrfi inp? que la lumière émise par plusieurs corps solides ou liquides incandescents est partiellement polar l^ee dans un plan perpendiculaire à celui de l'émission. Mais il n'avait pas remarqué que la proportion dans laquelle cette lumière est polarisée par émission eût un rapport quelconque a\ec la proportion dans laquelle la lumière est polarisée par réflexion, et de plus ou n'avait jamais cherché à voir si l'émission calorifique est aussi accompagnée de polarisation des rayons émis; on n'avait pas songé non plus aux conséquences qui résultent de cette polarisation touchant la nature des rayons qui cheminent dans les enceintes.

Tl est très-facile do mettre en évidence le fait de la polarisalion de la chaleur par émission. Dans rnne de nos expériences, nous prenions pour source de chaleur une lame de platine, maintenue au rouge par une lampe h alcool à double courante Les rayons otaicni émis sous l'angle de 70^ ils traversaient une . pile de mica inclinée de 35** sur l'axe du f.ii-ceau oE venaient ensuite tomber sur la pile lliei rno^electrique. Les déviations étaient de lorsque le plan de refracLion du mica était parallèle à celui de l'émission, et senloment de 8,3 quand il lui était perpendiculaire. Dans une autre e\{)erience, où la lame était beaucoup moins chauffée et môme complètement mvisible dans Tob- BCurité, nous avons obtenu les déviations 4,5 et 1,5, et, en opérant ensuite avec le platme ])latiné, substance qui polarise moins fortement que le platine métallique, mais qui émet bien davantage, nous avons pu avoir des résultats fort nets entre 330° et 360«.

Nousajouterons que, pour toutes les substances que nous avons essayées, la pola^i^cUlon a disparu quand rémission a eu Ueu dans une direction normale à la surface.

f9â PaLARUAtlûll D£- €fl4I.BllB

Dans ce§ expériences, lorsqu^on veut graduer réehauffemeni de la plaque, il peut être avantageux de la maintenir dans une position horizontale ; mai» le plus souvent, il nous a paru plus commode de maintenir dans une position verticale les lames doDt nous faisions usage. Ces lames étaient carrées, elles avaient 8 centiinèilceB de coté. Gomme les miroirs à l'aide desquets od mesure les pouvoirs réflecteurs (.voy. p. 585), elles pouvaient pivoter autour é'mh axa verticat qui, prokmgé, rencontrait la règle de Tappareil themo-électrique en un point situé au miiieii de 0on épaisseur. On cercle gradué, dont^ le oentpe élait sur cet aie> déflalseatl leur posilkm. Enôa, la source de chaleur était uii éolyptie à jet horhoutal qui, placé derrière la laïaa, la portait lioileoMût au rouge et l*y maioteiiait pendant iin temps asaea long pour qu'on pût faire plusieurs expérienees conaéoutim.

Avec le platine poli nous avons obtenu les résultais consignés dan* le taMeau suivant :

1NCLIMAI-80N . .

di's rayons^ comptée à partir d» la aotoiato à tt !«»«•

PROPO RTION (1« chaU'ur, polari«é« perpendiculairement un jUm éê VétuMlÊta,

Avec le platine platiné sous Tangle de 70^ nous avons trouvé dans le faisceau émis 0,13 seulement de chaleur polni i^^t r { or^ pendiculairement au plan d'émission, et avec le noir de fumcio, sous ce même angle, on n*en trouve plus trace.

. § î. — DKMONSTRATION DU THÉORKME DE LA NCUTUALITK Di: L.V CHALEUR QLl CiiEiliNt: DANS LES ENCEINTES EN ÉQUILIBRE.

Lmome ptéllaiiaAive. Èlvde de U féflasion m te pktiae inôuideMeàt. — Pour arriver à démontrer le théorème fondamental que nous avons en vue d^établir, il ^nt évidemment nppro-

cher (les données du tableau précédent les nombres qui représentent l'intensité de la réflexion qu'éprouvent, sur le platine rouL'P, des faisceaux de chaleur polarisés, soit dans le plan d'incidence, soit dans le plan do rellexion et ayant même coaiposition que ceux qui émanent du platine porté à l'incandescence.

Or, on conçoit qu'il y ait quelque dilïiculté à étudier la réflexion de la chaleur sur des miroirs portés a l' incandescence. I^ous avons donc cherché à diviser le problème.

Nous avons étudié la réÛexion qu'éprouve sur le platine fcoié da la cbaloiir polarisée émise par le platine incandescent.

Puis, nous avoi^, par une autre série d'expériences, démoiw 4ré qu'en passant de la température ordinaire au rouge, noa lames de platine n'éprouvaient pas de modification sensible dans leur action réflécbissajite»

Une forte lampe, un miroir de platine, tantôt froid, tantôt chaud, la pile U^ermo-éleetrique : telles étaient les parties esasn^ tieltes de l'appareil qui noiis a servi dans ces expériences. Quant à leur disposition, il nous a paru utile de phicer hi pile, armée de son eône, à une très-grande distance du miroir. On diminue ainsi beaucoup les chances d'erreur, sans diminuer beaucoup l'action de la kmpe, pourvu qu'on ait soin de placer derrière elle un réflecteur métallique, et devant elle une lentille qui dîri^ presque lous les rayons dans l'ouverture de te pile.

En conservant toujours aux difierentes pièces de l'appareil les mêmes positions retativea^ on observe les déviations piôduites ;. ' 4« Par les rayons réfléchis sur le platine froid;

Par la cbaleur qu*émel le miroir incandescent; ' 8^ -Par l'ensemble du faisceau émis par le platine rouge et de celui qui se trouve réfléchi à sa surface.

La dernière déviation doit être égale à la somme des deux premières si le pouvoir réflecteur du platine ne change pas avec la température; elle doit être plus grande ou plus petite, s'il «Qgmente ou s'il diminue.

' Or, de ces deux alternatives c*e8t la première qui se réalise : les écarts sont tantôt en plus et tantôt en moins. Ils ne présen* lent absolument aucune régularité, et, dans nos expériences*, ils 4>nt été presque toujours inférieurs à la vingt-troisième partie de Ja déviation due à la réflMÏon sur le platine froid.

Goaiéqucmwt du lemme préoédMit. Cm» Im ehalmt, — •il est donc bien établi que la réflexion sur le platine cbaud se •hii en même proportion que sur le platine froid.

Or, les expériences par lesquelles nous avons étudié -cette der- -nièi:e prouvent que sous l'angle de 10" la chaleur émise par le

platine rouge se réfléchit ?ur le platine Hoiii dans la proportion de 0,94 quand elle est polarisée dans le plan de réfle\ion. el dans la proportion de 0,66 quand elle est polarisée dans lo plan perpendiculaire, d'où l'on conclut que le rayon rellt^ctii provenant

d'un rayon naturel coatieot une proportion de chaleur polarisée

dans le plan dMncîdence égale à — — = 0,I75.

Ceci posé, considérons une enceinte fermée de platine incandescent et dont tous les points soient à même température; le pinceau qui dans cette enceinte se dirige d'un élément à l'autre 80US une inclinaison déterminée est formé d'une portion émise et d'une portion réfléchie. Ces portions sont entre elles comme les pouvoifft^éMlssifs et réflecteurs du platine. Sous l'incidence de 70"*, le rapport est celui de 20 à 80. Le faisceau réfléchi égal à 80 renferme donc 80 X 0,4 75 44 rayons polarisés dans le plan de réflexion; mais d'après le tableau de la page 670 il doit contenir S0x0,70a»u rayons polarisés perpendiculairement an plan de réfleiion.^

L'égalité de ces nombres 80 X 0,475 et 20x0,70 étabiii l'exactitude de notre proposition.

Cm de U Inaniére. Cette proposition est im fait général, et il résulte de nos études sur l'émission lumineuse qu'elle s'applique aussi bien aaz radiations optiques qn'auK radiations cala* rifiques.

La marche qoe nous avons suivie poir> le prouver est toute semblable à celle que nous venons de dévdopper; d'abord, nous avons, tantôt avec une pile de glaces^ tantôt avec une pile de mica, étudié la composition de la lumière émise obliquement par une lame de platine incandescenle,- et nous avons reconnu que sous les angles d'émission 70*, 60<» et 60^ les faisceaux lu« mineux ëmis contiennent respectivement 0,45, 0,32 et 0,26S de lumière polarisée.

D'autre part, nous avons étudié, dans tous ces cas, le pou* voir réOecteur du platine pour la, lumière, et nous avons trouvé:

- 4^ Que sous l'angle 70* le pouvoir réflecteur du- ptotine pour la lumière d'une lampe est 0,60, d'où résulte que sur 400 rayons qui cheminent dans uneenceinto de phitine incandescent, 00 sont réfléchis et 40 ^is; -

^ Que sous l'angle 70* les premiers contiennent 0,30 de lumière polarisée parallèlement à l'incidence, ou bien une quantité absolue de cette lumière égale à 60 X 0,30 «» 48. Les seconds contiennent 0,45 de lumière polarisée pcrpen*