S IV. MESURE DES POUVOIRS ÉMISSIF ET RÉFLECTEUR DES CORPS

B^ Taus les corps, quelle que soit leur température, émettejit ^Plp rayonnent de la chaleur. Nous avons décrit les expériences I prouvant que celte émission a lieu pour la chaleur obscure, ■ comme pour la chaleur lumineuse. Si donc deux ou jdusieurs r ^^ se trouvent en présence, ils rayonneront mutuellement

510 LIVRE lY. — LA CHALEUR.

les uns vers les autres , et nous savons que la chaleur, reçue ainsi par chacun d'eux, sera en partie réfléchie ou diffusée, en partie transmise à travers sa substance, en partie enfin absorbée. C'est celte dernière partie seule de la chaleur tombée à la surface du corps qui, se propageant de molécule à molécule, ou par conductibilité , a une influence sur sa température.

Quand les corps en présence et renfermés dans une enceinte, sont à des températures inégales, l'expérience montre que les plus chauds se refroidissent peu à peu, tandis que les autres s'échauffent. Au bout d'un certain temps, l'équilibre de température s'établit, ce qui prouve, ou bien qu^à partir de ce moment, l'échange de chaleur cesse, ou bien que cet échange se fait avec une exacte compensation entre les pertes et les gains subis par chacun d'eux : les quantités de chaleur absorbée et de chaleur rayonnée sont alors égales entre elles. C'est cette dernière hypothèse qui est généralement admise : on l'exprime en disant que le pouvoir absorbant et le pourvoir émissif ou rayonnant d'un même corps sont égaux entre eux. Du reste, l'hypothèse a été vérifiée par l'expérience, pour des températures qui ne dépassent pas 300^

La température d'une source de chaleur influe sur la rapidité plus ou moins grande avec laquelle elle se refroidit pai le rayonnement. En général, plus cette température est élevée plus l'émission est considérable, toutes les autres circonstances restant les mêmes. Ce résultat se vérifie, que la source de chaleur soit enfermée dans un espace vide , ou dans une enceinte remplie d'un gaz, pourvu que sa température soit supérieure à celle des parois de l'enceinte, la vitesse du refroidissement étant d'ailleurs d'autant plus grande que Fexcès d( température est plus grand lui-même.

Le pouvoir émissif dépend aussi de la nature de la surface par laquelle s'effectue le rayonnement. Leslie a démontré cette inégalité du pouvoir émissif des différents corps de la manière suivante. Il prenait pour sources de chaleur des cubes creux.

RAYONNEMENT DE LA CHALEUR

doul les faces latérales étaient formées des siibstaoces dont il voulait comparer les pouvoirs émissifs, puis, il les reraplissalt d'eau bouillante, dont la température de UHf était enti^etenue par la chaleur d'une lampe à alcool, Cha(iue face du cube A était tournée successivement vers rouverture d'un miroir conive M, au foyer a duquel était placée Tune des boules de son thermomètre différentiel. Pour limiter le faisceau de chaleur qui tombait sur le miroir, Leslie plaçait deux écrans B, C, percés de lai*ges ouvertures selon Taxe commun du miroir et du cube, ainsi que le montre la Ggure 310* L'action du faisceau

FIf. 310. » ll#sore d«s pouroirs émissifs des corps, Expérience du cube de Leilie.

rayonuant déterminait une différence de niveau dans les deux branches du thermomètre différentiel , qui devenait stalionnaire au bout de quelques instants. En opérant de la même lière avec les divei'ses faces de ses cubes, Leslie prouva Ipie la nature de la surface rayonnante influe considérablement sur le pouvoir émissif ; et, comme on démontre que les pouvoirs émissifs de deux corps sont proportionnels aux excès de température des deux boules de l'appareil , il put former un tableau comparatif de leurs valeurs, pour une même température des sources.

Depnis Leslie, on a mesuré de nouveau , à Taidc d'autres appareils, les pouvoirs rayonnants d*un grand nombre de C4>r|»s,

et l'on a trouvé, comme lui, que le noir de fumée et le blanc dé céruse sont les deux substances qui possèdent la plus grande intensité rayonnante. En représentant par 100 le pouvoir émissif de ces deux corps, on trouve pour les pouvoirs émissifs des substances suivantes, à la température de 100^ :

Noir de fumée .... KO Acier 17

Blanc de céruse. . . 100 Platine 17

Papier 98 Laiton poli 7

Verre 90 Cuivre rouge 7

Encre de chine 85 Or poli 3

Gomme laque 72 Argent poli 3

Ce sont les métaux qui ont, comme on voit, le plus faible pouvoir émissif. On croyait que les corps de couleur claire rayonnent moins que ceux de couleur sombre ou foncée. Mais le tableau qui précède dément cette opinion : la céruse dont la couleur est blanche rayonne autant que le noir de fumée. Le plus ou moins de poli de la surface d'un même corps, par exemple d'un métal, influe sur son pouvoir rayonnant : s'il s'agit d'une plaque écroule ou laminée, en la rayant, on augmente son pouvoir; on le diminue, au contraire, si la plaque est de métal fondu, ce qui fait supposer que le pouvoir émissif est en raison inverse de la densité de la couche superficielle.

Les résultats qui précèdent rendent compte d.'un fait que chacun peut vérifier aisément; c'est que les vases en métal poli, surtout les vases en argent, conservent longtemps la chaleur des liquides qu'ils contiennent; mais si leur surface est mate, et surtout si elle est recouverte de noir de fumée, le rayonnement devient, au contraire, très-intense, et le refroidissement du liquide qui s'y trouve contenu se fait avec rapidité.

Du pouvoir rayonnant des corps, passons à l'étude de leur pouvoir réflecteur.

Remarquons d'abord que, s'il s'agit d'un corps qui n'est pas transparent pour la chaleur, ou qui est athermane^ sur 100 rayons de chaleur tombant à sa surface, un certain nombre 20,

RAYONNEMENT DE LA CHALEUR

je suppose, seront absorbés; tous les autres, au nombre de 80, serout réfléchis. Le poinmr absorbant est doue complémentaire du pouvoir réflecteur. Or, comme le pouvoii* absorbant est lui même égal au pouvoir émissif, on pourrait trouver par un calcul fort simple, les pouvoirs réflecteurs des corps, sans recourir à rexpérience.Mais il ne faut pas oublier que c'est Texpérience elle-même qui a conduit au raisonnement qui précède, et, en physique, il est toujours plus instnictif de procéder j>ar la marche expérimentale, pour lexposition des faits comme pour la vérificatiou des lois.

Leslie a comparé les pouvoirs réflecteurs des diverses substances, en modiflant Tappareil qui lui avait servi pour les pouvoirs éraissifs. Mais ici nous donnerons de préférence la description de lappareil employé par Melloni, lequel permet d'ailleurs un grand nombre d'autres recherches sur la chaleur. Toicî en quoi consiste cet appareil.

On réunit, en les soudant par leurs extrémités, une série de barreaux de deux métaux difl'éi<eals, de bismuth et d antimoine par exemple, B, A,... et on les replie de façon à mettre toutes les soudures paires d'un côté et toutes les soudures impaîres de Taulre, ainsi que le nonira la figure 311. Les deux barreaux extrêmes de la série, Tun de bismuth, l'autre d*antimoine, étant reliés par un 01 métallique, on a formé ce qu*0Q nomme une pile tliermo-électriqne. Toutes les fois qu'il existe cotre les soudures paires et les soudures impaires une diffé- «ence de température, un courant électrique circule suit dans un sens, soîl dans i*autre, mais en marchant toujours du bis^ muth à ranlimoine par la soudure qui est à la température la f bs éleirée. On réunit ordinairement en un paquet, auquel on donne la forme d'un prisme rectangle, un certain nombre d*élé«

éQls semblables^ de manière à mettre k découvert les deux

-c€ e r^r^ * ^carrr

BÂ SA BA 8A Pif. 311» — Éléjsemi ie li |»lle thcrmo*

faces, formées l*unc par les soudures paires^rautre par les souJ dures impaires, J

Toutes les fois qu'on échauffera Tune ou l'autre des faces de la pile par une radiation calorifuiue, le courant sera engendrés il reste k dire comment sou existence pourra être couslatée* Les deux Gis du circuiL vont s'enrouler autour du cadre d'un galvauomèlrej appareil dont ou trouvera la description dans le livre V consacré à FÉlectricité, el le courant agira sur raiguille

Fig. 312, — Pile thcrmo -électrique pour l étude de^ phénoDiànes de la. cliâleur^

aimantée, en la déviant soit dans un sens soit dans Fautre suivant le sens du courant. On peut donc lire, sur le cadran di galvanomètre, la grandeur de la déviation, et juger ainsi di rintensilé du courant et, pai^ suite, de la diflerence de le m rature des deux faces de la pile.

La pile thermo-électrique, ainsi constituée (fig, 3 12), est m instrument d'une grande sensibilité : il sullit de touclier di doigt Tune des faces, ou d'y envoyer par insufflation une bouffé" d'air chaud, pour queraiguUle du galvanomètre soit fortemeu déviée. En touchant la même face avec un corps froid, la dé-

RAYONNEMENT DE LA CHALEUR

Slfc

Tiation a lieu en sens contraire. Voyons maintenant comment Melloni s'est servi de la jiile thermo-électrique pour mesurer le pourvoir réflecteur de différents corps.

En A (fig. 3 1 3) se trouve disposée un lampe dite de Locatelli, qui est une source calorifique d'intensité constante* B et C sont deux écrans» Tun entièrement opaque, l'autre percé d'une ouverture ou diaphragme, et laissant passer, quand l'écran B est abaissé, le faisceau de chaleur émané de la lampe. Sur lesup» porl D est placée une plaque de la substance réfléchissante à ètucUer. EnBn en E se trouve la pile thermo- électrique, mobile

l^g- 313* -> Appareil eoipiayé jat Mellooi pour i

dcscorp««

> le« pouTQîri rèOtetau»

sur une règle HH*; cette règle peut elle-même se mouvoir autour du point H, de sorte qu'on peut placer les faces de la pile sur la direction du faisceau calorifique réfléchi. Avant de placer la plaque sur son support^ ou commence par faire tourner la règle autour du point H, et à Tamener dans le prolongement de la règle qui supporte les pièces ABC. On abaisse l'écran B, et Ton mesure la déviation de l'aiguille du galvanomètre, ce qui donne l'intensité d'un faisceau de chaleur rayonnant directement de la lampe sur la pile, à une distance égide à la somme des longueurs des règles. Cette première mesure eflecluée, on en fait une seconde, qui donne Tinlenrilé du faisceau réfléchi. Pour cela, on dispose les diverses

parties de Tappareil, comme elles sont dans la figore, 1< plaque réfléchissante étant sur son support, et la pile étan préservée du rayonnement direct par un large écran. Ei abaissant l'écran B, le faisceau émané de la source tombe sui la plaque, s'y réfléchit, et vient frapper la face de la pile après avoir parcouru la même distance que le faisceau direc dans la première opération. L^aiguille du galvanomètre es déviée d'une certaine quantité, et c'est le rapport des deu: déviations qui donne le pouvoir réflecteur de la substance.

MM. La Provostaye et Desains, reprenant les recherche de Melloni, et opérant sur un grand nombre de corps, ont me sure leurs pouvoirs réflecteurs sous diverses incidences, ei faisant varier la nature de la source de chaleur. Ils ont re connu que, pour un même corps, le pouvoir réfléchissant rest à peu près constant depuis l'incidence normale jusqu'à un incidence de 30°; ensuite il augmente avec rapidité, à mesur qu'augmente l'angle d'incidence. Le pouvoir réflecteur de métaux reste à peu près constant pour chacun d'eux, quell que soit la manière dont leur surface a été travaillée, si d'ail leurs le degré de poli ne change pas. En représentant par 10 l'intensité du faisceau de chaleur incident, celle du faisceau Té fléchi est donnée par les nombres suivants, qui sont relatifs une incidence de 50® :

Pouvoirs réflecteurs. Pouvoirs rayonnants.

Argent poli 97 3

Or 95 3

Cuivre rouge 93 7

Laiton poli 93 7

Platine 83 17

Acier 83 17

Verre 10 90

Noir de fumée 0 100

En comparant ces nombres à ceux qui mesurent les pouvoi] rayonnants ou émissifs des mêmes substances, reproduits dai la seconde colonne, on vérifie ce que nous avons dit plus hau à savoir que les pouvoirs rayonnants et absorbants d'un mên

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corps doivent être égaux ; car le pouvoir rayonnant est eom* jilémentaire du pouvoir réflecteur, tout comme le pouvoir absorbant, du moins pour les corps qui ne laissent pas passer de chaleur rayonnante, et en faisant abstraction de la chaleur diffusée. Les métaux polis sont les corps q\û sont doués du plus ^and pouvoir réfléchissant ; quand leur surface est mate ou rayée, les rayons de chaleiu* sont renvoyés dans toutes les dipcclions, et la proportion de la chaleur régulièrement réfléchie diminue considérablement, en même temps qu'augmente la proportion de chaleur difl^use. M y a là un phénomène analogue à celui qu'on observe dans les mêmes circonstances pour les rayons de lumière.

Leslie et Melloni ont aussi comparé, à Faide des deux appareils décrits plus haut, les pouvoirs absorbants des corps, c'esl-H-dire la proportion de la chaleur émanée d'une source constante qui traverse leur surface et sert à élever leur température. Ils ont trouvé que, sous ce rapport. Tordre de classiGcaliou des diverses substances est le même que si on les range suivant leurs pouvoirs émissifs, résultat qui confirme, dans une certaine mesure, l'égalité de ces deux pouvoirs prévue par le raisonnement dans le cas de l'équilibre de température.

Uinlluence de la couleur sur l'absorption des radiations calorifiques avait été mise en évidence par des expériences de Franklin. Cet illustre physicien, posant sur la neige des morceaux d'étoffes de diverses couleurs, les laissa un certain temps expOîMÎs à la chaleur solaire. Ces fragments, en absorbaiil les rayons de chaleur, s'échauffèrent, fondirent la neige au-dessous d*eux, et senfoncèi'ent ainsi a des profondeurs diverses, d'autant plus grandes que leur couleur était plus Iblieée* On avait cm pouvoir conclure de ce résultat que les eorps de couleurs claires sont les plus mauvais absorbanlft, et les corps de couleurs noires ou foncées les meilleurs absorbants, et cela justifiait une fois de plus ndentilé supposée des

5ia: . LIVRE lY. — LA CHALEUR.

rayons de lumière et des rayons de chaleur. Mais Tyndall a fait voir récemment que cette conclusion n^est pas entièrement rigoureuse. Il faut, suivant ce physicien, tenir compte de la nature de la source de chaleur, les rayons de chaleur obscure ne se comportant pas de la même façon que les rayons de chaleur lumineuse. Il faut aussi mettre en ligne de compte le pouvoir diathermane des substances. C'est ainsi qu'ayant saupoudré deux cartes, Tune de poudre blanche d*alun, l'autre de poudre noire d'iode, et les ayant exposées au feu Tune et Tautre, il trouva que la carte iodée s'échauffait à peine, tandis que la carte alunée était devenue extrêmement chaude : il explique cette différence par la propriété diathermique que l'iode possède à un haut degré ; la chaleur rayon nante pénètre dans la poudre, se réfléchit sur les surfaces limites des molécules, sans être absorbée par elles. C'est ainsi encore qu'un fragment de phosphore amorphe, presque noir, placé au foyer de la lumière électrique, ne put s'enflammer, tandis que le même foyer portait presque instantanément le platine à la chaleur blanche. Tyndall attribue cet effet curieux à la diathermancie du phosphore.