CHAPITRE VII
PYROMÈTRE A RADIATIONS CALOKIFIQUES
Principe. — La quantité de chaleur que reçoit un corps par rayonnement d'un autre corps dépend de certaines conditions relatives à chacun des deux corps, qui sont :
i'^ Leur température ;
2" Leur surface ;
3° Leur distance ;
4" Leur pouvoir émissif et absorbant.
Pour utiliser la radiation calorifique à Tévaluation des températures, on mesure un changement [calorifique produit sur le corps instrument par le corps étudié ; ce changement calorifique est, soit une élévation de température, soit un phénomène résultant, tel qu'une variation de résistance électrique, une force thermoélectrique, etc.
La quantité de chaleur rayonnée est proportionnelle à la surface rayonnante ; elle varie en raison inverse du carré de la distance /.
d étant le diamètre de la surface rayonnante S, E son pouvoir émissif.
Or, -7- est le diamètre apparent de l'objet ; la quantité
EXPERIEyCES DE POLILLET i4i
de chaleur rayoniiée dépend donc de l'angle du cône sous lequel l'objet est vu.
Le pouvoir émissif E est très variable d'un corps à l'autre, et pour un môme corps, variable avec la température. Il serait nécessaire de le déterminer, mais cela est diriicile, souvent impossible, surtout aux températures élevées.
Le coefficient k" est une fonction de la température seule, qui exprime la loi de variation de la radiation avec la température. Cette loi doit être déterminée au préalable. C'est de sa connaissance plus ou moins exacte que dépend toute la précision des résultats. L'exactitude des mesures expérimentales n'a pratiquement, dans l'état actuel, qu'une influence secondaire.
Voyons maintenant quels sont les dispositifs expérimentaux qui ont été employés pour mesurer l'intensité des radiations calorifiques ; ces mesures n'ont eu pour but jusqu'ici que la détermination de la température du soleil, mais elles pourraient servir à d'autres usages.
Expériences de Pouillet. — Antérieurement à Pouillet, Gaspavln avait déjà fait quelques essais ; son appareil se composait d'une sphère creuse de laiton montée sur un pied et noircie ; un thermomètre servait à mesurer l'élévation de température de l'eau contenue dans la sphère. L'avantage de ce dispositif était que l'appareil était toujours orienté convenablement vers le soleil.
Le pyrrhéliomètre de Pouillet est constitué par un calorimètre qui mesure directement la chaleur reçue par rayonnement (fig. 27).
Une boîte d'argent très mince est portée par un tube creux, fendu suivant une génératrice pour laisser voir le thermomètre.
La boite a 100 millimètres de diamètre sur i5 mil-
PYROMÈTRE A RADIATIONS CALORIFIQUES
liniètres de hantciir ; elle contient loo centimètres cubes (reaii. A la partie inférieure du tube se trouve un disque métallique de même diamètre que la boîte, et destiné à orienter l'appareil vers le soleil : il sulfit, en ell'et, que les ombres de la boîte et du disque coïncident exactement j)our que le système soit convenablement orienté. Un bouton permet de faire tourner Tappareil sur lui-même pour agiter Feau. Enfin, un support donne la possibilité de placer le système dans une orientation quelconque.
Pour faire une détermination, on installe l'appareil et on le préserve de Faction du soleil à l'aide d'un écran; on note la marche du thermomètre pendant cinq minutes ; on enlève l'écran et on observe les indications du thermomètre pendant cinq minutes ; on remet l'écran, et on fait une nouvelle lectui-e du thermomètre pendant cinq minutes.
La première et la troisième lecture servent à faire les corrections dues au milieu ambiant. Pouillet a observé ainsi une élévation de i" en cinq minutes.
Dans la détermination de la température du soleil, il fallait tenir compte, bien
Fig. 28.
EXPÉRIENCES DE M. VIOLLE i45
entendu, de la chaleur absorbée par l'atmosphère (elle (îst environ 20 p. 100 de la radiation totale du soleil)^ Pouillet a trouvé ainsi iSco^pour température du soleil.
Expériences de M. Violle. — ÎNI. Violle emploie un (ictinomèlre dont le principe est tout différent de celui (les appareils précédents; on observe l'équilibre stationiiaire d'un thermomètre soumis simidtanément au rayonnement d'une enceinte à température fixe, et à celui du corps chaud considéré (fig. 28).
L'appareil est constitué par deux enveloppes sphériques, concentriques, en laiton, dans lesquelles on peut (établir une circulation d'eau à température constante, ou même substituer la glace à l'eau. L'enveloppe intérieure, de i5o millimètres de diamètre, est noircie intérieurement. Le thermomètre T a un réservoir de forme sphérique dont le diamètre varie de 5 à i5 millimètres ; la surface du réservoir est également noircie. La tige est divisée en i/5 de degré.
Le tube d'admission porte un diaphragme D percé de trous de différents diamètres ; sur le prolongement de (;e tube, se trouve une ouverture fermée par une glace dépolie et légèrement noircie^, qui permet de constater que les rayons solaires tombent bien exactement sur la boule du thermomètre.
L'établissement de l'équilibre de température demande quinze minutes, et les écarts de température observés varient de i5 à 20".
^L Violle a ainsi trouvé, pour la température du soleil, des nombres variant de i 5oo° et 2 000".
Pouillet et M. Violle ont employé la loi du rayonnement de Dulong et Petit :
// = a' Le Ciiatelier. Températures élevées. lo
i46 PYROMÈTRE A RADIATIONS CALORIFIQUES
que leurs auteurs avaient établi par des expériences poussées jusqu'à 3oo°.
La constante a peut être déterminée pour chaque appareil par une expérience unique faite à une température connue. Cette loi, comme nous l'indiquerons plus loin, n'est pas exacte de sorte que, suivant la température employée pour déterminer la constante, on trouve à celle-ci une valeur différente, et par suite aussi des valeurs différentes aux températures calculées en partant de cette loi. C'est là la raison des écarts entre les trois nombres i 3oo, i 5oo et 2 5oo de Pouillet et Violle. Ils correspondent à des déterminations de la constante obtenues au moyen d'expériences préliminaires faites aux températures de 100°, 3oo'' et i Sog".
Le père Secchi en employant la formule de Newton,
q — a (/j — to)
beaucoup plus inexacte encore, a trouvé pour la température du soleil plusieurs millions de degrés.
Expérience de Rosetti. — Un savant italien, RoseUi\ a compris le premier l'importance capitale du choix de la loi admise pour le rayonnement ; il a montré qu'une graduation faite avec une expérience à 3oo° donne pour la température d'un corps chauffé dans la flamme oxhydrique :
46 000 si l'on emploie la loi de Newton. I 100 — — Dulong et Petit.
Or la température dans la flamme oxhydrique est voisine de 2 000°.
Ce physicien a employé une pile thermo-électrique dont la sensibilité peut être changée sans toucher à
EXPERIEXCE DE ROSETTI
réléincnt; dans l'appareil de M. Violle, il faut, au contraire, changer le thermomètre, ce qui rend les expériences difficilement comparables.
La pile (fig. 29) est constituée par 25 lames de bismuth et d'antimoine ; ces lames sont très minces, puisque Tensemble de l'appareil n'a que 5 millimètres de
B~i 2 3 1. s « 7 « ILjLiJ " " '■• '» '• " '• '>»(
rililiTihl I I ['yTlt I i I I I I 4=iH
=af=T|
Fi
côté. Le tout est contenu dans un petit tube de métal
i^ig- 19)-
Pour faire une expérience, on dispose d'abord devant la pile un écran rempli d'eau, que Ton enlève au moment où l'on veut faire une mesure.
Une première graduation faite avec un cube de Leslie en fer rempli de mercure que l'on a chauffé de o" à 3oo° a donné ; les résultats suivants :
Excès de la température du cube Division sur la température ambiante, du galvanomètre. 320,8 10
La loi de Newton et celle de Dulong et Petit ne don-
i48 PYROMÈTRE A RADIATIONS CALORIFIQUES
liant aucune concordance entre les nombres trouvés et les nombres calculés, Rosetti a proposé la formule :
Q = rt T2 fr — 0) — h (T — 0),
T température absolue du corps rayonnant; 9 température ambiante absolue. Cette formule à deux paramètres permet nécessairement de suivre le phénomène de plus près qu'une formule à un seul paramètre.
DKVIATIONS
DKVIATIONS
