CHAPITRE XI

CHALEUR RAYONNANTE

Les changements de température qu'éprouvent les corps prouvent qu'ils peuvent donner ou recevoir de la chaleur; cette communication du calorique se fait, soit à distance, soit au contact.

Conductibilité.— L'expérience de tous les jours démontre à l'évidence la transmission de la chaleur d'un point à un autre de la masse d'un même corps. Tout le monde sait que lorsqu'on met une barre de fer en contact, par une de ses extrémités, avec un foyer de chaleur un peu intense, l'autre extrémité s'échauffe rapidement, à tel point que la main ne peut bientôt plus la tenir. De plus,Ja sensation de chaleur éprouvée par la main prouve la communication de la chaleur du fer à la main elle-même. Cette propriété que possèdent des corps de transmettre ainsi la chaleur s'appelle conductibilité : conductibilité intérieure, tant que l'on considère la chaleur dans l'intérieur d'un même corps ; conductibilité extérieure, quand on considère son passage d'un corps à un autre.

On sait aussi que tous les corps sont loin d'être doués au même point de la conductibilité; que, tandis que la barre de fer dont nous parlions tout, à l'heure s'échauffe rapidement d'une extrémité à l'autre, un tube de verre peut être amené en un de ses points à une température assez élevée pour qu'il se ramollisse, sans que pour cela les doigts qui tiennent le verre, à 2 ou 3 centimètres de la partie échauffée au rouge, éprouvent de sensation de chaleur bien marquée. Voici à peu près l'ordre dans lequel les physiciens rangent les corps solides relativement à la conductibilité intérieure : or, platine, argent, cuivre, fer, zinc, étain, plomb, marbre, cristal de roche, verre, porcelaine, poterie, bois, etc.

Les liquides sont généralement très-mauvais conducteurs, sauf le mercure qui fait exception par sa nature métallique. Leur échauffement rapide, quand le foyer agit sur la partie inférieure du vase qui les renferme, est surtout dû aux mouvements qui s'opèrent dans la masse par suite des changements

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de densité qu'amène l'action de la chaleur. Nous en avons déjà dit quelques mots à propos du maximum de densité de l'eau. Si on les chauffait par la partie supérieure, ces mouvements ne pourraient plus avoir lieu, et dès lors la communication de la chaleur serait très-lente.

Il en est de même pour les gaz ; cependant ils s'échauffent plus facilement encore peut-être que les liquides, d'abord parce que la mobilité de leurs parties est plus grande, et ensuite parce que la chaleur amène dans la masse, indépendamment des changements de densité, des différences d'élasticité qui hâtent le mélange. Mais si l'on emprisonne la masse gazeuse dans des espaces étroits qui, en multipliant les frottements, rendent les mouvements difficiles, alors.la communication de la chaleur est à peu près nulle. C'est ce qui explique l'emploi des vêtements pour préserver le corps des changements de température de l'air extérieur, et le maintenir dans un état à peu près constant.

Rayonnement. — La transmission de la chaleur à distance n'est pas aussi évidente que la transmission par contact; nous voyons -bien un thermomètre, placé à 1 mètre d'un foyer de chaleur, monter de plusieurs degrés, mais on pourrait objecter que l'air qui sépare le foyer de l'instrument sert de véhicule à la chaleur. Une expérience directe de Rumford va nous prouver que la chaleur se transmet même à travers le vide.

On prend un ballon de verre dont le col ait environ 80 centimètres de longueur; on soude au fond la tige d'un petit thermomètre, de telle sorte que le réservoir occupe à peu près le centre du ballon ; on remplit alors le ballon et le col de mercure, comme si l'on voulait faire un baromètre, et l'on plonge l'extrémité du tube dans un verre plein de mercure; le vide le plus parfait que Ton connaisse se trouve ainsi fait dans le ballon. Si l'on présente alors un boulet chauffé au rouge à 1 mètre de l'appareil ainsi établi, on voit le thermomètre monter instantanément. Cette instantanéité prouve bien que le verre du ballon et de la tige du thermomètre, dont la conductibilité est si faible, n'a été pour rien dans la transmission de la chaleur, et que cette chaleur a traversé l'espace vide qui sépare le mercure des parois.

Cette propagation de la chaleur se fait en ligne droite et dans toutes les directions autour du corps chaud. Pour le démontrer, on prend deux écrans en carton, percés chacun d'un trou de 1 centimètre de diamètre; on tend une corde passant

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par les deux trous, de manière à fixer la position de deux points A et B situés sur la droite qui passe par ces deux trous, l'un à la droite des deux écrans, l'autre à la gauche. Si Ton place alors un thermomètre en A et ensuite un corps chaud en B, on voit le thermomètre monter instantanément; si l'on refait l'expérience en plaçant le thermomètre en dehors de la ligne AB, le mercure reste stationnaire.

On a donné alors le nom de rayonnement à ce mode de transmission de la chaleur, et l'on a appelé rayon la route rectiligne que suit la chaleur pour aller d'an centre calorique à un point donné de l'espace; seulement il est bien évident que quand nous parlons des propriétés calorifiques des rayons, nous ne les appliquons pas au rayon ainsi défini géométriquement, mais à la chaleur qui se transmet suivant sa direction.

Si nous supposons un corps chaud placé au centre d'une sphère creuse de 1 mètre de rayon, sa surface S recevra, dans l'unité de temps, une certaine somme de chaleur Q, et chaque unité de surface étant dans les mêmes conditions par rapport

au corps chaud, recevra la quantité de chaleur g. Supposons

maintenant que la sphère ait un rayon double : sa surface deviendra, comme on le sait, 4 fois plus grande ou 4S; la somme de chaleur reçue dans chaque unité de temps sera pourtant toujours Q. Chaque unité de surface ne recevra donc plus que

~g, ou une quantité de chaleur 4 fois plus petite. C'est ce

qu'exprime cette loi importante : la quantité de chaleur reçue normalement par une môme étendue de surface placée à différentes distances d'une même source de chaleur, est en raison inverse du carré de la distance.

L'expérience montre en outre que, à distance égale, la quantité de chaleur reçue varierait avec l'obliquité des rayons sur la surface, et qu'elle serait d'autant moindre que l'incidence serait plus oblique.

Appareils thermoscopiqneg. — Pour comparer entre elles les intensités des faisceaux de rayons calorifiques, on fait usage d'instruments appelés thermoscopes ou thermomètres différentiels. Il en existe de plusieurs espèces ; nous nous borne- . rons à décrire le plus simple, le thermomètre différentiel de Leslie, et nous renverrons aux traités de physique plus complets pour connaître le thermoscope ou thermo multiplicateur de Melloni, appareil préférable de beaucoup à celui de Leslie,

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mais dont le principe est plus difficile à comprendre, et qui repose sur l'emploi des courants électriques, dont nous n'avons point encore fait l'étude.

Avant de décrire cet instrument et l'usage que l'on en peut faire pour la mesure des quantités de chaleur, posons d'abord quelques définitions indispensables.

Vitesse de refroidissement. Loi de Newton. — Si , dans une enceinte assez vaste pour qu'on puisse admettre que, dans un temps donné, sa température ne changera pas sensiblement, on introduit un thermomètre chauffé à l'avance à une température notablement supérieure a celle de l'enceinte, on constate, en observant sa marche descendante, que sa température ne s'abaisse pas d'une manière uniforme, c'est-à-dire que pour des intervalles de temps égaux, successifs, elle ne descend pas du même nombre de degrés; en un mot, sa vitesse de refroidissement est variable. Pour se faire une idée nette de la vitesse de refroidissement, à un moment donné, il faut alors, procédant à peu près comme nous l'avons fait quand il s'agissait de la vitesse acquise dans le mouvement varié, supposer qu'une cause extérieure quelconque vienne, à partir du moment en question, restituer au corps la chaleur au fur et à mesure qu'il la perd. De celte manière, sa température se maintiendra constante en présence de l'enceinte, aussi à température constante. Dès lors il perdra, dans chaque unité de temps, la môme quantité de chaleur, et cette quantité de chaleur perdue mesurera sa vitesse de refroidissement en ce moment.

Or, Newton a établi, sans le démontrer, il est vrai, que, dans ces conditions, les quantités de chaleur que perd un même corps sont proportionnelles à l'excès de sa température sur celle du milieu ambiant. L'expérience n'a pas complètement vérifié cette loi; elle a seulement montré qu'on pouvait la considérer comme suffisamment exacte, quand l'excès de température ne dépassait pas une vingtaine de degrés. — Dans ces limites, nous serons en droit de recourir à cette loi pour la mesure des quantités de chaleur.

Thermomètre différentiel. — Le thermomètre différentiel (ûg. 112) se compose d'un tube calibré, recourbé deux fois à angle droit, présentant ainsi deux branches verticales d'égale longueur et une branche horizontale plus courte. Au sommet des branches verticales sont soufflées deux boules d'égal diamètre. Le tube contient une colonne d'acide sulfurique (huile de vitriol), coloré en rouge. Cette colonne. occupe toute la bran-

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che horizontale et à peu près moitié des tiges verticales Par un balancement analogue à celui qu'on fait subir au tube

de Mariote, on fait en sorte que les niveaux soient sur un même plan horizontal. On marque alors zéro au point commun d'affleurement, ce qui indique , non point la température zéro, mais une différence de température nulle entre les deux boules. On enveloppe alors Tune des deux boules de glace, et l'on chauffe l'autre à 10°. L'air , en s'échauffant dans cette boule, refoule le liquide qui baisse de ce coté et monte de l'autre de la même quantité , le tube étant partout d'égal diamètre Oh marque 10 au point d'afûeurement et l'on divise l'intervalle de 0 à 10 en 10 parties égales; puis l'on poursuit la division au delà. L'instrument est dès lors propre à mesurer des différences de température. En effet, les boules ayant un diamètre beaucoup plus grand que celui des tubes, les déplacements du niveau liquide ne produisent pas de changements sensibles dans le volume des deux masses d'air égales. — Dès lors il n'y a, par le fait du changement de température, que les élasticités qui changent. Or, nous avons dit que la force élastique d'une masse d'air dont le volume est invariable croît comme croîtrait le volume si la dilatation était libre; il en résulte que l'accroissement de la force élastique est proportionnel à l'accroissement de la température, ou bien que les différences des forces élastiques de deux masses d'air égales, renfermées sous des volumes invariables, sont proportionnelles à leurs différences de température. Mais les différences de force élastique sont mesurées sur l'instrument par les différences de niveau; donc aussi ces différences de niveau mesurent les différences de température des boules.

Voici maintenant comment on peut, à l'aide de cet instrument, comparer entre elles les intensités. On soumet l'une des boules à l'action d'une source constante de chaleur, ayant soin de préserver l'autre boule par un écran, de manière qu'elle garde la température du milieu ambiant. Comme la boule n'offre qu'une trèspetite surface, et ne peut recevoir qu'un faisceau calorifique de petite étendue, on la place au foyer d'un miroir concave réflecteur, de manière à concentrer sur la boule tout le faisceau qui tombe sur la surface de ce miroir (nous verrons, en effet, tout

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à l'heure , que la chaleur se réfléchit comme la lumière et suivant les mêmes lois). Dans ces conditions, la boule qui reçoit ces rayons, et que nous appellerons, pour abréger, la boule focale, s'échauffe progressivement, ce qu'atteste le déplacement graduel des niveaux. Au fur et à mesure qu'elle s'échauffe, elle perd de la chaleur par le rayonnement vers le milieu ambiant ; et elle en perd d'autant plus que l'excès de sa température sur celle de ce milieu est plus considérable ; tandis que la quantité de chaleur qu'elle reçoit du foyer est toujours la même. Il doit alors nécessairement arriver un moment où il y aura égalité entre la quantité de chaleur gagnée et Ja quantité de chaleur perdue dans le même temps, et ce qui mesurera l'une mesurera aussi l'autre. Mais lorsqu'on sera arçivéàce moment où la différence de température des boule* est devenue fixe, et où par conséquent les niveaux sont stationnâmes , on se trouve justement dans les conditions où le principe de Newton est applicable ; car la vitesse de refroidissement est devenue constante, et l'on peut toujours faire en sorte, par un éloignement convenable de la source au thermoscope , que la différence de température soit dans les limites voulues. Dès lors la quantité de chaleur perdue dans l'unité de temps par la boule focale est proportionnelle à l'excès de sa température sur celle du milieu ambiant , ou à la différence de température des deux boules, mesurée par l'instrument. Donc aussi la quantité de chaleur apportée par le faisceau calorifique dans l'unité de temps , quantité qui mesure évidemment son intensité , est proportionnelle à la différence des niveaux indiquée par le thermoscope.

Nous sommes donc en mesure actuellement de constater et de comparer les effets produits par le rayonnement.

Nous pouvons envisager la chaleur rayonnée à deux points de vue : par rapport au corps qui l'envoie , et par rapport au corps qui la reçoit.

Pouvoirs rayonnants. — Il s'en faut de beaucoup que tous les corps pris à une même température fixe agissent de la même manière, dans les mêmes circonstances, sur le thermoscope. Il est facile de se convaincre , à l'aide de cet instrument, que les corps émettent dans le même temps des quantités de chaleur très-différentes, ce que l'on exprime en disant qu'ils ont des pouvoirs rayonnants plus ou moins grands.

En prenant pour unité l'intensité du faisceau calorifique envoyé par l'un de ces corps vers le thermoscope, dans certaines conditions données de température et de position , nous lui

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comparerons les intensités des faisceaux envoyés par les autres corps placés dans des conditions identiques et les nombres qui mesureront les rapports de ces intensités exprimeront par cela même les pouvoirs rayonnants relatifs, au moins pour les circonstances de température de l'expérience, car il peut se faire que les rapports ne soient pas les mêmes pour toute température.

Ceci compris, voici comment on dispose les choses pour procéder à cette mesure : On prend pour source de chaleur un cube À, creux, dont les quatre faces latérales sont formées dequatre substances solides différentes, par exemple, fer-blanc , cuivre, argent, zinc (ûg. 113). Le cube est rempli d'eau et porte un thermomètre a. Il est disposé sur un support cylindrique B , dans l'intérieur duquel est logée une lampe à alcool C, destinée ■

Fig. 113,

à maintenir l'eau à l'ébullition. On a donc ainsi quatre lames métalliques , d'égale surface , à égaie température. On tourne l'une des faces vers le miroir réflecteur de l'appareil décrit plus haut, de telle sorte que la droite qui va du centre de la face au milieu du miroir soit perpendiculaire à la face et passe par le foyer du miroir. On peut limiter l'étendue du faisceau calorifique au moyen de deux écrans, percés de trous d'égal diamètre, de manière à avoir un faisceau de rayons parallèles. La boule focale du thermomètre différentiel est recouverte de noir de fumée, pour que la chaleur qu'elle reçoit du miroir par réflexion ne la traverse pas sans l'échauffer, et on la place au foyer de ce miroir. Un écran opaque préserve la seconde boule de tout rayonnement calorifique venant de l'appareil. On attend

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que le thermomètre différentiel soit devenu stationnaire , et l'on note son indication ; on fait alors tourner le cube de manière à substituer la seconde face à la première, et Ton recommence l'expérience dans ces conditions ; puis on substitue la 3* face; puis la k\ Les nombres obtenus donnent, comme nous l'avons dit plus haut , les pouvoirs rayonnants relatifs. — On peut maintenant appliquer sur les faces du cube des lames d'autres substances, ou des couches de noir de fumée, de vernis, de corps gras, etc., et l'on aura ainsi facilement les pouvoirs rayonnants des corps. Il est vrai qu'on peut se demander si une plaque de fer-blanc, recouverte* de noir de fumée, rayonne comme une plaque de noir de fumée tout seul. Mais Leslie , à qui l'on doit cette méthode expérimentale , s'est assuré par l'expérience que lorsque la couche superposée atteint une certaine épaisseur, toujours très-petite , l'indication du thermoscope demeure ensuite invariable, quel que soit l'accroissement donné à cette épaisseur, quelle que soit aussi la nature de la substance sur laquelle est appliquée la couche ; il en résulte que le pouvoir rayonnant ne dépend que de l'état de la couche superficielle et que par conséquent une plaque de fer blanc recouverte d'une couche suffisamment épaisse de noir de fumée ou de vernis, donne le pouvoir rayonnant du noir de fumée ou du vernis. Le noir de fumée est de tous les corps celui qui a le pouvoir rayonnant le plus grand. Si on le représente par 100, les autres pouvoirs seront mesurés par les nombres suivants :

Noir de fumée

Céruse (carbonate de plomb)

Papier

Verre

Encre de Chine

Feuille d'argent sur verre. . .

Fonte et fer en moyenne

Acier poli

Platine en lames

Métal des miroirs

Étain, cuivre verni

Laiton fondu

Laiton battu poli

Cuivre rouge non verni

Or plaqué

Or sur acier poli

Argent battu poli

CHALEUR RAYONNANTE

On voit sur le tableau quelle énorme différence il y a entre le pouvoir rayonnant des métaux et celui des corps non métalliques. On peut aussi remarquer l'influence qu'exerce pour les métaux l'état de la surface; pour les métaux qui ont subi des actions mécaniques telles que le battage , le laminage, le pouvoir rayonnant augmente quand la surface est striée; le contraire a généralement lieu pour les métaux fondus. Quant aux corps non métalliques, marbre, pierre , qui ne sont point susceptibles de s'écrouer par la pression, c'est-à-dire d'éprouver comme les métaux un tassement dans les couches superflcielles, ce poli, plus ou moins grand de la surface , n'a pas d'influence sensible.

Leslie avait cru remarquer que les corps de couleur sombre ont un pouvoir rayonnant plus grand que les autres ; mais nous voyons par la comparaison du noir de fumée et du blanc de plomb, du papier et de l'encre de Chine, que cela est loin d'être toujours vrai.

Les nombres que nous avons donnés ne sont pas tout à fait ceux de Leslie ; ils ont été corrigés par les expériences plus exactes de M. Melloni, et de MM. Laprovostaye et Desains.

Réflexion.— Diffusion. — Transmission, — Absorption. — Si nous prenons maintenant le faisceau qui tombe sur un corps , nous trouverons qu'il se partage ordinairement en deux portions , l'une qui franchit la surface du corps pour pénétrer dans sa masse; l'autre, au contraire, qui reste en deçà de cette surface et se trouve renvoyée dans l'espace.

Sur la première portion du faisceau une certaine fraction traverse le corps sans s'y arrêter, comme la lumière traverse le verre ou l'eau; elle est transmise par transparence; la fraction complémentaire reste absorbée par la masse du corps.

Sur la seconde portion du faisceau une certaine fraction est renvoyée dans une direction déterminée comme la direction d'incidence, et nous donnerons plus loin la loi géométrique qui lie l une à l'autre ces deux directions; c'est ce qu'on appelle la réflexion régulière; la fraction complémentaire, presque toujours extrêmement petite, est disséminée dans tous les sens par une espèce de réflexion irrégulière appelée diffusion, analogue à celle qui se manifeste à l'incidence de la lumière sur les corps et qui, comme nous le verrons plus tard, est précisément ce qui nous les rend visibles.

Ainsi la chaleur en tombant sur un corps peut être réfléchie

régulièrement, diffusée , absorbée ou transmise.

CHALEUR RAYONNANTS

Si Ton suppose que l'on compare l'intensité de chacun des faisceaux réfléchi, transrois, absorbé, diffusé, à celle du faisceau incident, le nombre qui exprimera ce rapport sera la mesure de ce que Ton appelle le pouvoir réflecteur, transparent, ou plutôt diathermane, absorbant, etdiffusif.

Nous pouvons, toujours au moyen du thermoscope différentiel de Leslie, démontrer l'existence de ces quatre pouvoirs.

Si Ton fait tomber sur une plaque de métal poli un faisceau de rayons calorifiques parallèles , venant d'une source de chaleur suffisamment intense, comme un boulet chauffé au rouge (fig. lU),on verra que, quelle que soit la direction du faisceau incident par rapport à la plaque, il existe toujours une certaine direction BC telle que si l'on place la boule noircie du tbermo-

Fig ak.

mètre différentiel sur cette direction, cette boule éprouvera un échauffement notable, tandis que dans toute autre position C, . C" ou C"', les niveaux restent sensiblement stationnaires. Il est facile de comparer l'une à l'autre ces deux directions AB et BG, et l'on trouve qu'elles sont soumises à la loi suivante, qui est aussi celle de la réflexion de la lumière :

Le rayon incident et le rayon réfléchi sont dans un même plan perpendiculaire à la surface réfléchissante ; déplus l'angle formé par le rayon incident AB avec la perpendiculaire à la surface BN, ou angle d'incidence, est égal à l'angle formé par le rayon réfléchi BC avec cette même perpendiculaire , ou angle de réflexion.

Il est d'ailleurs un mode indirect de démonstration qui donne |des résultats très-frappants. Nous démontrerons plus tard , en

CHALEUR RAYONNANTE

nous appuyant sur les lois de la réflexion de la lumière, que si on dispose en face l'un de l'autre deux miroirs sphériques concaves, de telle sorte que la droite qui joint les centres des sphères dont ces miroirs sont censés faire partie , passe en même temps par les points milieux de leurs surfaces (ûg. 115) ; si de plus on place au point 6 , milieu du rayon de l'un des miroirs, un corps lumineux, les rayons émanant de 6 seront rendus , par la réflexion sur le miroir, parallèles à la ligne des centres et , tombant sur le second miroir, iront , par le fait de cette

Fig. 115.

seconde réflexion , se croiser tous au point a, milieu du rayon du second miroir; de telle sorte que si l'on place en a un petit écran de carton, il sera très-vivement éclairé.

Dès l'instant où les lois de la réflexion calorifique sont les mêmes que celles de la réflexion lumineuse, en plaçant en b un corps chaud, comme un boulet chauffé au rouge, le point a devra recevoir tous les rayons réfléchis. Aussi voit-on les corps combustibles, tels que, amadou, coton-poudre, que Ton place en a, s'y enflammer rapidement. On remarque en outre que les miroirs eux-mêmes s'échauffent à peine. Cette expérience est con-

CHALEUR RAYONNANTE

nue sous le nom d'expérience des miroirs d'Archimède. Elle rappelle un fait bien connu de l'histoire de ce savant géomètre.

Le pouvoir absorbant des corps est démontré par ce seul fait qu'ils s'échauffent en présence d'une source de chaleur, nous n'avons donc point à prouver son existence.

11 n'en est pas de môme du pouvoir diathermane. La transparence des corps pour la chaleur a été longtemps contestée; mais depuis les expériences de Prévôt de Genève, deDelaroche, et surtout de Melloni, l'existence de la diathermanéité n'est plus mise en doute. Ce n'est pas cependant qu'on niât qu'un thermomètre séparé d'un foyer de chaleur par une plaque de verre ou une couche d'eau pût s'échauffer ; c'eût été aller trop évidemment contre l'expérience de tous les jours. Mais on admettait que cet échauffement était dû, d'abord à l'absorption de chaleur par le corps interposé , puis au rayonnement de ce même corps, par sa face postérieure, vers le thermomètre. A la vérité l'instantanéité de l'ascension du thermomètre aurait dû déjà faire écarter ce mode de transmission si complexe, surtout quand on considère que le verre et l'eau sont des corps trèsmauvais conducteurs. Nous allons donner quelques-unes des expériences par lesquelles les physiciens dont nous avons cité les noms ont établi nettement la transparence des corps pour la chaleur comme pour la lumière.

En laissant écouler par une fente horizontale l'eau contenue dans un bassin, on peut obtenir une nappe d'eau d'une certaine épaisseur et qui, se renouvelant constamment devant un foyer de chaleur, n'a évidemment pas le temps, ni de contracter d'échauffement sensible, ni par conséquent de rayonner de chaleur. Or, un thermomètre placé de l'autre côté de la nappe monte instantanément comme si la nappe était immobile.

En second lieu, s'il était vrai que l'absorption et le rayonnement par le corps interposé fussent pour quelque chose dans l'effet produit sur le thermomètre , tout ce qui tendrait à augmenter le pouvoir absorbant et le pouvoir rayonnant de ce corps devrait par cela môme augmenter l'effet produit. Or, l'expérience prouve tout le contraire. Le noir de fumée est, comme nous l'avons dit, le corps qui a le plus grand pouvoir ray onnant ; c'est en môme temps, nous le montrerons tout à l'heure , celui quia le plus grand pouvoir absorbant ; et cependant si, en exposant une plaque de verre à la fumée d'une lampe, on la recouvre d'une couche de noir, on trouve que, dans ces condi-

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tions , cette plaque, mise devant un foyer de. chaleur, est sans action sensible sur le thermomètre placé derrière, tandis qu'avant d'être recouverte de noir elle agissait sur lui immédiatement.

11 faut remarquer que le verre nu ne laisse passer en quantité sensible que les rayons de chaleur qui viennent d'une source de chaleur avec flamme, ou tout au moins d'un corps incandescent. Car si Ton faisait l'expérience avec le cube de Leslie ou une plaque de métal chauffée à 300° ou 400°, on n'obtiendrait aucun résultat.

Ce fait se rattache à une observation générale que nous ferons plus loin ; mais pris même isolément , il va nous servir à démontrer l'existence du pouvoir diffusif.

Faisons tomber sur une plaque de métal non poli , ou mieux encore , sur une plaque de cuivre, recouverte par la galvanoplastie d'une couche d'argent un peu rugueuse, un faisceau de rayons calorifiques venus d'une lampe ou d'un foyer quelconque de chaleur lumineuse. La plaque étant présentée normalement au faisceau , la direction de la réflexion régulière se confond avec la direction d'incidence. Si , dans ces conditions , on présente le thermoscope (soit le thermomètre différentiel , soit l'appareil plus délicat de Melloni) à la face antérieure de la plaque, et en dehors bien entendu de la direction du faisceau lui-même, l'instrument indique une élévation de température. Il y a donc de la chaleur envoyée par cette face dans une di- , rection autre que celle de la réflexion régulière ; il est vrai qu'on pourrait reproduire ici l'objeclion faite pour la chaleur diathermane, et dire que la plaque a d'abord absorbé de la chaleur pour la rayonner ensuite. Mais il faut remarquer que, s'il en était ainsi, cette chaleur ne sortirait plus d'un corps incandescent, qu'elle serait alors dans des conditions telles, que le verre ne la laisserait point passer; et pourtant, si l'on place une lame de verre entre la plaque de métal et le thermoscope , celui-ci monte encore à peu près autant qu'auparavant. Cette chaleur a donc été renvoyée par la face antérieure , telle que la source l'envoyait, et sans pénétrer dans le corps.

Telles sont les quatre modifications que la chaleur éprouve au contact des corps. Nous allons maintenant donner rapidement une idée des moyens employés pour mesurer les pouvoirs diathermanes , réflecteurs, diffusifs et absorbants.

Pouvoir diattaermane. — Pour mesurer le pouvoir diathermane, il suffira de faire tomber directement sur l'instrument

CHALEUR RAYONNANTE

thermoscopique le faisceau venant de la source et de noter l'indication du thermomètre différentiel , puis d'interposer le corps diathermane et de noter la nouvelle indication. Si l'on a eu le soin de placer la source à une assez grande distance la différence de température des boules ne dépasse pas la limite voulue pour que la loi de Newton soit applicable, et le rapport de la seconde indication à la première mesurera le rapport du faisceau transmis au faisceau incident.

En procédant ainsi, M. Melloni a reconnu :

1° Que la transparence des corps pour la chaleur varie avec l'état de la surface, qu'elle est d'autant plus grande que le poli est plus parfait.

2° Que l'intensité du faisceau transmis diminue à mesure que l'épaisseur du corps interposé augmente ; mais la quantité de chaleur retenue par le corps n'est pas proportionnelle à son épaisseur; la chaleur traverse d'autant plus facilement un corps qu'elle a déjà traversé une épaisseur plus grande de ce môme corps; — à ce point qu'au delà d'une certaine épaisseur, très-petite en général pour les corps cristallisés , la déperdition n'augmente plus.

3° En exposant au même faisceau calorifique des plaques de même épaisseur, de substances différentes , on a reconnu que le rapport du faisceau transmis au faisceau incident , rapport qui est ici le pouvoir diathermane, les corps étant pris tous dans les mêmes conditions, varie avec la nature de ces substances. L'ordre de diathermanéité est loin d'être le même que celui de la transparence lumineuse ; ainsi le cristal de roche noir, appelé par les minéralogistes quarz enfumé, est beaucoup plus transparent pour la chaleur que l'alun le plus limpide , L'acide sulfurique de Saxe, le plus coloré, est plus transparent pour la chaleur que l'eau, l'alcool, etc.

k° La chaleur, suivant qu'elle émane d'une lampe, d'un corps incandescent, d'une .plaque de métal , du cube de Leslie, n'est pas également transmissible par un même corps; ainsi, en plaçant successivement ces quatre sources de chaleur à des distances du thermoscope telles , que chacune d'elles , agissan t directement sur l'instrument, donne à ses niveaux le même déplacement, on aura quatre faisceaux d'égale intensité, mais non de même nature, car une plaque d'alun se montrera plus diathermane pour la chaleur venue de la première source que pour la chaleur venue de la seconde, plus pour celle-ci que pour la chaleur venue de la troisième, et plus enfin pour cette dernière que pour la chaleur venue du cube ; il en est de même pour

iHk CHALEUR RAYONNANTE.

presque tous les corps Le sel gemme paraît cependant également diathermane pour les quatre faisceaux. La tourmaline, le sel gemme noirci par la fumée, le verre vert sont, au contraire, d'après M. Melloni, plus transparents pour la chaleur venue des sources à basse température.

La conclusion c'est que la chaleur qui émane d'une source n'est pas homogène, et qu'elle est, comme la lumière, composée de rayons de différentes natures, inégalement absôrbables par ' les corps. — On appelle thermochroïsme cette espèce de coloration des corps pour la chaleur, analogue à celle qu'ils présentent pour la lumière , et qui sera mieux comprise encore quand nous exposerons à la fin de ce volume les phénomènes optiques auxquels ceux-ci sont parallèles.

Pouvoir réflecteur. — Pour mesurer les pouvoirs réflecteurs relatifs des différents corps', voici la méthode suivie par Leslie. Reprenons la disposition d'appareil employée pour la mesure des pouvoirs rayonnants; seulement entre le miroir et son foyer F, plaçons un petit miroir plan ab qui renvoie les

rayons se croiser en o (fig. 116).

\ C'est en ce point o que nous \ placerons la boule focale du ... V A thermomètre différentiel, le faisp<T> 0 I <*au calorifique qui tombe sur

5Î : - ^ J le miroir ab reste le même pen- -y dant tQute j a durée de j< expé-

/ rience ; conséquemment , si l'on change la nature de ce miroir Fi S- 116 - sans changer sa position , la

quantité de chaleur qu'il enverra dans l'unité de temps au point o, sera proportionnelle à son pouvoir réflecteur.

Cette méthode ne donne que les rapports des pouvoirs réflecteurs des différents corps mis successivement dans la position ab ; elle ne donne pas la valeur même du pouvoir réflecteur pour chacun d'eux , c'est-à-dire le rapport entre l'intensité du faisceau réfléchi et l'intensité du faisceau incident. — Enfin ce faisceau incident se compose de rayons qui tombent sur la plaque sous des incidences très-diverses , ce qui rend le résultat complexe.

I. Cette propriété que nous avons signalée dans le verre explique pourquoi la chaleur solaire pénètre si facilement dans une enveloppe de verre, et n'en sort ensuite que lentement; elie rend compte de l'utilité des cloches à melons, des serres vitrées, etc.

CHALEUR RAYONNANTE

11 est plus logique de procéder de la manière suivante : placer l'instrument thermoscopique en D (6g. 114) sur le passage du faisceau direct venant de la source de chaleur, et prendre son indication quand les niveaux sont devenus stationnaires, puis interposer en B une plaque du corps dont on veut déterminer le pouvoir réflecteur; sur la xlirection du faisceau réfléchi placer en G, à la distance BG=BD le même appareil thermoscopique et prendre le rapport de la seconde indication de l'instrument à la première. Une fois qu'on a par là le pouvoir réflecteur pour un corps, on peut ensuite procéder par comparaison pour les autres, en se bornant à changer la nature de la plaque B, sans changer sa position. On n'a plus besoin de ramener le thermoscope en D , si la source est constante. II est cependant bon de le faire de temps en temps, précisément pour s'assurer de celte constance de la source.

On pourra d'ailleurs varier à volonté l'inclinaison de la i plaque pour reconnaître si cette variation d'inclinaison fait changer le pouvoir réflecteur.

Cette méthode appliquée d'abord par Melloni, puis par MM. Laprovostaye et Desains , a donné pour les métaux polis les nombres suivants (le faisceau incident est supposé égal à 100).

Pouv. réflect. Pouv. rayonn.

Plaqué d'argent 97 3

Cuivre rouge *. . . 93 7

Laiton 93 7

Acier 82,5 17

Zinc 81 » .

Fer 76 1k < v

Nous avons mis en regard des pouvoirs réflecteurs les nombres qui représentent les pouvoirs rayonnants, et voici pourquoi : les corps que nous venons de citer n'ont ni pouvoir diathermane, ni pouvoir diffusif quand ils sont polis. Pour ces corps le pouvoir absorbant est donc complémentaire du pouvoir réflecteur. Or, il se trouve qu'en supposant le faisceau incident égal à 100 le pouvoir réflecteur est complémentaire aussi du pouvoir rayonnant; c'est donc établir par cela même, pour ces corps, l'égalité du pouvoir rayonnant et du pouvoir absorbant. La quantité de chaleur réfléchie varie d'ailleurs avec l'incidence ; pour les métaux elle reste sensiblement constante depuis l'incidence perpendiculaire jusqu'à un angle de 70° avec la

CHALEUR RAYONNANTE

normale; au delà elle va en décroissant, contrairement à ce qui arrive pour la réflexion lumineuse, contrairement même à ce qui arrive pour la réflexion calorifique avec le verre.

Enfin , d'après les expériences de MM. Laprovostaye et Desains, les métaux, et surtout le laiton, réfléchiraient en plus forte proportion la chaleur venant des sources à basse température.

Pouvoir absorbant. — Leslie a tenté de mesurer les pouvoirs absorbants relatifs, mais par une méthode qui est évidemment vicieuse. Employant l'appareil qui lui avait servi à mesurer les pouvoirs rayonnants, il se contentait de couvrir la boule focale de son thermomètre différentiel d'une couche ou d'une feuille du corps dont il voulait avoir le pouvoir absorbant : et il regardait dans ses expériences successives , les indications du thermoscope comme proportionnelles aux pouvoirs absorbants des corps qui enveloppaient la boule. Mais il y a ici une application fausse du principe de Newton. La loi de Newton s'applique en effet aux quantités de chaleur qu'émet un même corps placé successivement dans des conditions variables par rapport au milieu ambiant, mais non point à des corps différents.

Il n'y a pas de méthode directe pour mesurer les pouvoirs absorbants ; mais Dulong ayant constaté qu'un thermomètre placé à 10° dans une enceinte vide à 0°, met le même temps à se refroidir qu'il met à s'échauffer lorsqu'il est placé à 0° dans l'enceinte vide à 10°, en a conclu l'égalité des pouvoirs absorbants et rayonnants, égalité déjà indiquée par les nombres que nous avons donnés plus haut à propos du pouvoir réflecteur, et nue nous admettrons comme démontrée , quoique cependant l expérience ait fait voir qu'elle ne se soutient pas à toute température.

Pouvoir diffusif .— Ainsi nous savons mesurer le pouvoir diathermane , le pouvoir réflecteur, le pouvoir absorbant , en prenant pour sa valeur celle du pouvoir rayonnant; il ne nous reste plus que le pouvoir diffusif , pour lequel on n'a pas de méthode directe, mais dont on peut avoir la valeur puisqu'il est évidemment complémentaire de la somme des trois autres pouvoirs.

Équilibre mobile de température. — Nous avons dit, en posant les définitions relatives à la température, que si l'on plaçait en présence les uns des autres des corps pris au hasard dans des conditions de température quelconques, les uns s'échauffent, les autres se refroidissent, jusqu'à ce qu'il arrive un

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moment où leurs états de chaleur demeureront fixes, et nous avons dit que nous les considérions alors comme étant à la même température. Une fois que cette égalité de température est établie, il n'y a pas de raison pour admettre que des corps qui rayonnaient auparavant ne rayonnentplus maintenant ; il est plus simple et plus logique d'admettre que tous rayonnent encore, et que chacun d'eux perd, par le rayonnement dans l'unité de temps, juste autant de chaleur qu'il en reçoit, dans le môme temps, des autres corps. Ce principe renferme, comme cas particulier, ceux que nous avons mis en avant pour expliquer l'emploi du thermomètre différentiel; il est connu dans la science sous le nom de principe de Yéquilibre mobile de température.

Ainsi lorsqu'un corps à basse température est en présence d'un corps plus chaud que lui, il y a refroidissement pour ce dernier, non pas que l'autre lui envoie du froid,— cette expression, toute commune qu'elle soit, n'a pas de sens en physique, — mais ce refroidissement provient de ce que le corps froid rayonne moins de chaleur qu'il n'en reçoit ; d'où il résulte qu'il doit s'échauffer ; tandis que le second corps perd, au contraire, plus de chaleur que l'autre ne lui en donne; il doit donc se refroidir jusqu'à ce qu'arrive le moment où l'égalité se rétablira pour chaque corps entre les quantités de chaleur gagnées et perdues, jusqu'à ce que l'équilibre mobile soit établi, et avec lui, l'égalité de température.