RAPPORT

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CALORIFIQUES

CALOBIFIQCBS.

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CALORIFIQUES

Cette série n'est complète que pour la partie obscure, dans laquelle il était Important de fixer la position des bandes. Pour la partie visible, cette détermination n'a pu être faite que sur un certain nombre de bandes. Les lettres b c... s et t correspondent à celles de la figure et indiquent la position des bandes.

Les deux plans de polarisation sont à angle droit. La section principale de la lame est à li5^. Pour passer du cas précédent à celui-ci, il suffit de tourner l'un des polariseurs de 90**; les bandes brillantes et obscures se changent alors les unes dans les autres en donnant lieu à un spectre complémentaire du précédent.

L'analyse thermométrique nous a fait reconnaître que le spectre calorifique subit par l'effet de ce changement du plan de polarisation les mêmes modifications que le spectre lumineux ; les bandes calorifiques ont pris la place des bandes non calorifiques, et réciproquement, dans la partie invisible aussi bien que dans la partie visible; par conséquent, dans cette dernière partie, les bandes calorifiques coïncident exactement avec les bandes lumineuses, comme dans le cas précédent. La figure S^ représente cette nouvelle distribution de l'action calorifique dans toute l'étendue du spectre.

Nous joindrons à ces résultats ceux que nous avons obtenus en étudiant de la même manière deux autres phénomènes <Vun grand intérêt.

«. Cristal de roche perpendiculaire à Faxe. — Tout restant disposé comme dans les pr<^cédentes expériences, si l'on substitue à la lame de gypse une lame de cristal de roche taillée perpendiculairement à l'axe et d'une épaisseur suffisante, on voit également le spectre lumineux se couvrir de bandes ; mais avec cette particularité qu'elles ne disparaissent pour aucune position relative des deux plans de polarisation, et si l'on tourne d'une manière continue dans le même sens l'un des polarisateurs, les bandes persistent; mais on les voit se déplacer d'une manière continue en paraissant parcourir toute la longueur du spectre.

Toutes ces apparences résultent des rotations différentes que le cristal de roche imprime aux plans de polarisation des divers rayons simples, lorsqu'il est traversé dans la direction de son axe; les lois expérimentales de ces rotations ont été l'objet d'importantes recherches de la part de M. Biot. Fresnel a découvert la cause de cette rotation elle-même : il a montré qu'elle dépend d'une double réfraction particulière, la double réfraction circulaire qui se produit le long de l'axe du cristal en donnant naissance à deux systèmes d'ondes polarisés circulairement en sens contraire et doués de vitesses inégales; par cette découverte, Fresnel a fait rentrer ces faits curieux dans la classe des phénomènes d'interférence.

Nous dirons tout de suite que. dans cette circonstance, nous avons encore constaté que le spectre calorifique est constitué dans toute son étendue comme le spectre lumineux^ et que les bandes visibles coïncident avec les bandes calorifiques.

p. tnfluence de la réflexion totale. — Nous avons enfin obtenu exactement les mêmes résultats en étudiant de la même manière un cas dans lequel le phénomène de la réflexion totale intervient pour modifier l'interférence ; le cas que nous avons choisi est celui dans lequel on combine leparallélipipèdeà deux réflexions totales avec une lame biréfringente^une lame de gypse, par exemple. Le parallélipipède étant placé sur le trajet du rayon, entre la lame et le second polariseur, dans un azimut tel que le plan commun des deux réflexions totales coïncide avec le premier plan de polarisation et la lame étant à 1x5'', les deux systèmes d'ondes à vitesses inégales dans la lame biréfringente se trouvent transformés par Teflet des réflexions totales en

deux systèmes polarisés circulairement en sens contraire. Cesl le cas du cristal de roche; et en effet, le résultat final de Tinlerférence observé dans le spectre présente les mêmes caractères, bandes toujours visibles, quelle que soit la position du second plan de polarisation, mais mobile avec lui. Aussi l'analyse thermométrique donne-t-elle exactement les mêmes résultats que dans le cas du cristal de roche. Nous avons encore constaté que ces phénomènes d'interférence calorifique produits par la double rëfi-action disparaissent comme ceux de la lumière, lorsque Ton supprime Tun des deux polariseurs entre lesquels est placée la lame cristallisée, ou tous les deux à la fois. Nous n'avons pas cru nécessaire de varier davantage les conditions d'interférence, les résultats obtenus dans les cas précédents sont assez nelsetassez concordants pour permettre de prévoir avec certitude ce qui arriverait dans toule autre circonstance.

Ainsi nous avons vu constamment : l"" des bandes d'interférence se manifester dans toute l'étendue du spectre calorifique, toutes les fois qu'il s'en produit dans le spectre lumineux; S"" dans toute l'étendue du spectre lumineux, les bandes lumineuses coïncider avec les bandes calorifiques, en d'autres termes, tous les rayons de réfrangibilités diverses qui composent le spectre calorifique dans les circonstances décrites plus haut, sont capables de produire des phénomènes d'interférence, et dans toute l'étendue du spectre visible, l'interférence se manifeste simultanément dans les mêmes points pour la lumière et pour la chaleur.

3" Diffraction produite par un bord rectiligne unique. Lorsque l'on place sur le trajet des rayons émanant d'une source lumineuse de petites dimensions, un écran terminé par un bord rectiligne, on donne naissance au phénomène le plus simple de la diffraction. Ce phénomène consiste dans une distribution particulière de la lumière vers la limite qui sépare l'espace éclairé de l'espace obscur, distribution qui n'est nullement celle qu affecteraient des rayons se mouvant en ligne droite. Dans cette hypothèse, en effet, la lumière devrait s'éteindre brusquement à la limite géométrique déterminée par une ligne droite passant par le point lumineux et rasant le bord de récran ; au lieu de cette extinction brusque, on voit la lumière éprouver

plusieurs changements d'intensité près de cette limite et décroître ensuite graduellement en pénétrant dans l'intérieur de l'ombre géométrique. Ces franges de diffraction sont nombreuses et alternativement brillantes et obscures dans la lumière simple; dans la lumière blanche, elles sont colorées et bien moins nombreuses, alors la première du côté de l'ombre est surtout remarquable: elle est relativement large et plus brillante que le reste du champ lumineux : c'est le phénomène tel qu'il se reproduit dans la lumière blanche, que nous avons étudié avec le thermomètre ; dans la lumière simple , l'intensité est toujours beaucoup trop faible pour produire dans l'instrument des changements notables de température; l'expérience a été disposée de la manière suivante :

Un faisceau de lumière fixé par l'héliostat était reçu sur une lentille cylindrique à court foyer; l'axe étant placé verticalement, l'image linéaire que ces sortes de lentilles produisent à leur foyer était prise comme source rayonnante.

A 3 décimètres de la lentille, les rayons rencontraient un écran formé d'une lame mince de métal, terminée par un bord vertical parfaitement rectiligne; une vis microinétrique permettait de mouvoir lentement cet écran dans son plan , de manière à faire avancer ou reculer, par degrés insensibles, le bord rectiligne sans changer sa distance à la lentille; on avait la possibilité de déplacer à volonté les franges de diffraction sans rien changer à la nature du phénomène ; par ce mouvement, le thermomètre étant fixe dans son enceinte et au devant de la lunette, c'étaient les franges que Ton faisait mouvoir en déplaçant l'écran par degrés, et l'instrument pouvait de cette manière occuper toutes les positions possibles par rapport aux franges.Comme dans les précédentes expériences, une lentille cylindrique placée devant le thermomètre augmentait l'intensité des franges en les contractant ; la distance du thermomètre à l'écran était d'environ 3 mètres; les positions du thermomètre par rapport aux franges ont été relevées avec soin sur l'écran blanc. Pour plus d'exactitude, on regardait sur l'écran avec un verre rouge; les franges sont alors plus nombreuses et plus distinctes, et fournissent des points de repère mieux déterminés.

La figure k représente l'^cnect des franges vues avec le verre rouge

et la grandeur relative de la boule du thermomètre. On voit que la figure reproduit ce phénomène dans des dimensions plus grandes que celles qu'il occupait, le diamètre de la boule tracée en T n'avait en réalité que i"*",! ; la ligne ponctuée / est la limite géométrique de l'ombre; cette position ne doit être regardée que comme une approximation , c'est une moyenne entre cinq déterminations dont les écarts extrêmes sont marqués en m et n. Voici ces distances en nombre ainsi que celles qui séparent les trois premières franges noires lorsque l'on observe avec un verre rouge ces distances se rapportant au milieu des franges.

De la troisième frange noire à la deuxième 6

De la deuxième frange noire à la première 8,7

Moyenne 46,7

Pour obtenir cette détermination de la limite géométrique de l'ombre, on place une lentille achromatique de manière à former, dans le lieu occupé par le thermomètre, une image de la source rayonnante, on marque la position de cette image par une ligne tracée sur l'écran blanc, on fait ensuite mouvoir l'écran noir au bord duquel se produit la diffraction jusqu'à ce que l'image de son bord coïncide exactement avec la ligne tracée précédemment. D'après les lois de la réfraction pour les lentilles , cette ligne est précisément la limite géométrique de l'ombre projetée par l'écran.

En enlevant la lentille, le phénomène de la distraction apparatt, et l'on peut relever la position des franges par rapport à cette limite. Ce procédé théoriquement exact présente quelques difficultés pratiques que nous n'avons pas pu éviter entièrement, et qui s'opposent à une détermination précise de la limite cherchée; cependant, malgré son incertitude, cette détermination nous a paru présenter assez d'intérêt pour être rapportée ici. Passons aux résultats obtenus.

Lorsque le thermomètre, d'abord situé dans l'intérieur de l'ombre très-loin de la première frange, pénètre graduellement dans l'espace éclairé, on observe qu'il commence à monter à une grande distance de celle frange et avant d'atteindre la limite géométrique de l'ombre; il continue à monter rapidement en pénétrant dans la première frange brillante, atteint un maximum vers le bord de cette frange voisin de la première frange noire, puis descend d'une manière continue, à mesure qu'il pénètre dans l'espace éclairé, pour atteindre enfin un état stationnaire vers la quatrième ou cinquième frange noire ; la courbe de la figure ù représente l'ensemble de ces résultats ; la grandeur relative du thermomètre est représentée en T. On voit, d'après cette grandeur, que la figure représente le phénomène lumineux amplifié.

Les franges représentées sont celles que l'on obtient en interposant un verre rouge sur le trajet des rayons, mais les résultats se rapportent à la lumière blanche ; cette courbe a été tracée d'après deux séries d'expériences assez concordantes dans lesquelles les températures ont été prises dans des points très-rapprochés.

Le tableau suivant renferme quelques-uns des nombres obtenus indiquant la position du centre du thermomètre.

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