I.° Rayonnement du calorique

Lorsque des corps chauffés artificiellement sont exposés à lair, ils commencent immédiatement à émettre de la chaleur, et ils continuent ainsi jusqu'à ce que leur température se soit, à-peu-près, mise en équibbre avec celle de f atmosphère environnante. Il n'avait pu échapper à l'observateur le moins attentif, que différentes substances, dans le même cas, se refroidissent dans des degrés très-différens de rapidité ; mais , jusqu'à ces derniers temps , on n'avait pas soupçonné que la surface du corps chaud dut influer sur l'accélération ou le retardement de son refroidissement. iSous sommes redevables de cette curieuse et importante partie de la doctrine de la chaleur, à la sagacité de iM. Leslie, qui la déjà portée à un haut degré de perfection. Son traité intitulé : Recherches sur la nature de la Chaleur , publié en 1804, renferme un grand nombre d'expériences et de vues originales sur ce sujet. 11 est remarquable que, peu de semaines après la publication de cet ouvrage, M. le comte

4^ CORTS IMPOXDî:nÂELES.

de Rumford fît iosérer dans les Transactions Philosophiques une dissertation sur le même sujet, contenant des expériences semblables. En i8i3, M. de La Roche de Genève, publia aussi, sur cet objet, un travail qui présente quelques Eff^t additions importantes aux expériences de M. Leslie '. '^iescoTps" I. M. Leslie ayant, rempli d'eau chaude un globe d'étaiîi *"Iiiiemeat°'' ^G 1° Centimètres de diamètre, à col étroit, applaui au marteau, et à surface brillante, il le plaça sur un support léger dans une chambre chaude où il n'y avait pas de feu. Le thermomètre, qu'il introduisit dans ce globe, descendit, en i56 minutes, à la moitié de la distance entre la température initiale de l'eau et celle de la chambre. M. Leslie répéta cette expérience, mais après avoir enduit, d'une légère couche de noir de fumée , la surface du globe d'étain , et dans ce cas, toutes les autres circonstances étant les mêmes, le thermomètre ne mit que 8i minutes à s'abaisser du même nombre de degrés que dans l'expérience précédente *. Ainsi la seule différence de la surface noircie en produisit une de près de moitié dans la durée du temps d'un refroidissement égal : et rien ne prouve davantage l'effet de la surface du corps chaud sur son refroidissement.

Le comte de Rumford rempht d'eau chaude , à la même température, deux vases cylindriques de laiton mince, semblables dans leur forme et dans leurs dimensions. La surface de lun de ces vases était nue; celle de l'autre était garnie d'une enveloppe de batiste fine d'Irlande, qui s'y appliquait très-exactement. Le vase h surface nue se refroidit de 5^,55 centigr., en 55 minutes, mais celui revêtu de toile ne mit que 36,5 minutes, à perdre la même quantité de chaleur ^. Dans cette expérience, l'enveloppe de batiste produisit le même effet que le noir de fumée dans celle de Leslie. Au-heu de retarder le dégagement de la chaleur comme on pouvait s'y attendre, elle produisit l'effet contraire. La même accélération de refroidissement eut heu, en substituant successivement à l'enveloppe de toile, des enduits décolle, de noir de fumée, et de blanc délayé dans de la colle d'amidon, ou en noircissant toute la surface métallique en la promenant au-dessus d'une bougie allumée.

' Jonrrv. de Phys. LXXV, 202.

" Leslie's Inrjuiiy into the Nature of Heat, p. aCS.

' Nicholson's Journ. IX, Go.

La vêriation , dans le terme du refroidissement , occasion- Le refroidisseliée par la présence des différentes substances dont on en- '"''"grand ^ "'

veloppe le vase qni contient l'eau chaude , est la plus consi- i'raoquuk.' dérable , lorsque fair de la clian.bre où les expériences se font, est parfaiteaient tranquille; elle diminue lorsque l'atmosphère est agitée, et disparaît presqu'entièrement dans no 1res -grand vent. Ainsi, en mettant ensemble en expérience, deux boules détain remplies d'eau chaude, l'une à surface nue, l'autre enduite de noir de fumée, et en les exposant à des airs de divers degrés d'agitation, ^I. Leslie trouva qu'ils perdaient la moitié de leur chaleur dans les temps suivans *. ^

Globe à surface Globe à surface

nue. noircie.

Dans un vent modéré en 44' eu 35'

Dans une brise assez forte. . . . iV ao'aS

Dans un vent violent 9^5 9^

Cela doit sufhre pour nous convaincre que l'effet de l'accélération du refroidissement . prodiu't par le noir de fumée , ne peut être dû au pouvoir quelconque qu'aurait cette substance d'être conductrice de la chaleur, et de la communiquer à lair; mais qu'il résulte, de la propriété qu'elle a de rayonner plus puissamment le calorique que les corps métalliques à surface brillante.

3. En plaçant une boîte d'étain , remplie d'eau chaude, de forme cubique et de grande dimension, à la distance de 3 à 6 décimètres d'un miroir concave d'étain à surface bien polie, au foyer duquel estunlhermoraètie très-sensible, ce thermomètre éprouve une élévation d'un certain nombre de degrés, et si Ion enduit de noir de fumée la surface de la boîte, il monte beaucoup plus haut. Mais , comme lelévation du thermomètre est, en quelque sorte, la mesure du rayonnement du calorique, ou en peut conclure que ce rayonnement est plus considérable par le noir de fumée que par le métal brillant. Un thermomètre ordinaire ne pourrait convenir pour des expériences de cette nature, parce qu'il est affecté par tout changement de température dans la chambre où elles se font. Mais M. Leslie en a inventé un autre , qui offre toute la précision nécessaire pour de semblables effets, et auquel il a donné

* Inffuiry into ihe ^N'filure ofUcat, n. a":!.

le nom de thermomètre différentiel. M. le comte de Rumford l'a également employé dans ses recherches. Thermomètre Cc thermomètre consiste dans un petit tube de verre différentiel, recourbé, ayant à -peu- près la forme de la lettre U, et terminé à ses extrémités, par deux boules de verre creuses, à-peu-près égales. Le tube contient de Tacide snlfurique teint en rouge avec du carmin, en quantité suffisanio pour en remplir la plus grande partie. Les boules de verre sont pleines d'nir et communiquent l'une et l'autre avec le tube intermédiaire. A Tune des branches ascendantes du tube est fixée une petite échelle d'ivoire , divisée en joo degrés, et la quantité d'acide snlfurique mise dans le tube, est telle , que sur la branche ainsi graduée, sa surface supérieure, lorsque ce liquide est en repos, correspond au zéro de l'échelle. La boule qui termine l'extrémité de la branche ascendante du tube qui ne porte point d'échelle, s'appelle, pour la distinguer, la houle focale Supposons actuellement que ce thermomètre soit placé dans une chambre chaude : la cbaleur agira également sur Tune et l'autre boule, et le degré d'expansion qu'éprouvera f air qui y est renfermé étant le même, le liquide restera stationnaire dans le tube; mais si la boule focale est exposée à la chaleur, l'autre ne l'étant pas, l'air qu'elle contient se dilatera, tandis que celui de la boule opposée n'éprouvera aucun changement. L'air de la boule focale pressera donc davantage sur le liquide qui est dans le tube , le chassera vers la boule froide, et le fera, par conséquent, monter au-dessus du zéro de l'échelle, dans la branche du tube sur laquelle elle est placée-, et cette ascension sera proportionnelle au degré de cbaleur appliquée à la boule focale. Ce thermomètre est donc spécialement propre à indiquer le degré de chaleur accumulée dans un point particulier, lorsque l'air environnant n'est que légèrement affecté, comme cela arrive au foyer d'un miroir réfléchissant. Aucun changement df! température, dans la chambre où finstrum.ent est gardé, n'est indiqué par lui, tandis qu il en annonce immédiatement la plus légère altération dans le point où est placée la boule locale.

Dans ses expériences sur le rayonnement du calorique , M. Leslie employait des vases creux d'étain , de forme cubique, et, de différentes dimensions, depuis 76 jusqu'à 'zz>\ millimètres de côté , il les plaçait , après les avoir remplis

d'eau ctiaude. sur des supports, en face , et dans l'axe d'un rétlecteur au foyer duquel était son thermomètre différentiel. Le réflecteur était un miroir de fer-blanc étaraé très-brillant, d'environ 356 millimètres de diamètre et de forme parabolique. Avec cet appareil, M. Leslie reconnaissait les effets de diflerenles substances pour le rayonnement du calorique, en recouvrant, ou enduisant de ces substances, la surface de la boîîe d'étain remplie d'eau chaude avant de la présenter au réflecteur". Le calorique rayonné dans chaque expérience était recueilli au foyer où la boule focale du thermomètre différentiel était placée, et lélévation du liquide dans cet instrument , indiquait le rayonnement proportionnel de €ha<|ue surface. De ces expériences, conduites avec autant d'adresse que d'exactitude , M. Leslie obtint les principaux résultats suivans.

4. Lorsque la nature et la position de la boîte d'étain sont Rayonnemem les rnèmes, f élévation dans le thermomètre différentiel est te dï iT diffji' toujours proportionnelle à la différence , entre la tempéra- ^JérïSe's *dS" turc de ce vase chaud, et celle de l'air dans le lieu où se fait ^orps chauds et

V ' • t ^e l'air.

1 expérience '.

5. La température de la boîte d'étain étant la même , l'effet Effet sur le

1, ^, ITT' -IT* ^ 11- thermomètre

sur le thermomètre diiierentiel diminue, a mesure que la di- en raison instance de ce vase au miroir réflecteur, au fover duquel est pla- tVnce auréaécr cée la boule focale, augmente. Ainsi l'élévation dans le thermomètre différentiel étant de 100, lorsque la boîte d'étain est à I mètre environ de distance du miroir réflecteur; elle ne sera q-ue de 07, lorsque cet éloignement du vase sera double ou d'environ 2 mètres.

En substituant un verre étamé au réflecteur métallique, et un feu de charbon à la boîte d'étain rempHe d^eau, le feu étant à la distance de 3 mètres, le thermomètre monte de 3^0, et de 21 seulement, lorsque cette distance est de 9 mètres \ Il résulte des expériences de Leslie, que l'effet sûr' la thermomètre est à^ peu -près en raison inverse de la distance de la boîte d'étain au réflecteur. Leslie trouva égali.'ment que des boîtes d'étain de dimensions différentes, remplies d'eau chaude à la même température, produisaient sur le thermomètre différentiel un effet a-peu-près égal, lorsqu'elles étaient placées à l'é^^ard du réflecteur, sous

' Leslie, p. i^.

' Idem, p. 5i.

leur.

le même angle ; ainsi avec de ces boîtes de diverses dimensions placées à des distances différentes, l'effet sur le thermomètre sera ainsi qu il suit, savoir :

Degrés

millimètres.

d'élévation du therm.

Boîte de

76 millim.

914 de dist.

5oo

Idem de

Idem de

Idem de

On voit par ces résultats, que l'effet de la boîte d'étain sur le thermomètre est à-peu-près proportionnel à l'angle qu'elle soustend, et aussi, que le calorique émis par la boîte n'éprouve aucune diminution sensible dans son passage à travers l'air.

Rayonnement ^- ^6 caloriquc rayonnc de la surface des corps chauds en raison du Ja^s toutcs Ics dircctioiis: mais les expériences de M. Leslie

sinus dincli- , 1 i- • ^ t 1 • » t

naisondeia prouvcnt quc c cst claus la Qirection perpendiculaire a la sur-

iurface chaude piii 1 ii • -> r

relativement lacc clu corps chauQ ,que Ic rayounemeut est le plus consideau i-eûectfcLU-. j'able. Lorsque k boîte d'étain est placée , relativement au réflecteur, dans une position ohhque , l'effet diminue, et cette diminution est d'autant plus forte que l'obliquité de la boîte est plus grande. Dans toutes les positions, l'effet est proportionnel à la grandeur visuelle de la boîte observée du réflecteur, ou à sa projection orthographique, et par conséquent, faction de la surface chauffée est proportionnelle au sinus de son inclinaison relativement au réflecteur.

Tels sont les effets de la température, de la distance et de la position de la boîte relativement au réflecteur. Aucun de ces effets, excepté le premier, n'occasionne de variation dans la quantité du calorique rayonné, ils n'influent que sur la portion de ce calorique recueillie par le miroir et renvoyée à la boule fucale-, mais le cas est différent lorsque la surface du vase lui-même est dénaturée - Faculté de 7* ^' Lcslic a fopmé la table suivante de la faculté de '/y'""i"^^°* ravonnementdu calorique qu'ont les diverses substances qu'il

des ditierens J , , A • . - n i

corps. a essayées , en les appliquant successivement a 1 une des surfaces de la boîte d'étain, et en observant la différence d'élévation qu'elles produisaient sur le thermomètre différentiel.

degrés.

Noir de fumée loo

Eau (par évaluation' loo-H

% degréîk

Papier à écrire 98

Poix résine 96

Cire à cacheter 93

Crown -glass 90

Encre de la Chine 88

Glace 85

Minium 80

Colle de poisson * . 80

Plombagine 7^

Plomb terni par son exposition à Tair. ... ^5

Mercure • 20-4-

Plomb net 19

Fer poli • •) • • • 1^

Feuille d'étain 12

Or, argent , cuivre 12

On voit par cette table que les métaux possèdent dans uq degré très-inférieur la faculté de transmettre le calorique par l'air ambiant; que parmi les substances métalh'ques essayées, la feuille d'étain est une de celles où cette faculté est la plus faible. Dans lecrown-glass,elleest7foiset demie plus grande, et plus de 8 fois dans le noir de fumée.

Aug:menfé-

8. Tels sont les pouvoirs raj-onnans de différentes sub- j^ j^^P^^sure, stances : mais dans le même corps, ce pouvoir est considérablement modifié, par la plus légère apparence d'altération sur sa surface; ainsi c'est parce que la surface des métaux est brillante et polie, qu'ils rayonnent dans un moindre degré que d'autres corps : la faculté de rayonnement est comparativement beaucoup plus forte dans le métal qui, par son exposition à l'air, a acquis cette ternissure qu'on attribue ordinairement, jusqu'à présent, à l'oxidation. On voit, en effet, dans la table précédente, que le pouvoir rayonnant n'est que de 19, dans le plomb clair et net, lorsqu'il s'élève à 45 dans le même métal terni à l'air. Il en est de même de l'étain et de tous les autres métaux essavés.

On augmente le pouvoir rayonnant d'une substance ç.3^j„5f,-„ métallique, en détruisant son poU par des stries dont onsur '* vjrf?.ce la sillonne. Ainsi l'effet de la surface claire et unie de la boîte d'étain étant 12 , il sera 22, si on la raye en la frottant dans un seul sens avec le papier enduit de

sable fin, qu'on emploie pour nettoyer le fer ou l'acier*. Mais si Tou frotte alors la surface avec le même papier dans un autre sens, et de manière à y produire de nouvelles stries qui se croisent avec celles déjà formées, la faculté de rayonnement sera un peu diminuée.

Augmenté ou 9' Après àvoiV examiné le pouvoir rayonnant des diffédimioué sui- rentes substances successivement appliquées à l'une des sur-

vantl épaisseur ^1^^ t'- i .^'T^, -.r

deiacouche. faccs de la boîtc d etaiu , h parut important à M. Leslie de s'assurer également des modifications que pourraient y apporter les changemens d'épaisseur des enduits formés sur la boîte par ces substances. Il étendit en conséquence sur l'une des faces polies de la boîte d'étain une cmiche trèsmince de colle , et quatre coucbes semblables sur une autre face. L'effet de la face couverte de la pellicule la plus mince fut de 38, et cehii de la face sur laquelle son épaisseur était quadruple, de 54; l'effet continuait ainsi d'être plus grand à mesure que l'épaisseur de la couclie augmentait , jusqu'à ce qu'elle eut acquis celle d'environ 0.025 de mdiim., après quoi il devenait stationnaire. L'application d'une légère coucbe d'hnile d'olive sur l'une des faces brillantes de la boîte, lui donnait une force rayonnante de 5 1 , qu'on pouvait faire monter jusqu'à 09 , en augmentant un peu l'épaisseur de la coucbe. Il résulte de ces expériences, que dans une surface métallique enduite de colle, ou dbuile , l'effet de la face rayonnante est proportionnel à l'épaisseur de l'enduit, jusqu'à un certain point, au delà duquel il cesse d'augmenter par l'accroissement de cette épaisseur; mais on n'aperçoit pas que le même changement ait lieu à l'égard des surfaces vitreuses , quand elles sont recouvertes de feuilles de métal très - minces. M. Leslie se servit d'une boîte d'étain dont une des faces était garnie d'un carreau de verre. Il appliqua successivement, sur le carreau de verre, une feuille d'or, une feuille d'argent, et une feuille de cuivre; mais malgré leur ténuité extrême, l'effet ne fut que de 12, c'est-à-dire, semblable à celui qu'auraient produit ces métaux eux-mêmes en couche d'épaisseur plus considérable -. Mais lorqu'on emploie un verre incrusté d'or émaillé , l'effet est un peu

' Leslie , p. 81.

» Idem, p. no.

DU CALORIQUE. i\y

aiigmenié, ce qui prouve que les variations d'épaisseur des couches métalliques auraient le même effet que les variations d'épaisseur de la colle , si l'on pouvait s'en procurer d'une ténuité suffisante ^ . Ainsi pendant tout le temps que rau<];mentaîion d'épaisseur altère le pouvoir ravonnant de la couche, il est évident que la surface de la boîte sous la couche exerce un certain degré d'énergie. Cette énergie paraît être plus considérable dins les corps métalliques que dans les substances vitreuses.

10. Telles sont les circonstances dont on a, jusqu'à présent, observé l'influence sur le pouvoir rayonnant d'une surface. 11 n'a pas encore été possible de s'assurer de la différence que pouvait produire , relativement à ce pouvoir . ia. dureté , la mollesse ou la couleur des substances, quoique, d'après les expériences de M. Leslie, il ne paraisse pas invraisemblable que l'état de mollesse de la matière, d'où s'échappe le calorique, favorise son écoulement, et tende, par conséquent, à provoquer le rayonnements Mais comme l'effet, au moins autant qu'il est indiqué par le thermomètre différentiel, ne dépend pas seulement de la surface ravonnante, mais encore de la surface de la boule focale, et de celle du réflecteur, il est nécessaire de considérer aussi les moditicalions que peuvent apporter, dans l'effet produit , des altérations dans la surface de ces corps. Ces recherches, dont nous sommes redevables, ainsi que de celles qui précèdent, à M. Leslie, répandront un grand jour sur la nature du rayonnement.

11. Il a déjà été observé que la boule focale étant dans son Les surfais état naturel , c'est-à-dire lorsc,ue sa surface est vitreuse, la "iiSorbent'* face de la boîte d'étain remplie d'eau bouillante, recouverte di^s*ia^ ^S d'une couche de noir de fumée, fait monter le thermo- propgrticja. mètre à 100°; mais cette élévation ne sera plus que de

200 , si on répète l'expérience après avoir couvert la boule focale d'une feuille d'étain. Un côté poli du vase d'étain produit sur le thermomètre, lorsque la boule focale est nue , une ascension 1 2° ; mais cette ascension n'excède pas 20 i centig. ^ , quand cette boule est revêtue d'une feuille d'étain. On voit par ces expériences que le métal

' Leslie , p. 110.

* Ihid. , p. go.

' Ibid. p. 19.

00 CORPS I»l POND ÉRABLES.

a non-seulement un pouvoir rayonnant moins énergique que le verre, mais encore qu'il a une faculté moindre pour admettre le calorique lorsque ses rayons viennent frapper sa surface. Si Ton sillonne la surface de la feuille d'étain, en la frottant avec du papier sahlé, l'effet produit sur la boule focale sera considérablement augmenté '. On ajouterait également, par le même moyen, à la faculté rayonnante de fétain, ainsi qu'on l'a déjà remarqué. On peut conclure de ces faits, que les surfaces, dont la force de rayonnement du calorique est la plus énergique, sont aussi celles qui l'absorbent le plus abondamment lorsqu'il est envoyé à leur surface.

Réflexion ^^- ^'^st précisément le contraire qui a lieu à l'égard des "Jdrra'or-"^ réflecteurs, ainsi qu'on devait s'y attendre. Dans les surfaces iiemeut. qui rayonnent le plus fortement le calorique , le pouvoir ré- Jléckissant est le plus faible, tandis que les surfaces qui royonnenûe plus faiblement le calorique, en sont les réflecteurs les -çXms puissajis. Ainsi les métaux sont meilleurs réflecteurs que le verre. Si au-lieu d'un réflecteur d'étain, on emploie un v€rre étamé, le thermomètre différentiel ne montera que de lO; la surface du miroir étant enduite de noir de fumée, tout effet est détruit. Si on la couvre d'une feuille? d'étain, fascension dans le thermomètre sera de lo^*. i3. Pour comparer l'intensité relative de diverses sub- '''°chi!sanS^' stances, comme réflecteurs, M. Leslie plaça de petits disques «Jifféreus corps, plans ct polJs dcs substanccs sur lesquelles il opérait, en avant du principal réflecteur, et plus rapprochés de ce réflecteur que le foyer direct -, il se produisait une réflexion nouvelle , et les rayons étaient rassemblés dans un foyer, d'autant plus rapproché duréflecteur , que les disques ainsi que l'ancien foyer en étaient plus distans. Il obtint dans ces essais du pouvoir réfléchissant comparatif des différentes substances éprouvées , les résultats suivans ^.

Substances réfléchissantes. Effets.

Laiton 100°

Argent 90

' Loslic, \^. 81.

» Ihid. p. 20.

? Ibid. p. 98.

DU CALORIQUE. ■5f

Etain en feuilles 85o

Etain plané 80

Acier 70

Plomb 60

Etain sur lequel on avait coulé du mercure. . 10

Verre 10

Verre enduit de cire ou d'huile 5

Si l'on détruit le poli du réflecteur en le frottant avec du papier sablé, l'effet est considérablement affaibli. Si on l'enduit d'une dissolution de gelée, sa force de réflexion diminue, à mesure que l'épaisseur de la couche augmente, jusqu'à ce qu'elle soit de 0.020 de millim. La table suivante indique l'effet proportionnel des enduhs de gelée de diverses épaisseurs sur le pouvoir du réflecteur \

Epaisseur de l'enduit ^ff^^ ^^ ^^ réflexion.

Réflecteur nu 1270