Identité des radiations calorifiques et lumineuses

"Nous avons déjà fait remarquer (§§ 305 et suivants), à propos de étude de la dispersion de la lumière, que les radiations calorifiques, est-à-dire la chaleur qui se propage par rayonnement, ne sont pas ifférentes, dans leur nature, des radiations lumineuses.

Il faut s'attendre dès lors à ce que les lois de la propagation de la imière s'appliquent aussi à la propagation delà chaleur rayonnante.

L'emploi de la pile thermo-électrique permet, en effet, de s'assurer le les radiations calorifiques se réfléchissent et se réfractent suivant 8 mêmes lois que les radiations lumineuses. On a pu de même )D8tater, grâce au même appareil d'exploration, que les radiations ilorifiques interfèrent entre elles et se polarisent dans les mêmes rconstances qui entraînent l'interférence ou la polarisation de la imière.

Enfin l'exploration calorifique de l'image du soleil donnée par u instrument d'optique permet de constater que l'image calorifique )ïncidG avec l'image lumineuse de l'astre; or, par suite de l'aberition due à la vitesse de translation de la terre, la coïncidence de 38 deux images, calorifique et lumineuse, ne peut exister que si

846 CHALEUR

les vitesses de propagation de la lumière et de la chaleur rayonnées par le soleil sont égales entre elles.

Quant à la loi d'après laquelle l'intensité lumineuse varie en raison inverse du carré de la distance, elle est évidemment vraie pour la chaleur rayonnante, mais elle ne constitue pas, entre les radiations calorifiques et lumineuses, une analogie que l'on puisse invoquer pour conclure à une identité de nature ; le raisonnement par lequel on établit cette loi n'est basé, en effet, sur aucune hypothèse relative à la nature de ces radiations. v;

500, Résultats. — Nous rappellerons dans ce paragraphe, en outre des résultats déjà signalés dans le Chapitre IV du Livre III (pag. 535 et suiv.), ceux auxquels a conduit l'étude de la chaleur rayonnante.

Réflexion.— Les lois élémentaires delà réflexion sont les mômes pour la chaleur que pour la lumière.

Il en est de même si l'on considère, non plus seulement le i;hangement de direction produit par la réflexion, mais la quantité de chaleur réfléchie. Les corps transparents au point de vue optique réfléchissent des quantités de chaleur qui sont, comme les quantités de lumière correspondantes, à peu près indépendantes de la réfrangibilité des radiations calorifiques incidentes, mais d'autant plus considérables que l'angle d'incidence devient plus grand. La quantité de chaleur réfléchie par les métaux, au contraire, est, comme pour la lumière, variable avec la nature des radiations et à peu près , indépendante de l'incidence, H

Ajoutons que, si l'on dépose un corps réflecteur en couche mince sur une surface non réfléchissante, l'expérience montre que la quantité de chaleur réfléchie augmente avec l'épaisseur du co.-ps déposé, lorsque cette épaisseur est faible ; la réflexion ne se produit donc pas seulement à la surface des corps, mais jusqu'à une certaine profondeur, d'ailleurs assez petite. : i

On appelle pouvoir réflecteur d'un corps le rapport entre l'intensité I du faisceau calorifique réfléchi et l'intensité T du faisceau incident, La pile thermo-électrique permet de déterminer ces intensités I et V et, par suite, de calculer le pouvoir réflecteur.

Diffusion. — La quantité de chaleur diffusée dépend, toutes choses égales d'ailleurs, de la nature de la substance diffusante, de l'incidence des radiations et de leur réfrangibilité, ainsi que de la

irection suivant laquelle on mesure cette quantité de chaleur ; lie diminue en outre quand le degré de poli augmente.

Ou donne le nom de pouvoir diffusif total au rapport entre i somme des intensités diffusées dans toutes les directions et 'intensité du faisceau incident.

Absorption. — La chaleur qui tombe sur un corps athermane, t qui n'est ni réfléchie, ni diffusée, est évidemment absorbée. Le louvoir absorbant d'un corps est d'ailleurs mesuré par le rapport uilre la quantité de chaleur que ce corps absorbe et la quantité de baleur incidente.

Si donc on représente par 1 la quantité de chaleur incidente, lar r, d et a, les pouvoirs réflecteur, diffusif et absorbant, on -ura :

l=r + d+a, d'où: a=l — r — d.

Les lois de l'absorption sont donc corrélatives de celles de la éflexion et de la diffusion.

Le pouvoir absorbant des corps athermanes, qui sont les anaagues des corps dits opaques en ce qui concerne la lumière, dimiue quand l'inclinaison augmente et varie avec la nature des adiations incidentes. Le noir de fumée et le blanc de céruse, ar exemple, absorbent également et à peu près complètement 3S radiations obscures ; mais tandis que le noir de fumée absorbe ussi d'une façon à peu près complète les radiations calorifiques iimineuses, celles-ci sont diffusées en notable proportion par le liane de céruse. -

La quantité de chaleur absorbée par les corps diathermanes arie, comme la quantité de lumière absorbée par les corps ransparents, suivant une loi donnée parla formule :

'ans laquelle Iq est l'intensité incidente, I l'intensité transmise, a tpaisseur du corps traversé et /cune constante appelée coefficient 'absorption.

L'expérience montre que la valeur de k est la môme pour un lômc corps, qu'il s'agisse des radiations calorifiques ou des ralalions lumineuses de même réfrangibilitô.

Ce coefficient, et par suite la quantité de chaleur absorbée, arie d'ailleurs en général, pour un môme corps, avec la nature

848 CHALEUR

des radiations. Il résulte de là que, si le faisceau incident contient des radiations de diverses réfrangibilités, le faisceau transmis peut présenter, comme dans le cas de l'absorption lumineuse une constitution très différente de celle du faisceau incident. C'est ainsi que le verre, le quartz, la glace, l'alun, etc., laissent passer de grandes quantités de cbaleur lumineuse, tandis qu'ils absorbent complètement, sous une épaisseur convenable, les radiations calorifiques obscures.

Emission. — Lorsqu'un corps est porté à une température supérieure a celle des corps environnants, il émet des radiations calorifiques. L'observation montre d'ailleurs que, si la température du corps s'élève, l'intensité de la cbaleur rayonnée augmente en même temps que la réfrangibilité des radiations émises s'accroît (§307, pag. 541).

La quantité de cbaleur émise varie, pour une même surface d'émission, avec la direction suivant laquelle on la mesure Pour une surface donnée recouverte de noir de fumée, cette quantité est proportionnelle au cosinus de l'angle de la direction des radiations avec la normale à la surface; en d'autres termes, la quantité de cbaleur émise est constante pour toutes les directions, normales ou obliques, si on la considère dans des faisceaux de sections droites égales entre elles.

Pour les corps autres que le noir de fumée, la quantité de chaleur rayonnée diminue, en général, plus rapidement que ne l'indique la loi du cosinus, à mesure que l'inclinaison suivant laquelle on la mesure augmente.

Il est évident, en outre, que, toutes cboses égales d'ailleurs, la quantité de cbaleur émise augmente avec la température du corps qui rayonne.

On appelle pouvoir émissif d'un corps, suivant une direction déterminée et à une température donnée, le rapport entre la quantité de cbaleur émise par le corps suivant cette direction et la quantité de cbaleur que rayonne la même surface de noir de fumée suivant la même direction et à la même température.

L'expérience montre que, pour tous les corps et sous toutes les inclinaisons, on a ;

e-f-r-f 0'= 1, e étant le pouvoir émissif.

Si l'on compare cette relation à celle de la page 847, on conclut que :

c'est-à-dire que, pour une même incJioaison et une même température, le pouvoir émissif d'un corps est égal à son pouvoir absorbant, égalité que nous avions déjà énoncée en ce qui concerne l'absorption et l'émission des radiations lumineuses (§ 310, pag. 544) .

L'égalité entre les pouvoirs émissif et absorbant est une analogie de plus à invoquer en faveur de l'identité de nature des radiations calorifiques et lumineuses, et les considérations suivantes indiquent quelle est la cause de cette égalité. La lumière et la cbaleur étant engendrées par un mouvement vibratoire, Tabsorption des radiations calorifiques ou lumineuses doit consister en une communication du mouvement incident aux molécules du corps absorbant; mais cette communication doit être plus facile, l'absorption doit donc être plus parfaite si les mouvements incidents sont ceux-mêmes que le corps peut émettre, en vertu de son élasticité propre, lorsqu'il est porté à une température suffisante. L'égalité des pouvoirs émissif et absorbant se présente ainsi comme une conséquence de l'identité de nature des radiations qu'un coi*ps peut émettre ou absorber.

Equilibre mobile des températures. — Pour établir les résultats que nous venons d'énumérer, on a supposé implicitement que, lorsque deux corps en présence ont des températures différentes', le corps le plus cbaud rayonne seul de la chaleur; mais, en réalité] rien ne démontre que le corps le moins chaud n'émet pas, lui aussi, des radiations, en quantité d'ailleurs moindre que celle que rayonne le corps le plus chaud. Il est même rationnel de croire que les deux corps en présence rayonnent l'un vers l'autre des quantités de chaleur inégales et que les effets observés sont de simples différences entre deux phénomènes, identiques comme nature, mais différents en quantité.

On admet encore que les choses se passent de môme entre les divers corps contenus dans une même enceinte. Les quantités de chaleur rayonnée sont dès lors d'autant plus grandes que le corps qui les émet est à une température plus élevée. De là résulte un Imbert. — Physique biolog. 54

CHALEUR

accroissement de température des corps les moins chauds, et l'on conçoit qu'après un temps suffisant tous les corps de la même enceinte, si aucun d'eux n'est le siège d'une source de chaleur, arrivent à une température stationnaire et la même pour tous. A partir de ce moment, chaque corps rayonne, pendant chaque unité de temps, une quantité de chaleur égale à celle que lui envoient, durant le même intervalle, les autres corps de l'enceiate.

C'est en cela que consiste l'hypothèse âileàeV équilibre mobile des températures.

Ajoutons que, avant le moment où l'équilibre des températures est établi, la quantité de chaleur perdue, pendant un temps donné, par un corps plus chaud que l'enceinte peut être regardée comme proportionnelle à la différence des températures du corps et de l'enceinte, si cette différence n'est pas trop considérable. '