ES G A Z

Acide carbonique

Ëther murialique

Acide hydro-cyaoique

Gaz oxy-ch!oro-carbonique . . .

Acide sulfureux

Hydrogène proto-phosphoré . . .

Décomposition de ia lumière par réfraction»

1252. Dans tout ce qui précède , nous avons supposé que la lumière n'éprouvait dans la réfraction aucune autre altération que sa déviation ; mais il n'en est pas ainsi : un rayon de lumière blanche qui traverse un prisme en sort dilaté et coloré. Ce phénomène porte le nom de dispersion; nous verrons bientôt à quoi il faut l'attribuer. Le faisceau réfracté est en général d'autant plus dispersé que la puissance réfractive de la substance est plus considérable : pour les gaz , la dispersion est peu sensible ; mais pour les substances solides ou liquides , les rayons colorés sont très-écartés. Dans les tables précédentes , les indices sont relatifs au rayon jaune qui occupe le milieu du faisceau.

Pour reconnaître la dispersion et la coloration qui accompagnent toujours la réfraction, lorsque la surface d'émergence n'est point parallèle à la surface d'incidence, imaginons qu'on ait pratiqué au volet d'une chambre obscure une ouverture d'un très-petit diamètre, par laquelle s'introduise un faisceau délié de rayons solaires. Si on reçoit le faisceau sur un prisme de verre blauc bien transparent, et le faisceau réfracté sur un carton blanc, on observe 1° que l'image (fig. 770), nommée spectre, est allongée perpendiculairement aux arêtes parallèles du prisme; 2" qu'elle est terminée par deux lignes droites parallèles et par deux demi-cercles ; 3" que toute la

surface de l'image esl formée de bandes parallèles entre elles et aux arêtes des prismes, et colorées des feintes tes pins brillantes. L'extrémité la plus voisine de l'angle réfringent du prisme esl d'un rouge vif; l'extrémité opposée est violette.

Si on observe des spectres formés par des prismes de différentes substances incolores, de même angle et dans la même position, on reconnaît que les couleurs se succèdent toujours dans le même onlre, mais qu'elles n'occupent pas dans le spectre des espaces proportionnels. Ainsi , par exemple , un prisme de Aintglass (verre renfermant du plomb) donne proportionnellement beaucoup plus de violet et beaucoup moins de rouge qu'un prisme de crown-glass ( verre ordinaire).

Le nombre des teintes intermédiaires entre le rouge et le violet qui forment les extrémités des spectres* esl infini; mais on est convenu dVn prendre quelques-unes pour termes de comparaison, t'.cs teintes se succèdent dans l'ordre suivant : rouge , orangé, Jaune, vert, bleu, indigo, violet. Dans l'image solaire, ces couleurs passent de l'une à l'riutre d'une manière continue par uqe infinité de nuances intermédiaires. On peut obtenir un spectre dans lequel les teintes sont assez bien séparées en faisant entrer les rayons solaires par un orifice d'un centimètre de diamètre, recevant le faisceau sur un prisme d'un angle réfringent de 60>, et plaçant l'écran à six mètres de distance.

Lorsque l'on veut observer quelque temps ce phénomène , comme le mouvement du soleil changé h chaque instant la direction du faisceau incident , on est obligé de déplacer souvent la lentille , le prisme et le carton qui reçoit le spectre. Pour éviter cet inconvénient, on reçoit extérieurement le rayon solaire sur un miroir métallique dont on fait varier la position , de manière à avoir un rayon réfléchi de direction constante; celte variation peut s'obtenir â l'aide de deux mouvements recta ngn la ires qu'on dirige à la main de l'intérieur de la chambre, ou par un mouvement d'horlogerie : l'appareil porte alors, le lom d'/tétiostot. Nous l'examinerons plus tard. . Toutes les lumières artificielles que nous pouvons produire donnent des spectres analogues à celui qui est produit, par les rayons solaires; mais les couleurs sont moins vives, et dans toutes il manque certaines couleurs; cependant, celles qui s'y trouvent sont disposées dans le même ordre que dans le spectre solaire.

1253. Les observations que nous avons faites sur le spectre solaire* s'expliquent très-bien en supposant que les rayons de lumière blanche soient formés de rayons parallèles, jouissant individuellement de la propriété de produire la sensation d'une couleur déterminée, et ensemble de celle de produire la sensation de la lumière blanche; et qui, ayant des réfrangibilités différentes, sont séparés par tous les corps diaphanes dont les faces d'incidence et d'émerRence ne sont point parallèles. Mais pour que cette hypothèse puisse être admise, il faut reconnaître 1° que l'allongement du spectre solaire ne peut pas être produit par la dispersion de rayons également réfrangildes; 3° que les rayons colorés onl individuellement des réfrangibilités différentes ; et 3° enfin que la réunion des rayons colorés produit réellement de la lumière blanche.

1254. Pour reconnaître l'altération qu'éprouve dans ses dimensions un faisceau de lumière homogène, c'est-à-dire dont tous les rayons sont également réfrangibles lorsqu'il traverse un prisme, considérons (fig. 771 ) un prisme dont les arêtes sont horizontales , et un faisceau de lumière parlant d'un point o et formant un cône droit dont Taxe est dans un plan perpendiculaire aux arêtes du prisme. Je dis d'abord que les rayons incidents et émergents correspondants sont également inclinés sur un plan perpendiculaire aux arêtes du prisme : en effet, nous verrons plus tard que la vitesse de la lumière est toujours la même dans le même milieu j et , comme les composantes de la vitesse du rayon incident et du rayon émergent , parallclcment aux arêtes du prisme sont nécessairement égales, attendu que le prisme est symétrique par

TRAITÉ ÉLÉMENTAIRE DE PUYStylE.

rapport a celle direclioQ , el qu'il n'y a pas de raison pour que ces composantes soieul altérées plutôt dans un sens que dans l'autre , U s'ensuit nécessairement que le rayon incident el le rayon émergent sont également inclinés sur la section principale. On conçoit d'ailleurs facilement qu'un prisme ne produit pas de déviation parallèlement à ses arêtes, ce que l'on peut vérifier par l'expérience : car, lorsqu'on regarde un corps à travers un prisme, les dimensions du corps parallèles aux arêtes n'éprouvent point d'altération, quelle que soit la position du prisme. Ainsi , les rayons incidents dirigés dans le méridien parallèle aux arêtes du prisme donneront deux rayons émergents qui feront entre eux un angle égal à l'angle du cône incident. Voyons maintenant ce qui arrivera aux rayons incidents dirigés suivant la section principale du prisme': on a évidemment o = i - i', et k = f — r, et on aura o = k quand on aura en même temps i = r' et t' = r, ce qui pourra toujours avoir lieu quand le cône inciJent contiendra le rayon de minimum de déviation qui passe par le point o, rayon qui , lorsque l'angle o est très petit, coïncide sensiblement avec son axe. Il résulte de là que, si l'axedu faisceau incident a la direction du rayon de minimum de déviation, et si on reçoit le faisceau émergent sur un écran , les rayons qui formeront les extrémités du diamètre horizontal seront inclinés entre eux de la même quantité queceux qui forment les exlrémitésdu diamètre vertical, et cet angle sera égal à l'angle au sommet du cône incident; et par conséquent, si les points de rencontre des rayons qui forment les extrémités des deux diamètres étaient à la même distance de l'écran . les deux diamètres seraient égaux. 11 n'en est point ainsi , à cause de l'inégalité de divergence des rayons dans l'intérieur du prisme parallèlement et perpendiculairement à la section principale ; mais, les dislances des points de rencontre étant peu différentes, il n'en résultera qu'une petite différence dans les diamètres, différence qui sera une fraction d'autant plus petite du diamètre moyen que ( écran sera plus éloigné : ainsi, en recevant l'image sur un écran , placé à une grande distance du prisme , l'image sera sensiblement circulaire. Mais, si le faisceau incident n'avait pas sur la surface du prisme l'inclinaison que nous avons supposée , le diamètre horizontal de l'image serait le même , et le diamètre vertical serait plHs «rand ou plus petit, suivant le sens dans lequel l'inclinaison du faisceau incident aurait varié. En effet, soit pkj/ {fig. 772) le faisceau émergent correspondant à la position o' du faisceau ineident, qk> et ifH? des lignes parallèles aux rayons émergents correspondants à la position o" du faisceau incident, on a D—D>—k tik =D — a — {£/ - a') — k 4- a! — a;aiaai le diamètre vertical de la seconde imagesera plus grand que celui de ta première, si a' est plus grand que a, el il sera plus petit dans lecas contraire ; mais a est la variation de déviation qu'éprouve le rayon ineideot supérieur, lorsque le faisceau incident passe de la position 0' à la position 0", et a' est la variation de déviation du rayon inférieur ; mais, les angles o' el 0" étant les mêmes, le rayon supérieur et le rayon inférieur du faisceau incident éprouvent la même variation d'incidence quand le faisceau passe de 0' en 0" • par conséquent a elo' sont les variations de dévialions correspondantes à des variations égales d'incidence ; mais , à partir du minimum de déviation , les accroissements de déviation pour des accroissements ou des décaissements égaux de l'angle d'incidence vont en augmentant , par conséquent a sera plus grand que a' si le rayon supérieur est plus écarté de la direction de minimum de déviation que le rayon inférieur, et ce sera le contraire s'il l'est moins. Or il est facile de voir que , quand le faisceau se rapproche du sommet du prisme, les rayons inférieurs sont plus écartés de la direction de la déviation minimum que les rayons supérieurs : par conséquent a' est > que a, et c'est le contraire quand le point 0 se rapproche de la hase du prisme ; ainsi , dans le premier cas le diamètre vertical de l'image s'allonge , et dans le second il se raccourcit.

Si les rayons du faisceau réfracté marchaient en sens contraire , les rayons sortiraient du prisme dans la direction des rayons incidents : ainsi l'œil , étant placé au point de convergence des rayons , verrait une image circulaire ; mais , si le faisceau incident avait une section circulaire dans la position où il devrait être aplati pour paraître circulaire, l'image serait évidemment allongée , et elle serait aplatie quand le faisceau . pour donner une image circulaire, devrait être allongé. Ces dernières conséquences delà théorie peuvent facilement être vérifiées par l'expérience : si on regarde un corps sphérique placé à une petite distance du prisme, dans la position du minimum de déviation , l'image est sensiblement circulaire; mais, si on tourne le prisme de manière à rapprocher de l'œil l'angle réfringent du prisme, l'image s'aplatit, et, eu le tournant en sens contraire , l'image s'allonge. Il résulte évidemment de ce que nous

venons de dire , que rallongement du spectre solaire dans la position du minimum de dévia* tion est incompatible avec l'égale réfrangibilité des rayons.

1255. Pour constater l'inégalité de réfrangibilité des rayons , recevons le spectre sur un carton percé d'un trou correspondant au centre d'une certaine bande colorée (/iff. 775); le faisceau de rayons colorés qui passera au travers sera isolé du reste des rayôns et pourra être examine séparément. En lui faisant traverser un second prisme EFD, on remarque que sa teinte reste constante; et, si en traversant ce • second prisme l'incidence est égale à l'émergence, son image directe est égale à son image réfractée, ce qui ne peut avoir lieu qu'autant que l'indice de réfraction est le même pour tous les rayons qui le composent. En recueillant ces rayons sur une lentille, ils se réunissent en un seul foyer, d'où l'on doit conclure encore que tous les rayons qui le composent sont également réfringents. Si on pratique sur le carton MIT qui reçoit le spectre une seconde ouverture correspondante au centre d'une autre bande colorée , le nouveau rayon , en passant à travers ce second prisme , se comportera comme le premier; mais, en examinant la position des deux images après la seconde réfraction , on reconnaît facilement que les rayons qui les ont produites ont des réfrangibilités différentes, car la distance des images est plus grande que celle qui résulterait de l'égale réfrangibilité des rayons.

On peut encore faire l'expérience d'une manière plus concluante et plus facileà exécuter. Si on reçoit le faisceau de lumière spr un prisme dont les arêtes soient horizontales, on obtiendra un spectre MIS Kfig. 773 A) allongé verticalement, et dans lequel le rouge occupera la partie supérieure si l'angle réfringent du prisme est placé en haut: si alors on place derrière ce prisme un autre prisme dont les arêtes soient verticales, tous les rayons seront déviés horizontalement, et on obtiendrait un spectre parallèle au premier si tous les rayons étaient également réfrangibles; mais on obtient un spectre M'jV incliné dans le sens indiqué par la figure, ce qui démontre évidemment que la réfrangibilité des rayons croit depuis le rouge jusqu'au violet.

On peut encore vérifier ces inégalités de réfrangibilité en traçant sur un carton noir et sur la même ligne des bandes de même hauteur et de différentes couleurs : en les regardant à travers un prisme on les voit inégalement élevées.

On peut encore démontrer l'inégale réfrangibilité des différents rayons colorés d'une autre manière. Nous avons vu (1231) que, quand un rayon de lumière se présentait pour sortir d'un milieu réfringent pour passer dans le vide ou dans un corps moins réfringent, le rayon se réfléchissait complètement quand le sinus de

l'angle d'incidence dépassait £ : or, si les rayons colorés sont inégalement réfrangibles, les angles sous lesquels la réflexion totale commencera seront différents pour chacun d'eux; par exemple, le rayon violet, étant le plus réfrangible , commencera à se réfléchir sous un plus petit angle que le rayon rouge , qui Test le moins. Newton a vérifié ce fait par l'expérience suivante : il fit tomber un trait de lumière solaire dans une chambre obscure , perpendiculairement à la face AC(fig. 774) d'un prisme BAC, dont les angles B et C'étaient de 4î>°; le rayon arrivé en / se divisa en deux parties ; l'une fut réfléchie et sortit par la face AB sans éprouver de dispersion sensible , tandis que l'autre partie fut réfractée au point / et forma sur un carton le spectre mn. Le rayon réfléchi fut reçu après son émergence sur le prisme abc, et forma un autre spectre vin' ; alors, en faisant tourner le prisme ABC de manière à augmenter l'angle d'incidence sur la surface BC, il remarqua que la partie violette diminuait dans le spectre mn et augmentait dans le spectre m'ri, et que toutes les couleurs s'affaiblissaient successivement dans le spectre mn et se renforçaient dans le

spectre tri ri, suivant l'ordre violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge; ce qui s'accorde parfaitement avec ce que nous avons annoncé.

Ainsi chaque rayon coloré conserve sa teinte par la réfraction , sa réfrangibilité est constante pour le même corps, et dans les mêmes circonstances les réfrangibilités des rayons différents sont inégales; et, comme dans les spectres formés par toutes les substances réfringentes la succession des teintes est la même, il en résulte que le rayon violet est le plus réfranRible, le rayon rouge celui qui l'est le moins, et qu'entre ces deux limites la réfrangibilité des rayons varie d'une manière continue. Mais les rapports des réfrangibilités des différents rayons ne sont pas les mêmes pour tous les corps , comme nous le verrons lorsqu'il sera question de l'achromatisme.

1256. Reste enfin à reconnaître si la réunion de tous les rayons séparés par un prisme peut produire de la lumière blanche. Pour cela recevons le spectre sur une lentille : chaque système de rayons ayant une réfrangibilité différente formera un foyer séparé, et il y aura par conséquent sur l'axe de la lentille une suite de foyers distincts, mais qui seront peu éloignés les uns des autres, car les réfrangibilités diffèrent peu. Si on place dans le lieu des foyers un miroir métallique oblique à l'axe, il réfléchira régulièrement les rayons appartenant à chaque cône réfracté, et il paraîtra coloré d'une teinte qui variera avec la position de l'oeil ; mais si on y place un carton, une feuille de papier ou un corps non poli, la réflexion diffusedes rayons les mêlera, et on n'apercevra qu'une image blanche légèrement colorée sur ses bords. Pour rendre encore plus évident que c'est bien la sensation simultanée de tous les rayons qui produit la lumière blanche, on prend un carton découpé ( fig. 7T6 ) que l'on fait mouvoir devantle spectre solaire de manière à intercepter successivement différentes bandes colorées : alors l'écran placé au foyer de la lentille prend différentes nuances qui dépendent de celles des rayons interceptés ; mais si on fait mouvoir rapidement le carton, l'image du foyer devient blanche. Ici les sensations des différentes couleurs sont réellement successives ; mais comme la sensation dans l'organe a une certaine durée, cette dernière étant plus grande que le temps total de leur succession, l'effet produit est le même que si elles étaient simultanées.

On peut encore réformer la lumière blanche en rendant les rayons colorés parallèles : il suffit pour cela de regarder le spectre {fig. 776 ) avec un prisme de même matière, d'un angle réfringent égal et placé d'une manière symétrique ; les rayons, se trouvant dans des circonstances inverses de celles qui les ont séparés, redeviendront parallèles et produiront de la lumière blanche ; c'est ce qu'on observe en effet. La recomposition de la lumière blanche par des réfractions égale* et opposées n'exige pas que les deux prismes aient des angles parfaitement égaux : on peut parvenir à ramener les rayons au parallélisme, quel que soit le prisme dont on fait usage, pourvu qu'il ne soit pas extrêmement différent du premier, eton peut toujours trouver une infinité de positions telles qu'il recompose la lumière réfléchie par le spectre. En effet, si on place le prisme de manière qu'il soit en sens contraire du premier, à une petite distance du tableau, les rayons émanés du spectre, et qui arriveront à l'œil, formeront une image du spectre moins allongée, parce que la réfraction inclinera les rayons émergents vers la base du prisme, et que cette déviation sera plus grande pour les rayons violets que pour les rayons rouges; à une certaine distance l'image deviendra parfaitement blanche, et cela arrivera quand la dispersion dans le prisme pour des rayons parallèles sera égale à la convergence des rayons incidents; au delà de cette distance on verrait un spectre en sens contraire. On se rendra compte d'une manière plus simple du fait dont il est question en remarquant que, si le second prisme était assez éloigné du spectre pour que les rayons qui en émanent pour arriver à l'œil à travers le prisme pussent être considérés comme parallèles, l'œil verrait un spectro