POUVOIR ÉMISSIF. POUVOIR ABSORBANT

Colle de poisson ....

Surfaces métalliques . . .

Pour déterminer le pouvoir

émissif, on chauffait les

substances

à la température de

100°; dans la mesure du pouvoir absorbant, on se servait comme source de chaleur d'une plaque de cuivre chauffée à 100°. Les nombres inscrits dans la troisième colonne se rapportent au cas où la plaque de cuivre était portée à la température de 400°; de là des changements dans le pouvoir absorbant, et par conséquent aussi dans le pouvoir émissif. Par suite de l'égalité des pouvoirs absorbant et émissif, il suffit de déterminer l'un ou l'autre de ces coefficients.

276. COMMUNICATION DE LA CHALEUR PAR CONDUCTIBILITÉ. — Tandis que la chaleur rayonnante se propage, comme la lumière, avec une vitesse à peine mesurable, tant elle est grande, la transmission de la chaleur par conductibilité

CHALEUR

s'effectue si lentement qu'on peut aisément en suivre la marche dans Tintérieur des corps. On constate, en outre, que la vitesse avec laquelle la chaleur se communique ainsi de molécule à molécule, varie considérablement suivant la nature des corps. Si, par exemple, nous chauffons une barre métallique par l'une de ses extrémités, une élévation notable de température ne tarde pas à se faire sentir à l'autre extrémité; au contraire, une baguette de verre ou de bois s'échauffe beaucoup moins et bien plus lentement dans les parties qui ne sont pas en contact direct avec le foyer de chaleur.

La propagation de la chaleur par conductibilité s'explique à l'aide du prin cipe du rayonnement ^articulaire. Tout corps, en tant qu'il conduit la chaleur, doit êlre considéré comme étant entièrement athermane ; la molécule directement en contact avec la source calorifique absorbe de la chaleur, s'échauffe, et sitôt qu'elle possède une température un peu supérieure à celle des partie? environnantes, elle rayonne de la chaleur dans tous les sens; la molécule voisine absorbe une portion de ces rayons calorifiques , s'échauffe à son tour , et ainsi de suite, de proche en proche. Nous pouvons donc envisager la conduction de la chaleur dans un corps comme le résultat d'une succession de phénomènes d'absorption et d'émission. Cette théorie est applicable à toutes les substances, qu'elles soient diathermanes ou non, car un corps ne peut conduire que la chaleur qu'il absorbe et non les rayons calorifiques auxquels il laisse le passage libre ; le sel gemme, par exemple , qui possède une diathermanéité parfaite , n'est pour ainsi dire pas capable de propager la chaleur par conductibilité.

276a. Coefficient de conductibilité intérieure. — Considérons un corps ayant la forme d'un mur indéfini, et supposons-le par la pensée divisé perpendiculairement à son épaisseur en tranches parallèles et très-minces : vient-on à chauffer la première tranche , la chaleur se transmettra à la tranche suivante d'autant plus rapidement que la différence de température sera plus grande; la deuxième tranche échauffera de même la troisième, et ainsi de suite jusqu'à la dernière, que nous supposons entretenue à une température constante par un moyen quelconque. Au bout d'un certain temps plus ou moins long, une tranche quelconque recevra autant de .chaleur de la précédente qu'elle en communiquera à la suivante. La température sera alors stationnaire; par suite, la quantité de chaleur qui traverse chacune des tranches dans un temps donné , sera la même pour toutes et dépendra d'un certain coefficient qui est constant pour chaque corps , et qui mesure la conductibilité de ce corps pour la chaleur. On appelle précisément coefficient de conductibilité intérieure , la quantité de chaleur qui passe dans l'unité de temps par l'unité de surface à travers une tranche d'épaisseur égale à l'unité , et dont les deux faces présentent une différence de température de 1°. .

277. Conductibilité extérieure. Pouvoirs conducteurs des corps. — La conductibilité intérieure d'un corps ne peut être déterminée directement, car, indépendamment des phénomènes d'émission et d'absorption intermoléculaires, le corps rayonne de la chaleur au dehors. C'est pour cette raison que, si on chauffe l'extrémité d'un corps de forme prismatique, une tranche éloignée do la

PROPAGATION DE LA CHALEUR

sourco calorifique s'échauffe plus lcnlciuciiL que no l'exigerait la conductibilité intérieure de la substance considérée ; elle prend une température sfcationnaire, à partir du moment où elle cède, dans l'unité de temps, au milieu environnant et à la tranche suivante autant de chaleur qu'elle en reçoit de la tranche précédente.

La température à laquelle parvient un corps dépend donc, non-seulement de sa conductibilité intérieure, mais aussi de sa conductibilité extérieure.

Par analogie avec la définition du coefficient de conductibilité intérieure, on nomme coefficient de conductibilité extérieure, la quantité de chaleur perdue par l'unité de surface dans l'unité de temps, quand l'excès de température du corps sur celle du milieu ambiant est de 1°. La déperdition de la chaleur par conductibilité extérieure est un phénomène complexe, car elle dépend en partie du pouvoir émissif du corps, en partie du pouvoir absorbant du milieu environnant. Abandonne-t-on le corps au refroidissement dans le vide, on n'a à tenir compte que de son pouvoir émissif ; mais , si le corps se refroidit dans l'air, il faut avoir égard en même temps à la chaleur absorbée par ce milieu gazeux. Et alors même que le milieu ambiant ne change pas , des corps différents prennent des températures qui dépendent toujours de leurs pouvoirs émissifs, et qui, par conséquent, ne font pas connaître leurs conductibilités intérieures.

Toutefois on peut, donner à tous les corps le même pouvoir émissif, en les recouvrant d'une mince couche de la même substance (vernis ou argent). Dans ces conditions, et toutes choses égales d'ailleurs, des corps de même section, de même périmètre, mais de longueurs différentes, perdent,. par conductibilité ■ extérieure, dans le même temps des quantités de chaleur proportionnelles à leurs longueurs. Considérons deux barres de même section et de même périmètre, mais dont l'une soit deux fois plus longue que l'autre, et supposons que les substances qui les composent aient des pouvoirs conducteurs tels que, les deux barres étant exposées par une de leurs extrémités à la même source de chaleur, les autres extrémités prennent des températures finales identiques. Chaque section de la barre la plus longue perdra par conductibilité extérieure deux fois plus de chaleur que la section correspondante de l'autre; donc elle devra recevoir deux fois plus de chaleur, et comme elle est à une distance double de la source calorifique, il en résulte que la première barre a un coefficient de conductibilité intérieure ou pouvoir conducteur quadruple de celui de la seconde. En généralisant cet exemple particulier, nous voyons que les corps de mêmes dimensions ont des pouvoirs conducteurs qui sont entre eux comme les carrés des distances à la source, des tranches qui ont même température.

C'est en s' appuyant sur cette loi qu'on a pu comparer entre elles les conductibilités des différents solides. En représentant par 1000 la conductibilité de l'argent, on obtient pour les pouvoirs conducteurs de divers solides les nombres suivants :

Argent 1000

Cuivre 736

Or 532

Laiton 231

Zinc 193

Etain 145

Fer . . 119

Plomb 85

Platine . 84

Charbon de bois 71

Maillecbort 63

Marbre 23

Bismuth 1S

Porcelaine 1?2

Brique 11,4

Corne de vache 9

CHALEUR

M. de Sénarntonta étudié la oondùctibilité de la chaleur dans les cristaux, en les façonnant en plaques minces dont il enduisait la surface d'une légère couche de cire; au centre de la plaque dtait pratiqué un petit trou dans lequel on engageait un fil métallique chauffé h l'uno do ses extrémités. La ciro fondait à partir de ce point central jusqu'à une distance en rapport avec la conductibilité du cristal. M. do Sénarmont a trouvé que dans les cristaux du systèmo régulier la chaleur se propage également vite dans tous les sens. Dans les cristaux à un axe le pouvoir conducteur est plus grand suivant l'axe que dans toute autre direction. Si donc, commo on l'a fait pour la propagation de la lumière, on construisait de la mémo manière la surface de propagation de la chaleur dans les cristaux, on obtiendrait dans le premier cas une sphère, dans le second un ellipsoïde de révolution. Les cristaux à deux axes donneraient un ellipsoïde à trois axes inégaux.

M. Knoblauch a employé la même méthode pour étudier la conductibilité du bois, et il a confirmé les résultats antérieurs de MM. De la Eive et De Candolle qui ont montré que le bois conduit mieux la chaleur dans le sens des fibres que dans le sens perpendiculaire.

277". Conductibilité des liquides et des gaz. — Dans les liquides et les gaz, la chaleur se propage en majeure partie par les mouvements qu'elle imprime aux molécules de ces corps. Le foyer de chaleur étant ordinairement à la partie inférieure, les couches échauffées s'élèvent, tandis que les couches plus froides viennent prendre la place des premières , s'échauffent à leur tour et ainsi de suite. La chaleur est donc transportée d'un point à l'autre avec les molécules fluides. Pour éviter ces mouvements et pour apprécier l'influence seule de la conductibilité , il faut renfermer les liquides ou les gaz dans un vase que l'on chauffe par la partie supérieure. C'est de cette manière que Despretz a trouvé le pouvoir conducteur de l'eau environ 95 fois plus petit que celui du cuivre, ce qui, rapporté à l'argent, donne le nombre 7,75. De tous les liquides, c'est le mercure qui conduit le mieux la chaleur. D'après les recherches de M. Magnus, les gaz, à l'exception de l'hydrogène , sont encore plus mauvais conducteurs de la chaleur.

[277b. Applications médicales de la conductibilité des corps pour la chaleur. —

Parmi les corps solides qui conduisent mal la chaleur , il convient de citer les substances de nature organique , telles que la laine , les plumes , le duvet etc. en général, toutes les matières à structure spongieuse, surtout quand elles se présentent sous forme de filaments réunis en une masse qui emprisonne de l'air dans ses insterstices. C'est la non-conductibilité des tissus de laine pour la chaleur qui les rend si éminemment propres à servir de vêtements ; ils empêchent la chaleur du corps humain de se dissiper au-dehors.

Rumford a étudié la conductibilité des substances employées dans les vêtements ; de toutes les substances examinées, le poil de lièvre est celle qui conduit le moins la chaleur; viennent ensuite l'édredon, la soie, la laine, le coton et le chanvre.

La conductibilité du fer joue aussi un rôle dans l'emploi de ce métal chauffé au rouge pour déterminer la cautérisation des tissus; la cautère transmet sa chaleur aux parties qu'il touche. L'effet produit dépend de la masse du cautère, de sa chaleur spécifique et du pouvoir conducteur du métal donî il est formé, de la température qu'il possède au moment de son application, enfin des propriétés thermiques des tissus soumis à son action.]

PROPAGATION DE LA CHALEUR

278. Lois du refroidissement des corps. — Tout corps que l'on porLe dans une enceinte dont la température est inférieure à la sienne, se refroidit graduellement jusqu'à ce qu'il ait la même température que le milieu environnant. On appelle vitesse de refroidissement d'un corps l'abaissement de température pendant l'unité de temps. La vitesse du refroidissement est proportionnelle à l'excès de la température du corps sur celle de l'enceinte, à condition que cet excès ne dépasse pas 20° (loi de Newton). Si donc la température de l'enceinte est maintenue constante, la vitesse de refroidissement se ralentit d'autant plus que l'excès de température diminue davantage.

Le refroidissement des corps dans l'air ou dans tout autre milieu s'opère sous l'influence de deux causes qui agissent simultanément : il y a déperdition de chaleur à la fois par rayonnement et par conductibilité. On peut isoler la première de ces causes en plaçant dans le vide le corps qui se refroidit; si le refroidissement a lieu dans l'air, à la perte par rayonnement vient s'ajouter la perte due au contact du gaz. Aussi les corps se refroidissent-ils beaucoup plus rapidement dans l'air que dans le vide.

Toutes choses égales d'ailleurs , la vitesse du refroidissement dépend de la grandeur de la surface du corps et de sa chaleur spécifique. Si l'on considère des corps géométriquement semblables , leur surface est d'autant plus grande par rapport à leur masse que cette dernière est plus petite; clans ces conditions, la vitesse du refroidissement varie en raison inverse du produit du poids du corps par sa chaleur spécifique.

Comparons dès lors deux corps de même forme et de même surface, et dont la température dépasse du même nombre de degrés celle du milieu ambiant : la vitesse de déperdition de la chaleur par voie de rayonnement sera proportionnelle au pouvoir émissif des corps ; la vitesse de déperdition par voie de conductibilité sera proportionnelle au pouvoir émissif du corps et au pouvoir absorbant du milieu environnant, car nous avons vu que la conduction de la chaleur consiste dans une succession de phénomènes d'émission et d'absorption intermoléculaires. Si le refroidissement a lieu dans l'air, le milieu ambiant reste toujours le même, et on peut, dans ce caSj admettre que la quantité de chaleur cédée à l'air par voie de conductibilité dépend directement du pouvoir émissif du corps. La vitesse V du refroidissement est alors donnée par la formule :

K est une constante, P désigne le poids du corps, E son pouvoir émissif, et C sa chaleur spécifique.

Le second membre de cette équation se compose, d'après ce qui a e'té dit plus haut, de deux termes. Si nous appelons, en effet, v la vitesse de refroidissement due au rayonnement seul, et v' la vitesse duo au contact de l'air, nous avons évidemment: V = v •+■

v' avec v = K ~~ et v' = K' JL, K ctK' représentant deux constantes différentes.

La loi de Newton, qui dit que la vitesse du refroidissement est proportionnelle à l'excès de température, n'est plus exacte quand la différence entre la température du corps

526 • CHALEUR

et colle du milieu ambiant ost trop considérable. D'après les recherclies de Dulong et Petit, la vitesse du refroidissement augmente plus rapidement que la différence des températures : les valeurs de V croissent en progression géométrique quand la température de V enceinte augmente en progression arithmétique, si la différence des températures reste constante.

Les lois du refroidissement sont directement applicables au corps de l'homme, qui, par ses sources actives de chaleur, se maintient toujours à une température plus élevée que celle du milieu ambiant, et la différence de température est assez petite pour qu'on puisse faire usage de la loi de Newton. Le corps humain répare à chaque instant les pertes de chaleur qu'il éprouve par le refroidissement, de telle sorte qu'il y a, en général, égalité entre la perte et le gain , et par suite constance de température. En conséquence , pour connaître la distribution de la chaleur dans l'organisme humain , il faut prendre en considération, non-seulement le pouvoir conducteur et le pouvoir émissif des tissus , mais encore la production de la chaleur. C'est pour cette raison que nous renvoyons l'étude du refroidissement du corps humain au chapitre suivant, dans lequel nous traiterons de la chaleur animale dans son ensemble.