Sur le pouvoir rotatoire du quartz et sa variation avec la température

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Submitted on 1 Jan 1879

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J. Joubert

To cite this version:

J. Joubert. Sur le pouvoir rotatoire du quartz et sa variation avec la température. J. Phys. Theor.

Appl., 1879, 8 (1), pp.5-10. �10.1051/jphystap:0187900800500�. �jpa-00237583�

JOURNAL

DE PHYSIQUE

THÉORIQUE ^ET APPLIQUÉE.

SUR LE POUVOIR ROTATOIRE DU QUARTZ ET SA VARIATION AVEC LA

TEMPÉRATURE;

PAR M. J. JOUBERT.

On ne connait

guère

que pour les

température

inférieures à 1000 l’influence de la chaleur ^sur les

propriétés optiques

des corps

transparents.

^{Je me suis}

proposé

de pousser ^cette étude

jusqu’à

ses dernières

limites,

c’est-à-dire

jusqu’au point

^où le corps soumis a

l’expérience change

nécessairement d’état. La difficulté était d’obtenir de bonnes

images

^{à ces}

températures

^élevée.

L’ezpé-

rience n1’a montré que, pour y

réussir,

il suffit

d’opérer

^à

tempé-

rature constante et dans l’air raréfié : on

peut

^alors

reproduire

^les

phénomènes

^les

plus

^{délicats de}

l’Optique

^{avec autant de}

perfec-

Lion

qu’à

^la

températurc

^ordinaire.

Je donnerai dans ^cette Note les résultats relatifs au

pouvoir

^ro-

tatoire du

cluartz.

^,

Ce

pouvoir

^{varie avec la}

lCll1péralure.

Sa variation entre o et I00° a été

déjà

^mesurée par 31. Fizeau

(1)

^avec la lumière

jaune

^de

la

soude,

par 1I. V. de

Ilang (-)

^{avec celles du}

^lithium,

^{du sodium}

et du

thallium,

_pour

lesquelles

^{il a trouvé le même} coefficient

(1) FIZEAU, Recherches sur la dilatation et la double réfraction ^{dit cristal de noclee} (_dllllales ^{de Chimie et de} Plrysique, 46 série, ^1. II, p. 176 ).

(2) ^{V. nE LANG, Ueber die} -4bhiiiidigh-eit ^der Circularpolarisatioll ^des Qua1’t::.es ^’VOII der Temhercctzcr (Anno ^de Pogg., ^Bd. CL VI, p. !E22 z I875).

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:0187900800500

limites,

de ces deux derniers

physiciens;

^{mais mes}

expériences

^{s’éuendent}

beaucoup plus

^{loin et vont de 201320° à} I500° environ.

Le

quartz

^est

placé

^{dans un tube de verre ou de}

porcclai

^tic

(f, 1 Il. 1),

¹

Fig. ^1.

suivant les _cas, fermé _par des

glaces

^{à ses} extrémités et muni d’une tubulure

qui permet d’y

^{faire le}

vide ;

et, _{pour le}

porter

^à

tempé-

rature

constante, j’emploie

la vapeur d’un

liquide

^{bouillant sous la}

pression

^de

l’atI110sphère.

^{L’étuve est un}

cylindre

^en

^métal,

^tra-

versé suivant un diamètre par ^un tube

métallique

^soudé par ^ses extrémités aux

parois

^{du vase. C’est dans ce tube}

métallique

que

s’engage

^{le tube de}

porcelaine,

^{y et un} peu de lut

empêche

^{l’air de}

circuler dans l’intervalle des deux tubes. Le

cylindre

^{est installé}

dans un fourneau

conv enable ;

^{un tube de}

plomh

^de

petit ^diamètre,

traversé par ^{un courant} d’eau

froide,

s’enroule de

chaque

^côté

autour du tube et

empêche

l’échauffement des

extrémités ;

^enfin

un

système

^d’écrans

protége

^les

glaces

^{et les}

appareils

^{de mesure}

con tre le

rayonnement

^{du fourneau. Pour les}

températures,

moyennes

(alcool, 78°,26;

^eau,

^{I00° ; aniline,}

^y

I83°,5),

^l’étuve

était en cuivre _rouge et munie d’un

réfrigérant Liebig;

pour

(1) SONCKE, ^{Ueber den} Einfluss ^der Temperatllr auf ^da,ç optiscfie Drelwermogell ^des Qllart::.es llnd des Chlorsauren Natron (Atiti. der Physik ^{llnd der} Clcenrie, ^nene Folge,

Bd. 11I, p. 516; 1878).

7

les

températures plus élevées (mercure, ^{360° ;} soufi’e, 448°;

^cad-

mium, 8400),

^{elle est en fer}

forgé.

^{C’est une bouteille à mercure,}

coupée

^{à la}

partie supérieure

^et munie d’un couvercle avec un tube

qui

^s’élève

obliquement (1).

^{Ici le}

réfrigérant

^est

inutile ;

l’action de l’air suffit pour condenser les vapeurs; celles-ci retombent dans la cornue à l’état

liquide,

^sans

qu’il y

^ait

danger

d’obstruction.

Avec le

cadmium,

lc tube devient rouge ^{sur une}

longueur

^de

Ont,

³⁰

à

0m,40.

Pour les

températures supérieures

^au

point

d’ébullition du cad-

mium, j’ai

eu recours à

l’obligeance

^{de M.}

^Deville, qui

^{a bien}

voulu mettre à ^ma

disposition

^un fourneau chauffé ^aux huiles lourdes de

pétrole, lequel

^m’a

permis de porter

^le

quartz jusqu’à

^la

température

du ramollissement de la

porcelaine.

Le

quartz

^étant très-mauvais

COI1d11cteLlr,

^{demande à} être chauffé

avec

beaucoup

^de

précaution :

^{toute variation un} peu

brusque

^de

température

le fait éclater.

J’ajoute qu’aux températures

^les

plus

élevées il

garde

^une

transparence parfaite,

^{y tout en}

présentant

^un

faible

pouvoir

émissif. Vu sur un fond

noir,

y il

apparaît

^conlme

lavé par ^une teinte rose extrêmement

légère.

J’ai

employé plusieurs procédés

^{pour mesurer le}

pouvoir

^rota-

toire,

et, ^en

premier ^lieu,

^le

procédé classique

^{de M. Fizeau et}

Foucault. Pour

plus

^de

précision,

^y le rayon

polarisé

^{dans un}

plan

vertical traversait le

prisme

^avant de tomber ^sur le

quartz.

^J’ai

constaté,

par ^cette

méthode, qu’à

^la

température

d’ébullition du soufre le

rapport

des rotations pour les raies

C,

^{D et F est le}

même

qu’à

^la

température

ordinaire. Il suffit donc d’étudier la va-

riation pour ^une raie

quelconque.

^La

plupart

^des

expériences

^ont

été faites avec la lumière de la soude et le

polarimètre

de Laurent.

Dans cet

appareil,

le rayon

primitivement polarisé

^{traverse un}

diaphragme

circulaire dont une des moitiés seulement est recou- verte par ^une lame

biréfringente parallèle

^à

^l’axe,

^d’une

épaisseur

d’une

demi-onde,

y et dont l’arête

parallèle

^à la section

principale

f’ait un

angle très-petit

^{avec le}

plan

^de

polarisation primitif.

^Les

rayons ^émanés des deux moitiés du

disque

^sont

polarisés

^{dans des}

(1) ^Ce dispositif ^{est celui} qui ^est employé par MM. Deville ^et Troost, ^et qu’ils ^ont

décrit dans leur Mémoire sur les densités de vapeur (Annales ^{de Chinzie et de} Phy- sique, ^{3° série, t. LVIII, p.} 25ç.)

que

Imprime

douée de pouvoir rotatoire.

travers un

analyseurs

^{les deux moitiés du}

disque

^{auront des in-}

tcnsités

égales

^{toutes les} fois que ^la section

principale

^de

l’analy-

seur coïncidera avec lc

plan

bissecteur des deux

plans

^de

polarisa-

tion. Ce

procédé

^est

très-précis,

^{et, avec le mode}

d’éclairage adopté

par ^M.

Lurent,

^sa

précision

^{absolue est a} 1)CIl

près indépendante

de la rotation observée. Les lectures d’un même

angle

^{diffèrent ra-}

rement de

plus

^{de 1’.}

Les

expériences

^ont

porté

^{sur dix} échantillons de

quartz,

^de provenances

différentes,

^{les uns}

droits,

^{les autres}

gauche,

^{et dont}

l’épaisseur

^{variait de}

^{om, 015}

^à

^om,04o.

On s’était

assuré,

par les

procédés

^{connus, de la}

pureté

^des

échantillons,

^du

parallélisme

^des

faces et de leur exacte

perpendicularité

^{à l’axe. La}

plus grandc

difficulté des

expériences

^{est dans le}

réglage

^des

appareils :

^{il faut}

que le rayon ^de lumière traverse le

quartz

exactement suivant son

axe; la moindre déviation entraîne des erreurs considérables. J’ai

essayé plusieurs procédés

de vérification : l’un

d’eux, très-exacte était,

^{avec une}

légère lnodification,

nécessitée _par la

disposition

des

appareils,

^le

procédé qui permet

^de reconnaître avec

l’appareil

dc

Nörremberg

^{et les}

spirales d’Airy

^{si un}

quartz

^est

perpendicu-

laire à

l’axe ;

^celui

auquel je

^{me suis arrété, et}

qui, plus simple,

^est

tout aussi exact

quand

^{on s’est}

assuré,

^au

préalahle,

que la face du cristal est bien

perpendiculaire

^à

l’axe,

^{est de vérifier} que le rayon ^tombe nol’111a1f’n1f’I7t à la face d’entrée. Il suffit pour

cela,

la lunette d’observation étant

réglée

pour

l’infini,

d’al21ene1’ les

images

^du réticule données par les deux faces ^du cristal à coin- cider avec le réticule

lui-mème;

^il

n’y

^a

plus

^alors

qu’à changer

^le

point

^{de la lunette et anmner le centre du}

diaphragme

que l’on vise à coïncider avec le centre du réticule. J’ai _{reconnu, par de} nombreuses

expériences,

que ^tous les échantillons de

quartz pré-

sentent une identité

parfaite

^au

point

^{de ,ue du}

pouvoir

^rotatoirc

à toute

température,

^{y et}

qu’un

^même

échantillon,

^y

porté

^aux

plus

hautes

températures, reprend, après refroidissement

^son

pouvoir

.

primitif ( 1 ) .

(1) {;n ^quartz qui ^{avait une} légère ^{teinte brune est devenu tout à fait incolore}

9

De - 20° cl

15000,

^le

pouvoir

^{rotatoire du}

quartz

^{augmente d’une} manière continue avec la

température.

L’effet observe est la résul-

tante de deux autres :

l’augmentation

^{due à} I’accroissement de l’é-

paisseurdu

cristal par le fait de la

dilatation,

^et

l’augmentation

^due

à l’accroissement du

pouvoir

rotatoire lui-mème. Ce dernier effet

est environ

vingt

^fois

plus grand

que le

premier,

^{tout au moins}

entre o et 100°, les seules limites dans

lesquelles

^{on connaisse}

la dilatation du

quartz.

Il serait intéressant de connaître cette dila- tation

jusqu’aux plus

^hautes

températures je ln’occupe

^{en ce mo-}

ment de cette détermination.

La courbe des variations du

pouvoir

rotatoire du

quartz

^{avec (a}

teiiipéraiure présente quelques particularités remarquables.

^Entre

20° et I oo°, ^{elle est} très-exactement

représentée

par la formule

p ^=J

i

^{I +}

0,000I46324t

^-E-

0,0000000329t2);

son coefficient

angulaire croît jusqu’à ^3oo°;

^{de cette}

température

a celle de l’ébullition du cadmium il reste sensiblement constant, et la courbe se confond presque ^{avec une}

ligne ^droite,

^en

présen-

tant un

point

d’inflexion vers I00°.Au delà de

840°,

^{à I000° en-}

viron,

^{la courbe}

change brusquement d’allure ;

^le

pouvoir ^rotatoire, qui

variait si

rapidement,

^{ne croît}

plus, jusqu’à ^1500°, qu’avec

^une

lenteur extrême. On ^ne

peut

manquer d’être

frappé

^de

l’analogie

de cette courbe avec celle

qui représente

l’intensité d’aimantation du fer doux en fonction de l’intensité du courante ^et il est évident

qu’on

pourra la

représenter également

par ^{un arc} dont la tangente

est une fonction de la

température,.

^Si

je

n’ai pas ^encore fait ^ce

calcml,

c’est que

je

désirerais déterminer

quelques

^autres

points

^due

la

courbe,

^{ainsi un}

point

^{à une}

température très-basse, quelque

autres entre le

point

d’ébullition du soufre* et celui du

cadmium,

enfin

quelques points

^{au delà de cette dernière}

température.

Voici, d’ailleurs, quelques

^nombres

qui conipléteroilt,

^{en les}

précisant,

les indications

qui précèdent :

Pouvoir rotatoire Coefficient moyen Rotation d’un quartz Tempénatures. ^{de Imm de} quartZ ^à partir ^{de zéro. de} 46mm^environ.

o 0

2013 0

2I,599

^o

997,3

après quelques ^heures d’exposition à ^une température ^d’environ i5oo°; ^il n’y ^{a eu}

aucune modification dans la valeur de son pouvoir ^rotatoire.

La dernière colonne montre que, pour

1 épaisseur

^de

quartz qui

donnerait une rotation de iooo’ à _o,

l’augmentation

^{de 3oo à}

900°

^{C. est d’environ}

20°,5

C. par ^I00, soit I2’ _par

degré ^C.;

comme on saisit une variation de

i,

^le

-L

^de

degré

^{C. à ces}

tempé-

ratures élevées devient une

quantité appréciable.

^Un

quartz

^de 0m,005

d’épaisseur

^suffirait pour donner le

degré.

Le

duartz,

par ^son

pouvoir rotatoire,

^{constitue donc un thermo-}

mètre d’une sensibilité

extrême,

satisfaisant d’ailleurs à la con-

dition essentielle de tout

uhermomètre,

^la

comparabilité.

^{Au delà}

de i ooo°, ^la sensibilité ne serai t

plus suffisante ; mais, j usqu’à

^cette

températures, je

^crois que le ^nouvel instrument

peut

^{rendre de}

très-grands

services. Son volume

peut

^{être réduit à de}

très-petites

dimensions

1 ’ ),

^et,

l’appareil

^{une fois}

installé,

^il

suffit,

pour avoir

une

température,

^{de la}

simple

lecture d’un

angle

^{et de}

l’emploi

d’une Table calculée unc fois pour ^{toutes :} il devient

alors,

pour ^la

simplicité

^{de son}

emploi

^{et la sûreté de ses}

indications,

^{un instru-}

ment

comparable

^au thermomètre à mercure.

NOUVEAU

RÉGULATEUR

DE VITESSE;

PAR M. MARCEL DEPREZ.

Ce

régulateur

est surtout

applicable

^{aux moteurs}

électriques.

Il se compose essentiellement cl’une lame

élastique

^IH

(fig. ^i),

^fixée

(’ ) ^Dans des recherches en cours d’exécution, je ^me sers, ^comme thermométre, ^d’un petit quartz ^{de 8--} de diamètre et I Jmm de longueur. ^Pour éviter les variations trop brusques ^de température, je ^le place ^{dans un} cylindre ^{de cuivre} rouge ^un peu épais qui ^fait l’ofl’ice de régulateur.