Des diverses théories données pour expliquer les mouvements du radiometre de Crookes

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Submitted on 1 Jan 1876

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Des diverses théories données pour expliquer les mouvements du radiometre de Crookes

G. Lippmann

To cite this version:

G. Lippmann. Des diverses théories données pour expliquer les mouvements du radiometre de Crookes.

J. Phys. Theor. Appl., 1876, 5 (1), pp.220-226. �10.1051/jphystap:018760050022000�. �jpa-00237181�

220

DES DIVERSES THÉORIES DONNÉES POUR EXPLIQUER LES MOUVEMENTS DU RADIOMETRE DE CROOKES;

PAR M. G. LIPPMANN.

Les

premiers appareils

^{et les}

premières expériences

de M. Croo- Les ont été décrits dans ^ce

journal,

^tome

^IV,

p.

58, 1875. Depuis

cette

époque,

le radiomètre a

pris

^une nouvelle forme

qui

^est

connue de tous ceux

qui s’occupent

^de

physique,

^et

qui

^{ne dif-}

fère essentiellement de la forme

première

que par ceci : les ailettes verticales sont en

général

^{au nombre de}

quatre;

les bras horizon2013

taux

qui

les retiennent se réunissent à ^une

chape

^{semblable à celle}

de

l’aiguille aimantée ;

^la

chape

repose ^{sur un}

pivot

vertical : le

petits

moulinet se trouve ainsi mobile autour d’un axe

vertical ;

^{il est}

d’ailleurs enfermé dans ^un

globe

^{de verre scellé à la}

lampe

^{et où le}

vide est fait.

Cet

instrument, qu’on appelle

le radiolnètre de

Crookes,

^{a donné}

lieu à un

grand

^nombre

d’expériences

^et de théories

intéressantes;

nous nous proposons ^surtout de faire connaître les diverses théories

qui

^{ont été}

proposées

pour

expliquer

^les mouvements divers _que

prend

l’instrument :

I. Dans la

première

^Note

(1) qu’il

^a

publiée,

^{M. Crookes} n’a pas hésité à considérer le mouvement comme

produit

par l’action ré-

pulsive

^{de la chaleur. Il a}

essayé

^{de montrer}

qu’il

^ne

pouvait

pas être attribué à l’influence des courants d’air et

ensuite,

^{comme con-}

firmation de son

explication,

^{il a}

ajouté

que la ^{nature nous} donnait des preuves de ^cette action

répulsive

^de la chaleur. « Dans cette

partie

de la radiation solaire _que l’on

appelle chaleur, dit-il,

^nous

avons la force

répulsive, qui,

^se

propageant successivement, explique

le

phénomène

^des

^cométes,

^{la forme et les}

changements

^{des nébu-}

leuses ^{» .} C’est une théorie que ^M.

Faye

avait donnée

depuis plusieurs années;

^{avant M.}

Faye ^même, Laplace, F’resnel, Saigey, Forbes,

Baden

Powell

avaient

parlé

^{de cette}

forces plusieurs

^{même avaient}

essayé

de démontrer directement son

existence,

^{mais sans} que leurs

expériences

aient convaincu les

physiciens.

(’) Proceedings of the royal Society, ^t. XXII, p. 37, ^décembre 1873.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018760050022000

Dans ^son Mémoire

présenté

^à la Société de

Physique

^{de Londres}

et inséré dans le

Plzilosophical Jlagazitze (1),

^{M. Crookes se} pro-

nonce moins nettement ; il pense

qu’aucune

^{théorie ne rend} compte de tous les

phénomènes qu’il

^a

observés,

^mais

cependant

^{il croit}

que la théorie

qui

^{attribue le mouvement aux} radiations est la

plus

raisonnable.

Mais comme, selon

lui,

^aucune des théories

proposées

ne

peut

^rendre

compte

^{de tous les}

phénomènes,

^{il conseille de}

s’abstenir et de varier les

expériences.

II.

Déjà plusieurs

observateurs avaient reconnu que la

présence

d’une source lumineuse ^{exerce sur} des

appareils

^-trés- délicatement

suspendus ,

^{fléaux de}

balance, aiguilles aimantées,

^{levers très-}

légers,

^des

perturbations appréciables

^{et même}

^gênantes.

^M.

^Neesen, qui

^{avait eu} l’occasion de faire cette remarque lors de ^ses

expériences

sur l’élasticité du fil de _cocon, ^a voulu étudier

expérimentalement

les conditions de cet effet de la lumière. Il a

opéré

^{sur une balance}

de torsion à fil de cocon et dans

l’air (2).

^{M. Neesen croit}

pouvoir

attribuer le mouv ement du levier dans ce cas aux courants

qui

^se

produisentdans

^l’air

qui

s’échauffe

inégalement

^{en ses} différentes

parties,

soit par ^{contact avec} les

parties

^de

l’appareil

que touche le rayon, ^{soit de}

proche

^en

proche

par conductibilité. ^M. Neesen fait varier les distances

qui séparent

^la

palette éclairée,

^{dont il étudie}

le mouvement, ^des

parois

^{du vase}

qui

^{sert de cage, et il trouve des}

résultats variés et conformes à ses

prévisions.

M.

Poggendorff (3)

^{incline à} croire que ^cette

explication ,

par l’action des courants

d’air, explication

^{fondée sur} la dilatation et la

pesanteur

^de

l’air,

est exacte

quand

^on

opère

^avec IVI. Neesen à la

pression atmosphérique.

^{Mais dans les}

expériences

^{de M.}

^Crookes,

où le vide est si

parfait qu’il

^{ne reste}

qu’une

^masse d’air insensible à la meilleure

balance,

^on

doit,

suivant M.

Poggendorn*,

^chercher

une autre

explication

^des mouvements

rapides

^et

réguliers

que la lumière

produit.

III. La nécessité d’une nouvelle

explication

^résulte d’ailleurs de

(1) Société de Physique ^de Londres, juin 1874, ^et Philosophical magazine, ^août I874, t. XLVIII, p. 8 r .

(S) Annales de Poggendorff, ^t. CLVI, p. I44,I875.

(3) Annales de Poggendorff., ^{t. CLYI, p.} 4S3, I875.

222

ce fait que

plus

^{le vide est}

parfait, plus

^les

appareils

^{de M. Crookes}

fonctionnent sûrement. MM. Dewar et Tait

(1)

^{ont même mon-}

tré

qu’ils

fonctionnent dans un v ide assez

parfait

pour

empê-

cher l’étincelle d’une forte bobine

d’induction,

^{dans un vide au}

charbon. Ces savants

expérjlncntateurs

^{donnent la} 111anière de faire ^ce vide : ^on l’obtient ^en

épuisante

^avec la pompe ^{à mer-} cure, l’air d’un espace ^{contenant une certaine}

quantité

^{de char-}

bon de bois. On maintient ^ce charbon au rouge

pendant

que l’on pompe,

puis

^on le laisse

refroidir;

le charbon absorbe alors une

partie

^{de l’air} que la pompe avait

laissé,

^{mais une}

partie

^seule-

ment ; ^{rien ne}

permet pourtant

d’admettre que le vide absolu soit réalisé.

MM. Dewar et Tait se sont attachés à montrer que la

palette

éclairée ne se met en mouvement que ^{si ses} deux faces sont échauf- fées

inégalement ;

^{la face la}

plus

^{chaude est celle}

qui

^inarche

en avant. Ainsi une

palette

^{de sel} gemme ^{ne se}

déplace

pas, parce

qu’elle

^est

transparente

^et diathernlane. Vient-on à éclairer

sa face

antérieure,

^{la face}

postérieure

^étant recouverte de noir de

fumée,

^le sel gemme s’écliauflè par conductibilité ^{au contact} du noir de

fumée,

^{et cela}

plus

que la face

postérieure

de la couche de noir de

fumée,

_{parce que} ^{le noir} de fumée conduit très-mal la chaleur : d’où

répulsion apparente

^{de la}

palette

par la lumière.

Dans une

seconde, expérience,

ils écliauffent la face

postérieure plus

que la

première.

^{A cet}

effet,

^ils recouvrent la face

postérieure

du sel gemme d’une couche de

phosphore ordinaire ;

^ce

phosphore

transparent

pour les ^autres rayons ^ne l’est pas pour les rayons ^ultra-

violets ;

il absorbe ces rayons, ^{et en même}

temps

^{il se transforme}

en

phosphore

rouge ^avec

dégagement

de chaleur. La couche de

phosphore

^{s échaune}

donc;

^{il en} résulte que la

palette

^{est sensible}

aux rayons ultra-violets et

qu’elle

^{marche vers la source} rayon-

nante. Elle ne

paraît

^donc

plus repoussée;

elle semble

attirée,

^con-

trairement à l’action attribuée

plus

^{haut à} la radiation. Le soufre

transparent

^se

comporte

^{coinme le}

phosphore transparent.

Mais

pourquoi

^{la face la}

plus

^{chaude se} trouve-t-elle comme

repoussée

par l’air?

Quand

^{cet effet a lieu à la}

pression atmosphé-

(1)Nature, ^t. XIII, p. 2I7; ^I5 juillet I875.

rique,

^{MM. Dewar et Tait sont} d’avis de l’attribuer aux courants

d’air,

^comme le disait M.

Neesen; mais,

^{dans un vide}

très-parfait, l’explication

serait différente. Le

phénomène

^{serait une}

conséquence

du mécanisme par

lequel

^on

explique aujourd’hui

^les

propriétés thermiques

^et

élastiques

^{du gaz,}

conséquence

^à coup ^sûr fort cu-

rieuse et

qui

^mérite

qu’on s’y

^arrête. M. Johnstone

Sto11ey

^{l’a dé-}

veloppée

dans deux articles du

Philosophical Magazine (1).

^Es-

sayons de la résumer en peu de

lignes.

A la

pression atmosphérique,

la face chaude d’une

palette

^est

recouverte d’une couche mince d’air

qu’elle

^{échaufffe à son contact}

et

qui

^est par

conséquent plus ^chaude,

^moins dense que le ^reste de la masse

d’air,

mais d’ailleurs ^en

équilibre

^de

pression

^{avec cet}

air.

Quand

la raréfaction du _gaz est

très-grande,

^cet

équilibre

^de

pression

^n’a

plus

^{lieu. En}

effet,

^{à la}

pression ordinaire,

^{les molé-}

cules de _gaz contenues dans 1 millimètre cube sont si

nombreuses’

que la distance moyennes que l’une d’elles

peut parcourir

^avant

d’en rencontrer une autre est

de 1 10000

^de

millimètre ;

^si la raréfac- tion est

poussée à 1 4000000 d’atmosphère,

^ce nonlbre atteint

400

^milli-

mètres,

^{car l a}

fréquence

^{des chocs} intramoléculaires diminue très-

rapidement

^avec le nombre des molécules. Or le

globe

^{de verre de}

l’appareil

^n’a que

quelques

centimètres de

diamètre ;

^{il en résulte}

qu’un grand

^{nombre de molécules}

d’air, après

^{avoir rencontré la}

face chaude d’une

palette,

rencontrent le verre froid avant de heur- ter, soit de

l’air,

^{soit une}

palette

froide. Il y ^a

refroidissement,

c’est-à-dire diminution de

vitesse,

^{au contact du verre}

froid;

^{il en}

résulte _{que les} molécules

qui

^{ont touché le verre}

produisent

^sur

les

parties

^{froides de}

l’appareil

des chocs moins violents _{que si} la

rencontre du verre n’avait _pas ^eu

lieu;

^{en d’autres} termes, ^cette

rencontre du verre rend moins forte la

pression qui

^{serait trans-}

mise dans les

parties

froides de

l’appareil

par le ^mouvement des molécules ^en

question ;

^en

particulier

^la

pression

^{sur les faces}

froides des

palettes

^est par là moins

grande :

^{d’où une}

inégalité

^des

pressions

^{sur les} faces froides et chaudes d’une

palette,

^{au lieu de}

l’égalité qui

^{a lieu}

quand

^{le verre se trouve hors de}

portée

^{des mo-}

lécules

qui

^{ont rebondi sur} la face chaude.

l ’ ) Philosophical Magazine, p. 17,-182, ^{et p. 305-3I4;} 1876.

224

Ainsi,

^dans la théorie

mécanique

^{des gaz, on}

explique l’égalité

de

pression

^{en tous les}

points

^d’une

^enceinte,

^en admettant que le gaz ^se compose de molécules

indépendantes qui peuvent

^{avoir les}

températures (c’est-à-dire

^les

vitesses)

^les

plus dillérentes,

^{et dont}

les chocs sur les

parois produiraient

^la

pression ;

^mais cette trans-

mission

intégrale

^{de la}

pression

^{en tous les}

points

n’a lieu que

si,

en tous les

points,

^{le choc a lieu entre} des corps que l’on

puisse regarder

^comme

parfaitement élastiques;

^la

paroi

^de verre se corn-

porte

^{comme un} corps

parfaitement élastique

par rapport ^{aux mo-} lécules _gazeuses

qui

^{ont la même}

température qu’elle;

^{mais elle se}

comporte

^{comme un} corps ^mou par

rapport

^{aux molécules}

qui

^ont

touché la face chaude d’une

palette ;

^{dans ce cas la}

paroi

^{de verre}

intercepte

^une

partie

^{de leur force vive et}

s’oppose

^à la transmission

intégrale

^{de la}

pression.

Le radiomètre de Crookcs est

donc,

pour MM. Dewar ^et

Tait,

un

petit

^moteur

thermique, lequel

d’ailleurs utiliserait au

plus 1 5000000

^de

l’énergie

^lumineuse.

IVl. Fizeau attribue

également

^{à la} dilatation de l’air les effets observés dans le radiomètre. Ce savant

parait

^attribuer

l’inégale température

^{de l’air sur les} deux faces ^non à

l’inégalité

^de

tempé-

rature des deux

faces,

^{mais à}

l’inégalité

^{de leurs}

pouvoirs

^éinissifs

et conducteurs

(1) -

IV.

L’inégalité

^de

températures

des deux faces d’une

palette joue

aussi un rôle essentiel dans une théorie

proposée

par M. le

profes -

seur Challis

(2).

^{Seulement ce n’est}

plus l’air,

c’est l’éther lumi-

neux

qui pénètre

^{tous les} corps

qui produirait,

par ^sa réaction

contre les mouvements moléculaires et

atomiques

^des

palettes,

^le

mouvement observé. L’auteur

renvoie,

pour

l’intelligence

^{de cette}

théorie,

^{à ses travaux} antérieurs ^sur la

mécanique

moléculaire.

Une théorie

qui

^{attribue l’action}

répulsive

^aux vibrations de l’éther a été aussi donnée par M. Ledieu dans les

Comptes

^rendus

de l’Académie des Sciences. Elle est

exposée

dans trois Notes suc-

cessives : le choc des

particules

^{d’éther sur les}

palettes produirait

le mouvement

(3).

(i) Comptes ^{rendus du} 29 ^mai I87G, ^t. LXXXII, p. I252.

(2) Phil. Mag., p. 395-398; I876.

(3) Comptes rendus, ^t. LXXXII, p. I293, I372 ^et I476.

V. Dès que le radiomètre fut connu, M.

Reynolds (1)

^a

proposé

d’attribuer le fonctionnement du radiomètre à l’émission _{de gaz} ou

de vapeurs condensées par la couche de ^noir de

fumée,

^émission

produite

par l’échauffement de cette couche. Pour combattre cette

explication,

^{M. Crookes a fait une}

expérience qui

^{a montré}

qu’un

radiomètre où le vide a été fait

pendant

que l’instrument ^{est main-}

tenu au rouge ^ne

perd

^{rien de sa}

sensibilité;

^{elle est combattue}

aussi par ^une

expérience

^{de M.}

Fizeau, qui

^{a montré}

qu’un

^radio-

mètre éclairé

également

^{de tous côtés} par ^{une couronne} de

bougies

fonctionne indéfiniment avec une vitesse constante,

quoiqu’il

^ne

puisse s’y produire

^aucun abaissement de

température qui permettre

une

réabsorption

^{des gaz ; enfin on a vu} que ^des radiomètres fonc- tionnent

parfaitement quand

^on

remplace

le noir de fumée par ^un corps ^non poreux, tel que le

phosphore (2).

VI. L’action est-elle due à une force extérieure émanée du corps lumineux, ^ou est-elle

produite

par les réactions ^des molécules _ga-

zeuses en mouvement? Le D’ Schuster ^a

proposé

^un moyen de le reconnaître : il rend mobile tout

l’appareil

^{autour de son axe. Le}

moulinet tournant dans ^un _sens,

d’après lui, l’enveloppe

^{de verre}

ne doit pas ^se

déplacer

^{en sens contraire des}

palettes

^{si la force est}

extérieure;

^{mais elle doit}

prendre

^un

pareil

^{mouvement si les ac-}

tions sont toutes intérieures.

L’expérience

^{a montré à M. Scluster}

que le

globe

^{tournait en sens inverse des}

palettes.

^{Il en} conclut que la théorie

qui

attribue le mouvement à la radiation directe serait réduite à néant. Mais M. Crookes

(3), qui

^a fait flotter un de ^{ses ra-} dionlètres ^sur l’eau en l’entourant de

quatre bougies,

^{a vu} que le

vase de ^verre finissait par être entraîné et par ^{tourner dans} le inènie sens que les

palettes,

^{d’un mouvement}

uniforme,

^{mais avec}

une vitesse de moins d’un tour par heure.

Parmi les

questions

que ^31. Grookes s’est

posées,

^{il en est une fort}

intéressante,

^{celle de la valeur} de la force

qui

^{sollicite une}

palette

mise en

présence

^{d’une source}

calorifique

^et lumineuse. NI. Crookes l’a déterminée par

expérience,

^au moyen de la balance de torsion de Ritchie

(4).

^{Il a trouvé}

qu’une bougie, placée

^{â une} distance de

(1) Proceedings of ^the royal Society,t.XXII,p.40I;juin I874;t.XXIV,P. 388,I876.

(2) Proceedintfs of ^the royal Society, ^t. XXIV, p. 39I.

(3) Proceedings ^{of the} royal Society, ^t. XXIV, p. 276 ^et 279; 18,6.

(4) Procoedings of the royal Society, ^{t. XXIV,} p. 4og; I876.

226

3o centimètres d’une

palette

de 6 centimétres

carrés,

^la

repoussait .

avec une force de

0mgr,03.

^{L’auteur a} déterminé aussi l’influence des diverses

espèces

de rayons ^et celle de la nature de l’ailette.

A la fin de la Note où il donne ses dernières

expériences,

^et

malgré

le titre de cette Note : ^« Sur la

répulsion

^résultant de la radiation _», M. Crookes croit devoir terminer par ^une déclaration dont voici la traduction : « On discute

beaucoup

^à

présent

^{sur la cause de ces}

mouvements, ^et

quelques méprises

^{semblent avoir} cours sur mes

propres idées relatives à la théorie de la

répulsion

résultant de la radiation. Je désire saisir cette occasion pour détruire ^cette idée que

je

^{soutiens des}

opinions

contraires à

quelques explications

fortement soutenues. J’ai établi dans

cinq

^ou six occasions que

je

^{désire rester libre de toute théorie.}

Depuis

^les

quatre

^années que

je

^{travaille ce}

sujet, j’ai

^{amassé un}

grand

fonds d’observations

expérimentales,

^{et ces} observations me

permettent

^souvent

d’aper-

cevoir des difficultés

qui peuvent échapper à

^un

expérimentateur qui

^n’a

opéré

que ^{sur un ou} deux instruments » .

W. SIEMENS. 2014 Messung ^der Fortplanzungsgeschwin digkeit der Electricität in suspen- dirten Drähten (Mesure de la vitesse de propagation ^de l’électricité dans des fils

télégraphiques aériens); ^{Annales de} Poggendorff, ^t. CLVII, p. 309; I876.

Appareils.

²⁰¹³ Deux condensateurs ont leurs armatures exté- rieures réunies par ^{un arc}

métallique.

^{Leurs armatures} intérieures

sont en communication avec deux

pointes placées près

^d’un

cylindre métallique enregistreur

^non

isolé ;

pour l’une des

pointes

^{la com-}

munication est un fil court, pour l’autre une

ligne télégraphique.

On

décharge

simultanément les deux condensateurs en mettant l’ arc

métallique

^en communication avec la terre, ^{et on} lit sur le

cylindre enregistreur

^le

temps qui

^{s’écoule entre la}

production

^des étincelles.

Ces étincelles laissent ^sur le noir de

fumée,

^dont on recouvre le

cylindre enregistreur,

^{des traces}

composées

^d’une

longue

^{série de}

points, lorsque

^la résistance du circuit est un peu

considérable;

M. Siemens attribue ce

résultat,

^{non à une série de}

décharges

^in-

termittentes,

^{mais à un courant se}

prolongeant pcndant

^un temps

appréciable

^{avec une} intensité décroissante :

quand l’étincelle,

dit-il,

^a

jailli

^{entre la}

pointe

^{et un}

point

^du

cylindre,

^{l’air échauffé}