HAL Id: jpa-00237390
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Submitted on 1 Jan 1878
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Sur la réflexion métallique des rayons calorifiques obscurs polarisés
L. Mouton
To cite this version:
L. Mouton. Sur la réflexion métallique des rayons calorifiques obscurs polarisés. J. Phys. Theor.
Appl., 1878, 7 (1), pp.157-168. �10.1051/jphystap:018780070015701�. �jpa-00237390�
I57 varie
proportionnellement
à la distance au centre distributionreconnue vraie pour des aimants courts. Dans ce cas, les
points
neutres se
séparent
nettement despôles
et, pour les rotations élec-tromagnétiques
enparticulier,
la théorie les donnebeaucoup plus près
desextrémités(1).
Il est un autre
point
danslequel
la théorie élémentaire montre son insuff sance : c’estlorsque
le niveau duliquide
est au milieu del’aimant.
L’expérience
montre que l’action esttoujours
maximumdans ce cas, tandis que la théorie élémentaire
indique
un minimumtant que la distance du courant à l’aimant est moindre que la moitié de sa
longueur.
La théoriecomplète,
aucontraire,
montre quel’action del’aimant est
toujours
maximumlorsque
son milieu estau niveau du
liquides,
cequi
est tout à fait d’accord avecl’exp;:-
rience.
SUR LA RÉFLEXION MÉTALLIQUE DES RAYONS CALORIFIQUES OBSCURS
POLARISÉS;
PAR M. L. MOUTON.
Avant de résulner ce travail
(2),
il n’est pasinutile, je crois ,
d’énoncer les lois relatives à la réflexion de la
lumière , qui
résul-tent surtout des études
expérimentales
de M. Janlin:I.
Reppel
des lois relatives à larèflexion
de la lzcn2iéoe. --1° Si l’on fait réfléchir un nognbre
quelconque
de fois sur un miroirquelconque
un rayonpolarisé
dans les azimuts déterminés par leplan
d’incidence et leplan perpendiculaire (azimuts principaux),
il reste
toujours polarisé
dans le mêmeplan après
la réflexion.Ce fait a été établi
expérimentalement
par Brcwster pour leverre et les métaux
(3);
bienqu’il
découle naturellement de la loi desymétrie appliquée
à l’idéequ’avec
Fresnel nous nous faisons d’un rayonpolarisé,
il n’en doit pas moins êtreplacé
en tête detoute étude
purement expérimentale
desphénomènes
de la ré-flexi on .
(1) Annales de Chimie et de Physique, I série, t. X VI, p. 86.
Voir Annales de Chimzie et de Physique, 5e série,1. XIII, p. 229 et saiv.
(3) Annales de Chimie et de Physique, 3e série, t. XIX, p. 296.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018780070015701
I58
Combiné avec le
principe
de la coexistence despetits
mou-vements, il constitue en effets la base de tous les raisonnements et
de toutes les méthodes usités dans ce genre de recherches. Eux
établis ,
pour étudier l’action de la réflexion sur un rayonprimiti-
vement
polarisé
dans un azimutquelconque
on ledécompose
endeux, polarisés
dans les azimutsprincipaux;
la direction de leurs vi- brationsn’ayant pas
é téchangée par la réflexion ,
ils n’ont puéprou-
ver que des
changements
dephase
et des variationsd amplitude.
Les variations
d’amplitude peuvent s’exprimer
par lamultipli-
cation des
amplitudes
incidentes par deux nombres I(vibration parallèle
auplan d’incidence)
et J(vibration perpendiculaire
à ceplan),
ces deux nombres étantsupposés toujours positifs
et évi-demmen t au
plus ég aux
à l’ uni té .Un
changement quelconque produit
dans laphase
d’un mou-vement vibratoire
peut toujours
être considéré comme résultantd’un certain chemin parcouru dans
l’air ;
lephénomène
de laréflexion
peut
ainsi s’assimiler à la traversée d’une lamecristalline,
traversée
qui,
convertie enair,
donne un chemin d pour la vibra- tionparallèle
auplan d’incidence ,
et un chemin d’ pour l’autre.d 2013d’
Le
nombre d2013d’ est
ladijJerence
dephase roduite
par la réflexion pour une lumière delongueur
d’onde 03BB. Par raison desymétrie,
il est évidemment nul pour l’incidence normale(1).
Les recherches ont surtout
porté
sur la détermination pour les diverses incidences durapport -
et dunombre d2013d’ 03BB.
(1) II se produit ici, à l’observation, un fait particulier qu’il faut signaler. Par suite du retournement de l’observateur, qui se place naturellement de façon à recevoir dans l’ocil le ray on réfléchi comme il y recevait le rayon incident, la vibration située dans le plan d’incidence paraît avoir changé de signe, ou si l’on aime mieux avoir subi un
retard d’une demi-onde. Ainsi, à l’incidence normale, un rayon primitivement pola-
risé dans un azimut quelconque paraît l’être après la réflexion dans l’azimut symé- trique par rapport aux plans principaux; c’est que l’observateur s’est retourné, et qu’il n’en continue pas moins à définir par sa droite ou sa gauche la direction positive
de l’axe de coordonnées situé dans le plan d’incidence. Je crois qu’il est naturel
de ne pas faire entrer cette demi-longueur d’onde dans l’expression physique du phénomène; la différence de phase est alors bien nulle à l’incidence normale, et les résultats d’observation ainsi modifiés se trouvent immédiatement comparables à ceux
que fournissent les théories mécaniques, oit naturellement on conserve toujours le
même système d’axes de coordonnées.
I59 Voici les faits
généraux qui
se sont trouvésajoutés
à la loide Brew ster énoncée
plus
haut:2° La différence de
phase partant
de o à l’incidence normale atteint pour tous les corps lavaleur 2
à l’incidence rasante ou de godegrés;
cette valeur estpositive
pour les métaux et les sub-stances
transparentes
d’indicesupérieur
àI,46 environ;
30 La forme de la courbe
représentative
de ces valeurs(des longueurs proportionnelles
auxangles
d’incidence étantprises
pour
abscisses)
diffère avec les substancesréfléchissantes; ainsi, pour les métaux,
elleparaît
s’élever d’unefaçon
continuedepuis
l’incidence o
jusqu’à 90°;
pour le verre , elle reste sensiblement confondue avec l’axe des abscissesjusqu’à
l’incidence brewsté- rienne ou depolarisation; puis,
s’élevantbrusquement,
elle atteintune valeur sensiblement
égale
à sa limitesupérieure ’ -
40
Pour une même substanceréfléchissante,
la forme de la courbese modifie d’une
façon continue , quand
lalongueur
d’onde de la, lumière réfléchie se modifie elle-même d’une
façon continue ;
5° Les valeurs du
rapport I J, partant
évidemment de l’unité pour l’incidencenormale, paraissent
y revenir pour l’incidence rasante ; 6° La forme de la courbequi représente
ces valeurs estégale-
ment propre à
chaque
substance et àchaque longueur d’onde;
7° Quelle
que soit lalongueur d’onde ,
lavaleur I
passe par un minimum à l’incidence pourlaquelle
la différence dephase
est0,25,
ou, comme on dit souvent la différence des retards
(d- d’),
unquart
d’onde.Pour bien
comprendre
les avantages de cette manière d’envi- sager lesphénomènes, rapportons-y
d’abord les résultatsclassiques
de Fresnel relatifs au verre. Fresnel obtient pour les deux coeffi- cienus des
amplitudes
--20132013201320132013-
ettang(i2013r) ,
et aucunedifférence de
phase ,
cequi
n’a rien desurprenant , puisqu’il
n’ensuppose pas tout d’abord.
Dans la
façon
de voirproposée plus haut,
nous devronsprendre
pour 1 et J les valeurs
positives
des nombresSln ( i -- r)
etr _1
sin (i+r)
tang(i2013r)
1tang(i2013)
; parsuite,
la courbe desrapports 1
est donnée parI60
le deuxième membre étant
toujours pris
avec savaleur absolue
positive.
On voit que lerapport I J part de i à
l’incidence
normale, y
revient à l’incidence rasante, et passe parun minimum
qui
est zéropour i
-T- n =goo :
c’estl’angle
depolari-
sation ou incidence brewstérienne. L action de la
longueur
d’ondese fait sentir par la
présence
simultanée desangles i
et r.Quant
à la courbe des différences dephase ,
elle se confondavec l’axe des incidences
jusdu’à
i + r =go° ; là ,
elle s’élève enune droite AB normale à l’axe des abscisses
jusqu’à
une-valeur 2 ’,
où elle s’achève par une
parallèle
à cet axe. On voit sanspeine
quecette différence d’une demi-onde vient
remplacer
lechangement
de s ..
tang(i2013r)
de
signe
du ler11le ..Mais il va nous être facile de
comprendre
cequ’ont ajouté
à cesrésultats les
expériences précises
de M.Jamin.Les coefficients de Fresnel, sont trouvés exacts , mais les an-
gles
A et B de la courbe des différences dephase
doivent êtreadoucis,
et la différencebrusque
d’une demi-onde doit être rem-placée
par une marcherapide ,
maiscontinue grossièrement représentée
par laligne ponctuée ab;
eL c’est aupoint
c, passage par0,25,
quecorrespond
l’incidencebrewstérienne,
minimumzého
du rapport I J.
La réflexion sur le verre et les corps
transparents
ne diffère ainsi que par la forme des courbesqui
la caractérisent de la ré- flexion sur les métaux.Je me suis
proposé
de rechercher comment se modifient les loisprécédentes, quand,
sortant duspectre lumineux,
on fait réfléchirI6I sur des miroirs
métalliques
des radiations obscures purementcalorifiques, occupant,
dans lespectre général,
despositions
biendéterminées de
plus
enplus
distantes du rouge.Je résumerai successivement la
disposition expérimentale,
lemode
d’opération
et decalcul,
et les résultats quej’ai déjà
obtenus.II.
Disposition expériinetitale.
- La source de chaleur est lalampe
de MM. Bourbouze etiviesnegg,
danslaquelle,
comme onle
sait,
uncapuchon
de toile deplatine
est maintenu au rougeblanc par la combustion du gaz
d’éclairage
et d’un courant d’airamené par une
trompe
à eau à unepression
constante d’environ20 centimètres de mercure. Dans ces
conditions,
cette source estd’une
remarquable
constance, et elleprésente
deplus l’avantage
d’un
grand développement
duspectre calorifidue
obscur.La
lampe
estplacée
dans unepremière pièce
à 3o centimètres environ de la cloisonqui sépare
cettepièce
de la voisine : cettecloison est
percée
d’un trou où estencastrée,
à hauteur de lalampe,
une lentille de verre ordinaire de I5 centimètres defoyer.
Dans la seconde
pièce,
sur un solide bancd’optique articulé,
setrouvent : 10 un énorme
prisme biréfringent
avec alidade et cercledivisé,
àimage
extraordinaire redressée et achromatisée : c’est lepolariseur ;
20 uneplaque
de verre à inclinaison variable et mesurée autour d’un axehorizontal,
destinée à compenser les effets depolarisation produits
parlejprisme disperseur qu’on
va voir(1) ;
3° un écran
percé
d’une fente surlaquelle
se formel’image
extraordinaire de la
lampe ; l’image ordinaire ,
en tournante est, dans toutes les orientations dupolariseur, interceptée
parl’écran;
plus loin,
se trouve unelentille; puis ,
au centre d’une articulation dubanc,
le miroir sur un cerclegradué
mesurant l’incidence. Le faisceau réfléchi est reçu sur unprisme
de flintblanc, puis
traverseun nouveau
prisme biréfringente analyseur
semblable aupolariseur,
et se résout finalement en deux
spectres
dont l’extraordinaire demeure fixe et purpendant
la rotation del’analyseur,
l’ordinairetournant autour
sans jamais empiéter
sur lui. Lespectre
extraor- dinaire tombe sur unepile thermo-électridue linéaire ,
dont l’ou-(’) J’ai emprunté l’idée de cette lame compensatrice au travail de MM. Fizeau et Foucault (Annales de Chimie et de Physique, 3e série, t. XXX, p. I47).
I62
verture est, comme celle
de la fente,
de I millimètreenviron,
com-muniquant
avec un excellentgalvanomètre
de M. Ruhmkorff(1).
Cette
pile
était munie d’une vispermettant
de ladéplacer paral-.
lèlement aux bandes du
spectre.
111. Mode
d’opération
et de calcul. - J’aiopéré
sur trois lon-gueurs d’onde que
je désigne
parÀi, 03BB2, À3, réparties
dans lapartie
obscure du
spectre,
et sensiblementsymétriques
parrapport
aurouge
extrême, Àt du jaune, du
vert bleu et03BB3
du bleuindigo.
Ayant
été témoin d’unepartie
desexpériences
parlesquelles
M. Desains a étudié la rotation
imprimée
par uneplaque
dequartz
perpendiculaire
auxplans
depolarisation
des rayonscalorifiques obscurs (2), j’ai
pu, par le mêmeprocédé,
fixer cette rotation pour les troislongueurs
d’onde quej’ai employées.
Avec uneplaque
de
quartz droit, qui
donnait à la lumière du sodium une rotationexacte de 100
degrés ,
les rotationscorrespondant
aux radiations03BB1, )’2’ À3
ont étérespectivement 32 ,
16 et 10degrés.
Enprenant
la loi deBiot,
au moins commepremière approximation,
onobtiendrait
ces
chiffres
dont le dernier estsupérieur
autriple
de lalongueur
d’onde des raies
D,
donnent une idée du secoursqu’on
est endroit d’attendre de l’étude des
phénomènes calorifiques
aupoint
de vue de l’établissement on de la vérification des théories
optiques.
Je n’avais pas à démontrer le
principe
de Brewster relativementaux rayons
calorifiques
obscurs. DèsI849
MM. de laProvostaye
et P. Desains
étudiaient (3)
ce quedevenaient, après
leurréflexion,
des rayons
calorificlues primitivement polarisés
dans l’un OLl l’autre des azimutsprincipaux,
constataient que la réflexion ne modifie pas leurplan
depolarisation
et établissaient même les lois de la variation de leur intensité avec l’incidence.Aussi
dans toutes lesséries
d’expériences,
la vérification de cettepremière
loi était mon011 arrive facilement à apprécier le de degré, ce qui suffit; le galvanomètre,
n’étant jamais dans un repos absolu, quelques soins que l’on prenne d’éviter les mouvements de l’air autour de la pile, les méthodes d’amplification des angles ne présentent ici, le plus souvent, que des avantages illusoires.
(2) Comptes rendus de l’Académie des Sciences, i!l mai 1877, p. io56.
(3) Annales de Chimie et de Pla,y-sique, 31 série, t. XXVII, p. iog et suiv.
I63
critérium du bon
réglage
des diversappareils
et de l’état dugal- vanomètre,
les déviations de celui-cidevant ,
dans les différentsazimuts, indiquer
des intensités conformes à la loi de Malus.Quand
le rayon incident estpolarisé
dans un azimut autre que zéro ou godegrés,
la réflexion le rend engénéral elliptique.
C’estdonc aux
propriétés
d’un tel rayonqu’on
doit demander les pro- cédésexpérimentaux
destinés à fournir lerapport
et la différence dehase
d 2013d’ définisplus
haut.de
phase 03BB
définisplus
haut.Je ne ferai
qu’énoncer
ici celles de cespropriétés
surlesquelles je
me suisappuyée renvoyant
pour leur démonstration aux Etudesseco la
l’1ft exion métallique
de la IU71zière de M. Jamin(1).
Le
plan
d’incidence esthorizontal ;
l’observateur recevant le rayon réfléchi enpleine poitrine , je prends
l’axe des x dans leplan d’incidence ,
et lapartie positive
de cet axetoujours dirigée
vers la droite de
l’observateur supposé
inconscient du demi-touqu’il
aopéré ;
l’axedes
estperpendiculaire
auprécédent
et sedirige
de bas enhaut;
lesangles
serontcomptés,
comme d’habi-tude,
de o.x vers oy.1 ° Mesure
de I .
Si la vibration incidente fait unangle a
avecl’axe des x, ses deux
composantes
ont pouramplitudes
cos aet
sin a,
etaprès
la réflexion I cos a et J sin a.L’analyseur placé
successivement dans les azimuts o et go
degrés,
on aura deux lec-tures
galvanométriques proportionnelles
à J2 cos2 a et J2 sin2 a.Bien dme, par les vérifications de la loi de Malus dont
j’ai parlé
tout à
l’heure, je
fusse assuré de lapropor tionnalité
des déviationsgalvanométriques
aux intensitéscalorifiques
dans les limites oùj’opérais, j’ai préféré toujours disposer
del’angle cc
dans cettepremière
mesuré defaçon
à rendre à peuprès égales
les deuxlectures.
Si ex
et fi
sont ces deuxdéviations,
on aC) Annales de Chimie et de Physique, 3° série, t. XIX, p. 32I et suiv.
I64
2° Mesure
de d2013d’ 03BB . Après avoir traversé un prisme
de spath
dont on n’utilise que
l’image extraordinaire ,
un rayonelliptique présente, quand
la sectionprincipale
duprisme
coïncide avec legrand
axe del’ellipse ,
un maximumd’intensité;
avec lepetit
axe,un
minimum ;
et, si l’on mesure ces intensités dans descouples
d’azimuts a et a
+90°,
en allant dugrand
axe aupetit,
lapremière l’emportera
sur laseconde ,
tant que l’azimut x seracompris
entrele
grand
axe et45 degrés
de cet axe , pour lui devenir inférieure dès que ce auradépassé
cette bissectrice des axes.On
peut donc,
par ce moyen, fixer l’azimut des bissectrices desaxes de
l’ellipse,
et on le peut d’autant mieux que c’est autour deces bissectrices
qu’une
même variation 039403B1produit
dans les deux lecturesrectangulaires
uneplus grande
différence. J’ai pu , dans les bonnesséries,
le fixerà ’ degré près.
A ces avantages,
déjà
utilisés par de Senarmont pour lalumière, s’en joignent
despéciaux
aux étudescalorifiques :
d’abord il n’est demandé à la source de chaleur que d’être constantependant
ladurée de
chaque couple d’observations,
etj’ai
pu rendre cette durée très-courte par un mouvementspécial
avecbuttage, permet-
tant de faire tourner
rapidement l’analyseur
de godegrés
sansl’ap- procher
de lapile ;
en secondlieu,
les mesures se terminent par deux valeurségales
des déviationsgaI van orné triques :
c’est unavantage
qu’apprécieront
ceuxqui
ont eu occasion de se servir degalvanomètres
très-sensibles.L’azimut desbissectrices des axes
del’ellipse
étant ainsidéterminé,
on en tire l’azimut w des axes eux-mêmes en
aj outant ou
retranchant45 degrés.
Onpeut, d’ailleurs,
faire autant de mesuresqu’onle veut,
en faisant varier l’azimut de
polarisation
de la vibration incidente.Cela
fait,
si 1 onpose I cos 03B1 J sin 03B1
= cot 03B1.et
on a
qui
détermine a et par suited - d’ (1) -
C) Le lecteur familiarisé avec les études de de Sénarmont et de M. Jamin etablira
I65 IV. Résultats obtei2us. - J’ai
opéré jusqu’à présent
sur troismiroirs
d’acier,
de métal des miroirs et de verreplatiné.
Lestableaux suivants résument les résultats que
j’ai
obtenus :sans peine cette formule. On trouvera dans le Mémoire (Annales de Chi1nie et de
Physique, 5e série, t. XIII, p. 239) dont je donne ici un extrait la discussion relative
au choix à faire parmi l’infinité d’arcs ayant même cosinus et le calcul complet
d’une expérience. ,
I66
Si l’on examine chacun des tableaux
précédents,
on y voitd’abord se
reproduire
les résultatsgénéraux
quej’ai rappelés plus haut,
relatifs à lalmnière,
à savoir :10 Les différences de
phases partant
de o s’élèventprogressive-
ment à mesure que s’accroît
l’angle d’incidence;
I67
20 la valeur
de J partant
de i à l’incidence normale va en di-minuant,
passe par unminimum puis
tend de nouveau versl’unité ;
3° La valeur minimum du
rapport J correspond toujours
à Fin-cidence pour
laquelle d-d’ 03BB = 0,25.
Si
maintenant,
pour un mêmemiroir,
on comparc les séries des différences dephase correspondant
aux diverseslongueurs d’onde,
il s’en
dégage
unenseignement qui
apeut-être quelque impor-
tance.
Je vais mettre en
regard,
dans le tableausu*
pourl’acier,
les valeurs successives des différences dephases
relatives à la lon-gueur d’onde du thallium
(omm, 000534, Mascart,
du sodium(1) (0mm, 0005888),
et cellesqui correspondent
auxlongueurs
d’ondeplus grandes
encore03BB1, )’2’ À3,
dont on a vuplus
haut les valeursapprochées :
Ce tableau dessine nettement la marche du
phénomène
au moins(1) Ces mesures ont été faites avec l’appareil et le compensateur de 1B1. Jamin, construits par M. Duboscq. La source lumineuse était un brûleur Laurent avec sel marin fondu pour le sodium, et des grains d’alun de thallium pour le thallium.
Une cuve remplie d’une dissolution de chlorure de cuivre arrêtait la raie jaunâtre
du thallium, et surtout celle du sodium, qu’il est si difficile d’éviter.
I68
en ce
qui
concerne l’acier. Ainsi la différence dephase d-d’ 03BB
est,à une incidence de
4o degrés, o,of.to
pour la lumière duthallium, o,o3o
seulement pour lesodium ,
et insensible pour les radiations -obscures. A 5odegrés,
tandisqu’on
adéjà o,o8o
pour le vert,0,065
pour lejaune,
on commence à avoir o,o2 pourh,
et rienencore pour les deux autres.
La différence de
phase
ne devientappréciable qu’à
55degrés
pour
À2,
à 60degrés
pour03BB3. Aussi ,
tout en se tenantinférieures,
les différences de
phasesrelatives
auxplus grandes longueurs
d’ondecroissent-elles avec l’incidence d’une
façon
d’autantplus rapide
que ces
longueurs
d’onde sontplus grandes.
Si l’on considère en
particulier
lepoint
où la différence dephase
est0,25,
ou autrement dit où la différence de marcheest
incidence de
polarisation
rétablieaprès
deuxréflexions ,
commela
désigne
M.Jamin ,
on le trouve à75 degrés
pour le vert , à76 degrés
pour lejaune,
à 79degrés
pourÀ1,
82degrés
pour03BA2, 83 " degrés
pour03BB3.
Des faits
analogues
se constatent dans les deux autres miroirsque j’ai
étudiés.Ainsi,
pour ces corps , la courbereprésentative
des différences dephases
reste d’autantplus longtemps
confondue avec l’axe desincidences que la
longueur
d’onde estplus grande;
parsuite,
l’intervalle est d’autant
plus long pendant lequel
la réflexion pro- duirasimplement
une rotation duplan
depolarisation incidente,
tandis que d’autant
plus
court se trouve celui danslequel
la lumièreou la chaleur réfléchie sera
polarisée elliptiquement.
Dr H. BENNO-MECKLENBURG. 2014 Ueber die verschiedenen Methoden zur Bestimmung
der Geschwendigkeit des Schalles (Différentes méthodes pour l’estimation de la vitesse du son); Berlin, I877.
1. L’étude de la
propagation
du son aété, depuis
le P. Mer-senne
(1), l’ obj et
d e tant de recherches de lapart
desphysiciens,
que,(1) MERSENNE, Balistique, prop. XXXV.