Les Radiations

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Submitted on 1 Jan 1904

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Ch.-Ed. Guillaume

To cite this version:

Ch.-Ed. Guillaume. Les Radiations. Radium (Paris), 1904, 1 (11), pp.140-143. �10.1051/ra-

dium:01904001011014001�. �jpa-00242108�

Des deux procédés qui viennent d’être indiqués. je préfère, pour ^llla part. ^de beaucoup ^{le dernier et} je réserve l’usage des tubes de cristal pour le traitement

des lésoins situées à l’intérieur des cavités naturelles.

*

En résumé, les malades n’ont rien à craindre des

rayons de Rontgen ^{ni des rayons du radium s’ils se}

confient à un médecin expérimenté . Seul ^{ce dernier} s’expose à être blessé par l’arme à deux tranchants

dont il rait iiii trop fréquent usage, 11lais il possède

pour ^sa défense des moyens efficace de protection.

Dr A. BÉCLÈRE,

Médecin de l’hôpital Saint-Antoine.

Les Radiations

n

L’énergétique ^des radiations d’origine moléculaire.

Tout problème ^{de mouvement} comprend ^{un élément} cinématique ^{Ct un élément} énergétique. ^{Pour les ra-} diations, ^le premier ^{trouve son entier} développement

dans l’ 0153uvrc prodigieuse ^{de Fresnel,} tandis que le second est ^a peine ^{effleuré. L’éclat, dans les} phéao-

mènes de diffraction, est, ^{il est} vrai, ^{calculé avec} prë-

cision en 111aint endroit; mais, pour l’immortel ^auteur de la théorie élastique ^{de la} lumière, ^{cette détermina-}

tion n’avait pas le ^sens que ^nous attribuons aujour-

d’hui à l’énergie ^d’une radiation. La notion de cette

énergie ^{ne s’est} développée que lentemen1 par ^{les 111C-}

sures de Melloni, ^de Biot, par celles ^{de Delà} Provostave

et Desains. enfin, ^une ébauche des lois naturelles du

rayonnement, ^{dans le cas d’un} corps visiblement noir,

a été donnée dans une courte note de Ed. Desains et P. Curie, ^en attendant que lI. S.-P. Langlev ^vînt

les préciser davantage.

Chaleur et Rayonnement. Dissipoiis ^d’abord

un malentendu qui ^domine la notion du rayonnement

pendant ^{une bonne} partie du dix-neuvième siècle,

est qu’une négligence fréquente ^du langage perpétue,

sinon dans l’intelligence ^{des faits,} du moins dans la forme sous laquelle ^{on les} présente.

On parle ^souvent de chaleur rayonnante ^comme

d’une forme particulière ^{de la chaleul’, et l’on a cou-}

tnn1e, dans les ouvrages élémentaires, de ranger ^cette forme de l’énergie ^{dans le} chapitre consacré à la pro-

pagation de la chaleur sous ses drivers aspects. ^Ben

n’est plus artificiel ; ^tant que la radiation ^se propage, elle n’est pas plus de la chaleur qu’elle ^{n’est un agent} chimique ; ^{elle est l’un ou l’autre ou tous les deux à}

la fois quand ^{elle est} absorbée par ^un corps ;

Inais, jusque-là, elle n’est ni l’un ni l’autre; ^elle

est la radiation ou l’énergie rayonnante, C’est -à-dire

une forme particulière ^de l’énergie, susceptible ^{de se}

transformer spontanénent ^{dans des éclats} plus dégra- dés, ^{ou de remonter à des formes} plus élevées si cette ascension d’une portion ^de l’ensenlhle est rachetée par

une dégradation ^{du reste.}

Or les actions chimiques ^de l’énergie ^rayonnante

sans élévation de la température ^sont fréquentes; ^la

vision elle-même n’est, pour ^{une bonne} part, qu’un

cas spécial de l’action chimique. Les mille actions du rayonnement ^sur les corps, les oxyda 1 ions qu’il

favorise, ^les réductions qu’il produit ^{ailleurs, l’iolli-}

sation qui ^{est la} séparation ^des complexes ^matériels

les plus petits, ^sont les résultats de l’action protêt-

forme des radiations sur la constitution de la molé- cule sounlise à ses effets. C’est seulement lorsque ^le

corps frappé par la radiation l’absorbe ^en entier sans

subir aucune transformation chimique ^{ou aLltrC} qu’elle

s est dégradée ^{en chaleur ; si ce} phénomène ^{était cons-}

tant, ^{si toute radiation} absorbée se retrouvait sous

forme de chaleur et sous aucune autre forme, ^on pour- rait parler dl’ chaleur rayonnante ^{sans commettre} plus qu’une incorrection philosophique. llais il n’en est point ^{ainsi et} l’erreur que l’on ^{commct en} par- lant de chaleur rayonnante ^est élémentaire.

Le corps idéalement noir ^et les corps réels.

-

Tandis quc des recherches expérimentales ^{sur un} grand ^{nombre de cas} particuliers montraient 1 extrême

complexité ^des phénomènes ^du rayonnement, quel-

ques notions d’une grande généralité ^et d’une idéale

simplicitu ^étaient acquises par les physiciens.

Les considérations de Prévost, ^sur l’équilibre ^mo-

bile de température, contrnaient le _germe fécond des théories qui ^furent ultérieurement élaborées mais elles devançaient trop ^leur temps pour ^être sainement

conlprises, ^{On doit au} génie de Poisson d’avoir fondé L1 théorie énergétique ^du rayonnement, précisée ^et singulièrement développée dans le mémoire que Kirch- hoff’ _consacra, en 1861, ^{u cette} question fondamentale pour la philosophie naturelle. Dès lors, les bases d’une théorie complète ^du rayonnement ^{sont solidement}

posées : assurément, les ingénieuses déductions de

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01904001011014001

Clausius étendent encore celle théorie: des formules

disséquant ^les phénomènes dans leurs derniers détails viennent enrichir considérablement notre connaissance de la question, mais c’est toujours ^{au mémoire de Kir-} chholi, qu’il ^{faut se} reporter pour connaitre les prin- cipes qui régissent ^le phénomène pris ^{dans son en-}

semble.

si les lois du rayonnement semblaient d’une inex- tricable complexité, ^c’est qu’on ^{les avait} toujours

cherchées dans le faisceau émis par ^des corps réels,

doués de propriétés individuelles, ^{liées aux} plus my s- térieuses conditions de leur structure; c’est que, si même les solides incandescents émettent ^un spectre

continu au lieu du spectre ^{de raies des} gaz, la per- sonnalité de la molécule ou de l’atome ne s’est pas fondue entièrement dans l’ensemble, ^{et l’on} peut ^dis- tinguer ^{encore le} plus souvent, dans ^cette continuité,

un simple élargissement ^{des raies, dont les bords}

viennent se superposer, de manière à empêcher ^la

courbe générale d’émission de descendre cn aucun

point rigoureusement u zéro. Parfois même, ^le spectre présente ^une continuité et une régularité qui ^font

croire a des lois très simples, Cependant, l’élnission dans certaines régions ^du spectre d’un corps déter- nlillé est parfois ^{très faible: si tel est le cas, cc} corps

est ou rétléchissant ou transparent ^{dans la} région que l’on envisage; ^{et, comme} chaque ^substance possède,

a ce point ^{de vue, des} propriétés particulières, ^les

lois du rayonnement ^{sont aussi} nombreuses que celui des substances existant sur la terre.

En présence ^{de cette intime} complexité, ^la simpli-

cité des principes posés par Kirchhoff, ^et qui gui-

dèrent la recherche expérimentale, ^est frappante.

Considérons un corps idéal susceptible ^d’absorber

la totalité des radiations clui ^le frappent, quelles que soient leurs longueurs ^{d’onde ;} par analogie ^{avec la} propriété d’un corps absorbant ^toute lumière visible,

nous lc nommerons un corps noir. Plaçons-le ^dans

une enceinte isotherme et fermée à tout rayonnement.

Il prendra ^la température ^de l’enceinte, et, à partir

de ce moment, l’équilibre subsistera entre les radia- tions qu’il ^{absorbe et celles} qu’il ^{renvoie. Pour toute}

radiation, ^son pouvoir ^{émissif est donc} égal a ^son pouvoir absorbant; et, ^{comme cc} dernier possède,

pour ^toute radiation, la valeur maxima possible. ^son pouvoir ^{émissif sera aussi} maximum. Un _donne, arbi- trairement a Cl’ maximum commun du pouvoir ^émis-

sif et du pouvoir absorbant, la valeur 1: mais cette

propriété peut aussi être exprimée par ^uii chiftrc non

arbitraire dont nous trouverons phis loin la valeur en

fonction des unités usuelles.

Nous n’avons rien supposé ^{sur les} propriétés ^de

l’enceinte ; mais nous savons que, quelles qu’elles soient, lorsque l’équilibre therlnlqlle ^{est établi. il}

subsiste indéfiniment : chaque élément de l’enceinte émet donc une puissance égal(, ^{ii t’Ullt’} quelte ^absorbe:

il possède ^un pouvoir emissit doni la valeur est pour

chaque radiation, ^klne fraction due celle du corps noir, ^{et un} pouvoir ^absorbant exprime par la même fraction. Le complément ^{de la} puissance

absorbée ou émmise est réfléchi , de telle sorte que la

puissance totale issue d’un élément de surface est

toujours égale ^{a ce} qu’elle serait si le corpb était noir.

Le rayonnement a l’inférieur d’une enceinte iso- therllle est donc toujours ^celui qui serait issu d’un corps idéalement noir. On a proposé de lui donner le

nom de « rayonnement ^{noir »} schwarze Strahlung).

Le mot est séduisant, cependant je ^ne l’adopterai pas dans ce qui ^{suit: car,} si la notion vulgaire ^{du noir,} empruntée ^aux observations dans la partie ^lumineuse

du spectre, suppose ^{une extension toute} naturelle au

spectre ^{entier, il} peut paraître exagère ^de parler ^en-

core de rayonnement ^noir lorsqu’il s’agit d’un corps

poussé ^{a une} vive incandescence: un arrive même à

un véritable contre-sens lorsque, voulant discuter la

qualité ^du rayonnement ^{émané du} soleil ^{on en vient}

a assimiler sa lumière a un rayonnement noir, ^tandis qu’elle ^{donne la} définition généralement acceptée ^du

blanc. Je ^ne prétendrais pas que le ^nom de rayonne- 111ent noir soit illogique ^{dans ce cas; mais, comme le}

noir et le blanc entrcnt ici en conflit évident, il me

semble (me le vocable ^nouveau présente quelques ^in-

convénients et pourrait prêter ^à contestation, Il est

avantageux cependant ^de pouvoir désigner ^{d’un seul}

mot le rayonnement ^émané d’un corps noir ; je pro-

poserai ^{donc de le} qualiner d’intégral , pour le distin- guer des rayonnements émis par les corps réels, et qui

sont tons des rayonnements partiels .

Supposons maintenant que ^nous ayons tracé la courbe du rayonnement intégral ^en fonction de la lon- gueur d’onde pour ^une température déterminée de la surface rayonnante, ^el rapportons ^{a cette} courbe celle d’un corps quelconque ^{à la même} température. ^Nous

Savons que ^cette dernière peut, ^{en certains} points,

atteindre la première, ^mais qu’elle ^ne peut pas la dé- passer, aussi longtemps ^{que It’} phénomène ^considéré

n’est pas ^{autre chose} que incandescence. S’il

^se

trouvait que les ordonnées de la seconde courbe fussent dans ^un rapport ^{constant avec} celtes de la

première, le corps serait gris ^si elles sont dans un

rapport ^variable, 1t’ corps ^est coloré, Il n’ existe cer-

tainement dans la nature aucun corps noir ni ^aucun corps gris pour l’ensemble du spectre ^tous les corps sont plus ^{ou moins colorés.}

Le pouvoir ^{émissif et le} pouvoir réfléchissant étant

complémentaires pour toutes les radiant à une tem-

pérature déterminée ta notion de couleur est exacte- ment inversée si la surface considérée est elle-même lumineuse, ^on si elle renvoie une lumière étrangère :

mais cette notion est généralement masquée ^{et com-} plètement dénaturée par le fait des températures ^di-

.

verses auxquelles ^{on observe un même} corps pour

définir ses clualités . Nous attribuons généralement ^à

un corps la couleur qu’il ^{trie et} ren’oie duii fais-

ceau blanc, c’est-à-dire émané du soleil ou d’une

source équivalente, tandis que lui-même ^reste froid;

nous nous enquérons ^{rare1ent de la} qualité ^{de sa}

lumière s’il était porté ^il l’incandescence. Il en résulte

quelques apparentes contradictions.

Ainsi la magnésie ^ou l’oxyde ^{de zinc, très blancs}

tous deux, _{et, par} conséquent ^très rétléchissants

¹

à la température ordinaire, possèdent, ^{dans la} partie

lumineuse du spectre, ^un pouvoir ^émissif peu ^infé- rieur à 1 unité lorsqu’ils ^{sont fortement} chauffés ; ^aux

températures ^{élevées, ils sont donc doués de} pro-

priétés plus voisines de celles d’un corps noir que de celles d’un corps blanc.

Le quartz al110rphe, parfaitement transparent ^aux températures ordinaires, ^{énlet une vive} lumière lors-

qu’il ^est porté ^{à une} température ^{très élevée. Ces}

deux observations seraient contradictoires et met- traient en défaut les principes énoncés par lürchlloff si l’on pouvait ^admettre que la nature optique ^du quartz ^est restéc la même lorsqu’il ^{est brillant} que

lorsqu’il ^est transparent. ^{Il n’en est rien ;} jusqu’à ^la température ^la plus élevée que puisse ^{donner un bcc} Bunsen, ^le quartz ^{conserve sa} parfaite lilnpidité;

mais, clue l’on élèBe encore lui peu ^la température,

et on le Berra assez subitement briller d’un vif éclat.

Si, ^{u ce} moment, ^on projette ^{sur lui un faisceau de}

lumière solaire, Ull Berra qu’il ^csi devenu opaque. Le

quartz ^{a subir, sur un} intervalle de température ^res- treint ^une transformation (lui ^a profondément ^alLéré

ses propriétés optiques.

Il n’était pas inutile de signaler ^ces particularités,

en raison desquelles ^la notion de couleur est sou ruent lnal comprise.

La difficulté est assurément moindre d’étendre ii l’enseiiible du spectre des idées renferlnées dans des mot s créés pour les notions restreintes relatives ^au

spectre ^lumineux. Cependant, ^la généralisation ^{du lan-}

gage appliqué ^{à tout le} spectre ^nous obligera ^{à aban-}

donner quelques ^idées bien assises dans notre esprit.

Si, _par exemple, nous nous delllalldons pourquoi ^la neige ^{est blanche, nous trouvons} qu’elle ^{renvoie dans}

fous les sens, par les millu facettes de ^ses gracieux

cristaux, toute ^{la lumière} qui ^la frappe. ^{Mais cette}

réflexion n’est pas limitée à la surface apparente ^{d(1 la} neige ; la lumière traverse les premiers ^{flocons, se ré-}

fléchit sur les couches slus-jaccntes, et retourne a l’extérieur. Le pouvoir réfléchissant de chaque ^surface

est faible, ^{et ce} n’est que par la succession des ^ré- flexions de la lumière transmise que la presque ^tota-

1. Eu partant ^du point ^de

^vue

^où

nous plaçons il n’y a

pas lieu de distinguer ^{entre la reflexion} régulière ^et la reflexion duruse. La difference entre lu· deux phénomènes ^{tient a it}

constitution géométrique ^{de la surface, et}

^non

^à

^sa

^nature physique .

lité de la lumière incidente ^{se retrouve au} dehors sans

modification sensible de sa couleur.

Mais supposons ^un 0153il construit pour percevoir ^uni- tluement ^les premières régions ^de l’infra-rouge ^{1 eau}

est à peu près opaque pour ^ces rayonnements par-

tictiliers, qui réftëchissent en faible proportion ^{à la}

surface de la neige, tandis que les rayons qui pénètrent plus profondément ^sont absorbes : l’0153il _que nous venons de supposer attribuera donc à la neige ^une

teinte d’un gris ^{noirâtre, avec} quelques ^{éclats ; de loin,}

une pente neigeuse ^aura pour lui a peu près l’aspect

d’un tas de charbon menu, dont les grains ^{ont con-}

servé quelques ^facettes brillantes.

Telle est la nature des quelques ^{illusions dont il}

faut se défaire si l’on veut aborder l’étude du rayon- nement d’un esprit ^non prévenu, ^{tout en conservant}

le bénéfice des notions (Bbauchées par l’expérience journalière de nos yeux, ^et des concepts ^contenus dans les mots par lesquels nous avons pris ^l’habitude

de les désigner.

Lois numériques. - ^La généralité ^des principes

établis par Kirchhoff, et surtout le fait d’avoir séparé complètement les lois du rayonnement ^des propriétés

de toute matière particulière, l’avaient conduit à pré-

dire un fait dont la réalisation, pour s’être fait ^atten-

dre, ^{n’en a} été que plus frappante. Au ^{milieu de l’im-}

mense complexité ^{des lois} expérimentales du rayon- nement, Kirchhoff prévoyait ^{des lois} simples lorsqu on

saurait réaliser le corps noir, ^ou lorsque ^la thermody- namique ^{aurait établi sa théorie} complète. Cependant,

¹

on cherchait encore des formules empiriques, ^cL parmi ^{toutes celles} qui ^furent proposées, ^{il eu est une} qui ^{a eu une} singulière fortune. Le physicien ^viennois

Stefan _con1para ^un jour les émissions totales de divers corps, déterminées pour des températures ^variées, par des observateurs différents, et trouva que plusieurs

des nombres indiqués ^se rangeaient ^{sur une courbe}

tracée en supposant que ^ce rayonnement ^est propor- tionnel a la quatrième puissance ^{de la} température

absolue. A l’époque ^{oit Stefan} proposa ^sa formule, il y avait toutes sortes de bonnes raisons pour croire qu’un

heureux hasard avait seul permis ^de rassembler des resultats disparates ^{dans un} cadre aussi simple.

Aussi la surprise des physiciens fut-elle grande

lorsque M. Boltznann ^{donna. en} 1884, ^un semblant de prenne de l’exactitude de la loi de Stefan, ^non point

pour des corps pris an ^mais pour le corps

théoriquement ^noir.

Aujourd bui la loi de Stefan pour le corps noir n’est I. La chance qu’eut Stefan est ainsi tout à fait semblable a

celle que rencontra Gay-Lussar lorsqu’il fonda sur des expé- riences peu précises , et sans aucune notions des théories qui furent développées plus tard, l’échelle des temperatures sur la

dilatation des _gaz. Lt’s expériences ^de Gay-Lussac ^étaient

erronées

en

moyenne de 2 pour 100, ^d’oit

^une

apparente

^con-

cordance entre des nombres divers ;

^en

iéalité, la dilatation de

l’hydrogène représente ^réchdle thermodynamique

^au

^millième

de degré ^dans

^un

intervalle très étendu.

plus ^{contestée car} 1 ébauche de théorie donnée par M. Bolizniann a été consolidée par des raisonnements

plus rigoureux, puis ^fortement étalée par des expé-

riences dont nous parlerons ^bientôt.

Une autre relation vint bientôt s’ y ajouter. ^{M. wla-}

dimir Michelson, considérant le rayonnement ^émis par des molécules gazeuses, ^crut aBoir démontré qu il existe, ^{entre la} température absolue du corps noir et la position ^03BBm, du maximum de la puissance ^dans

son spectre* normal, c’est-à-dire dont l’abscisse est la

longueur ^{d onde, une} relation de la forme

mvO=const.

Plus tard, ^M. Wien, reprenant avec plus ^de rigueur

un raisonnement analogue, établit la relation mO = const .

connue sous le nom de loi de déplacement ^{ou loi de}

Wien, ^et dont la forme a été généralement acceptée

par les physiciens.

Si les deux ^lois partielles ^{de Stefan, Boltzmann et}

’Vie i sont exactes, toute formule établie pour ^re-

présenter ^la puissance de la radiation en fonction de la

longueur d’onde et de la température devra les conte- nir. Les formules satisfaisant à cette conditioll peuvent

être eu nombre infini, et. effectivement plusieur ^ont

été proposées qui le; contiennement toutes deux. Celle

qui, finaleiiieiit a survécu ^a été établie par M. Planck ; elle est de la forme

C et c sont des paramètres qui ^ont le caractère de constantes naturelles. La lui de Stefan-Boltznann s’en déduit par l’integration ^{de Pds entre o et o}

celle de Vien ^ressort immediatement de la condition

bP bv = 0, qui donne aussi Pm

⁼

^{B O} Pm ^{étant l’or-} donnée maxima de là courbe du rayonnement

Ces révélations sont, ^{comme 011 wii d’une} simpli-

cité inattendue; ^nous allons décrire les expériences qui ^{les ont vérifiées.}

Ch.-Ed. GUILLAUME,

Directeur adjoint du Bureau international des Poids et Mesures.

La situation du Radium dans la classification

périodique ^{des éléments} d’après ^son spectre

PlUSIEURS savants ont cherché des relations ^entre le poids atomique ^{d’un élément et la structure}

de son spectre. ^Le plus intéressant des résul- tats obtenus est petit-ètre ^{celui de} Bydbcrg.

Si 1 on considère le nombre n de longueurs ^d’onde

par centimètre pour le-, diverses raies diiii spectre.

on trouve, ^{comme on} sait, que ^ces raies forment ^une série de Baliiier ou de Rydherg qui s’accompagne

d’une ou de deux autres séries: et que la différence v entre les valeurs de ïi pour les raies de la série prin- cipale ^{et les} valeurs de Il pour le, raies correspon- dantes des autres séries est constante. Ainsi, a ^une raie _ii,, correspond ^{une raie n1 +v1 et,} dans certains

cas, ^une troisième n1+ v2.

Bydberg ^a indiqué, ^{comme loi} approximative, que, pour ^une famille naturelle d’éléments, les valeurs de

sont proportionnelles ^{auB carrés de,} poids ^atomi-

ques. Mais ^on peut ^{montrer The cause of the struc-}

ture of spectra ^Phil. Mag .. Sept. 1901 que le para- mètre V est plutôt ^{lié à} des nombres abstraits qu’aux poids atomiques , c’est -à- dire que la loi qui ^détermine

la valeur de l’est plutôt ^{an’airc de} cinématique que

de dynamique. ^Ainsi, par exemple, ^dans la famille du zinc, ^{on trouBe} les valeiirs der suivantes :

Puisque 386,4 x3 =1139,2 identique ^{a ta valeur}

de i, pour Cd, et que 386,4 12

^=m

4636,8 ^à _peu

près la valeur de i, pour llg, ^{la ioi de} la ^fa

mille du zinc correspond à la série 1.3.12

Dans, la famille (lit lithium la valeur dl’ 1, pour LI

est trop petite pour être mesurée avec certitude mais pour ies ^autres éléments, on ^{obtient :}

les membres placés sous les valeurs de v sont

donné5 par la formule ⁱ 19.6 3.

ou la série de facteurs 1. 3 . 12 réparait ^{avec un} qua-