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Submitted on 1 Jan 1908
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Sur le rendement lumineux et l’équivalent mécanique de la lumière
Ch.-V. Drysdale
To cite this version:
Ch.-V. Drysdale. Sur le rendement lumineux et l’équivalent mécanique de la lumière. J. Phys. Theor.
Appl., 1908, 7 (1), pp.872-878. �10.1051/jphystap:019080070087201�. �jpa-00241418�
872
il est alors en équilibre dans toutes les directions comme une sphère isotrope, puis l’axe de révolution Oc s’oriente dans le champ jus- qu’au moment où, pour une valeur convenable de K, il y a un nouvel
équilibre indifférent auquel succèdent des orientations semblables à celles observées au début, autour d’une droite quelconque du plan
de ab qui se dirige suivant le champ.
Si, au contraire, l’ellipsoïde est de révolution autour de son
,
grand axe cc et si K, est inférieur à la valeur commune de .K2 et de K3,
le solide oriente d’abord son axe de révolution suivant le champ, puis après un équilibre indifférent, ce sont les diverses droites du
plan de bc qui sont susceptibles de se diriger dans le champ: K crois-
sant, on a de nouveau un équ’ilibre indifférent et enfin un retour à la première orientation du grand axe a dans le champ.
Il est aisé de déduire de la discussion précédente, et en se repor- tant à l’interprétation géométrique, ce qui arriverait si l’ellipsoïde
était de révolution, au point de vue géométrique, sans que cette con-
dition soit remplie en ce qui concerne l’induction.
SUR LE RENDEMENT LUMINEUX ET L’ÉQUIVALENT MÉCANIQUE DE LA LUMIÈRE ;
Par M. CH.-V. DRYSDALE (1).
On ne semble guère s’être préoccupé en Angleterre de la déter-
rnination du rendement des sources de lumière diverses et de la
puissance dépensée pour la production de la lumière ; d’autre part,
les travaux des savants allemands et américains ne sont pas encore
assez complets pour fournir avec certitude les valeurs numériques
du rendement lumineux et de l’équivalent mécanique de la lu-
mière.
Dans ce qui suit, je donnerai un résumé de quelques détermina-
tions faites par M. A.-C:. Jolley et moi-même, dans le but de mesurer ces quantités.
Pour cela, nous avons d’abord mesuré le rendement lumineux et
la consommation totale de quelques lampes à incandescence les plus nouvelles, au moyen d’une détermination directe dans le spectre par
un bolomètre.
(1) Communication faite à la Société française de Physique : Séance du
6 mars 1908.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019080070087201
873 1. Re>zlenie>?l - Soit : Q, la puissance totale dépensée
dans une source ;
00
,
R, la radiation totale la perte étant due à la
o
conductibilité et à la convection ;
L, la radiation lumineuse = où )’1 et sont les limites
du spectre visible, soit 0,39 u. et i 0,76 1-L ;
L~,, la radiation lumineuse équivalente = où K~ est un
o
facteur qui est proportionnel à la luminosité et pris comme unité pour À == qui est le maximum de sensibilité de la rétine.
Dans son sens habituel, le rendement lumineux est le rapport
TI
=2013~ c’est la quantité que Nichols nomme total efflciency.
Dans les méthodes où aucune précaution n’est prise pour tenir compte des pertes par conductibilité ou convection, on détermine le rapport TIR = il q ui est la radiant efficiency de Nichols.
Récemment M. Ch. Ed. Guillaume (1 ) a proposé une nouvelle
définition .- L~ ~ qui pourrait être appelé le « rendement lumineux
réduit », car il est exprimé en fonction d’une lumière étalon mono-
chromatique.
Il est évident qu’avec la définition ordinaire, une source aurait un
rendement unité si L == Q, c’est-à-dire si toute l’énergie était dans le spectre visible, et cependant ce serait encore une source peu effi-
cace au point de vue de l’éclairage, si ses radiations étaient con-
finées aux deux extrémités du spectre visible.
La définition de Guillaume conduirait seulement au rende- ment unité dans le cas d’une source monochromatique de longueur
d’onde 0,54 p..
IL Mesure de l’équl’valent 17ufcan£que de la - La méthode
la plus directe est évidemment de faire tomber simultanément un
faisceau lumineux de la qualité requise sur un photomètre et sur un appareil quelconque mesurant la chaleur, et de comparer l’indication du bolomètre à celle fournie par une source étalonnée placée à une
distance connue.
(1) Société internationale des Electriciens, Bull., V, p. 363-400.
874
Comme à peu près tous les procédés pour mesurer de faibles quan- tités de chaleur comportent des erreurs, il est de la plus grande im- portance que la comparaison entre la radiation du faisceau en essai et la radiation connue soit effectuée aussi rapidement et facile-
ment que possible avec le minimum de causes d’erreur.
Pour cela, nous employons une source intense, mais de petites di- mensions, telle qu’un arc ou le filament de la lampe Nernst, et en
obtenons un spectre approximativement pur au moyen d’un prisme à
sulfure de carbone sur un photomètre et sur la boîte du radiomètre.
Par l’emploi d’une fente étroite, on peut obtenir une lumière mono-
chromatique de longueur d’onde désirée, ou, en ouvrantla fente, une
bande qui peut atteindre la longueur totale du spectre ; l’intégration de
toutes les radiations lumineuses est ainsi obtenue automatiquement
sans aucun autre dispositif de concentration.
La source étalonnée est une lampe à incandescence qui consti-
tue la lampe de comparaison; elle est placée près du prisme ou au- dessus, de sorte que les deux faisceaux sont ainsi sensiblement paral-
lèles au banc qui supporte tout le système.
Une lampe étalon est placée de l’autre côté du photomètre.
Un écran fixe disposé devant le bolomètre n’y laissait parvenir que la seule radiation provenant du prisme ou de la lampe de compta-
raison : l’ouverture qu’il portait pouvait être obturée par un écran mo- bile arrêtant l’une ou l’autre des radiations de ces deux sources ; il était commandé à distance par une corde.
Le faisceau ainsi produit tombait à la fois sur le prisme et sur la
boîte renfermant le bolomètre; on réglait la lampe de comparaison,
de manière à ce que la manoeuvre de l’écran mobile, qui rempla-
çait le flux à mesurer par la radiation de cette lampe, ne pro- duise aucune variation dans la déviation du bolomètre. Ceci évitait les causes d’erreur principales, la mesure étant plus rapide qu’en
attendant une lente déviation.
Les raisons qui ont conduit à employer comme lampe de compa- raison une lampe électrique sont les suivantes :
10 La puissance totale est facilement mesurée par la différence de
potentiel, et le courant peut être rapidement régularisé;
2° La perte par convection et conductibilité, qu’il est difficile d’éva- luer avec précision, est très petite, étant donné la haute température
du filament.
Ces avantages rendent la lampe à incandescence très supérieure,
875 comme source de comparaison, aux lampes à basse température em- ployées par Thomsen et les autres observateurs.
Il faut cependant dire que la radiation n’est pas uniformément dis-
tribuée ; mais cette difficulté peut être surmontée une fois pour toutes en déterminant la relation entre l’intensité dans une direction donnée et l’intensité moyenne sphérique, ce qui peut être convena- blement fait photométriquement.
Le photomètre employé a été imaginé par l’auteur pour les mesures ordinaires et surtont hétéroclzromes. Il consiste simplement en deux prismes à réflexion totale montés sur une, lame de verre avec leurs
angles en contact.
Les radiations des deux lampes entre lesquelles le double prisme
est placé peuvent ainsi être reçues sur un écran de verre dépoli ou
de papier transiucide, auquel cas, l’apparence est identique à celle
donnée par le photomètre à bloc de paraffine de Joly. ()n peut aussi disposer cet écran avec des « Tests » (lettres ou réticulations de dif- férentes dimensions) à la fois sur champ éclairé ou obscur, les lettres
et signes étant absolument symétriques.
L’avantage de cet écran spécial est qu’il sert indifféremment en
lumière blanche ou colorée; il est peu influencé par un léger défaut
d’orientation des sources, et se prête bien au réglage en lig ne droite
des deux lampes et du photomètre ; enfin il permet d’amener une partie du spectre bien déterminée en un point donné de la plage photométrique, ce qui permet de faire des comparaisons même avec
un spectre peu étalé.
Pour la mesure de l’énergie, nous avons d’abord essayé une paire
de soudures thermoélectriques construites d’après les indications du
professeur Féry ; mais, ayant trouvé ce dispositif trop peu sensible,
nous avons eu recours à un bolomètre : un fil de cuivre de 50 centi- mètres de longueur ayant ’1,~ ohms fut enroulé sur un support en
mica. Deux supports ainsi préparés furent introduits dans la même boîte que les prismes du photomètre et immédiatement au-dessus, de
manière à recevoir exactement les mêmes radiations que ce dernier.
Pour protéger les deux bras du bolomètre contre les courants
d’air, les deux extrémités de la boîte et la fenêtre d’observation étaient fermées par des feuilles minces de mica.
Séparés par un écran d’amiante, les deux bras du bolomètre étaient reliés convenablement par des conducteurs flexibles à un
pont de Carey-Foster.
876
L’emploi de deux résistances bolométriques rend les variations de température de la pièce de moindre importance ; tout l’arrange-
ment bolométrique et pliotométrique était réversible pour prévenir
un manque de symétrie du système,.
Les bobines du pont avaient 10 ohms de résistance chacune, et le
courant était mesuré par un galvanomètre de 7,5 ohms donnant 22 millimètres par microvolt ; il passait de 0,04 à 0,1 ampère dans chaque bras du pont; le bolomètre permettait d’apprécier i /2 watt à
2 mètres.
Pour faire les lectures, le photomètre était d’abord fixé au milieu
du banc, et le spectre déplacé jusqu’à ce que la couleur requise appa- raisse à l’angle des prismes. On approchait alors la lampe étalon
pour obtenir l’équilibre photométrique : soit cl la distance de cette
lampe.
L’équilibre bolométrique était ensuite obtenu en réglant la dépense
de la lampe de comparaison qui recevait ~~ watts et était placée à
une distance D.
En supposant alors que la chaleur de la lampe de comparaison est
radiée également dans toutes les directions, nous avons :
J
. ,d l d’. b l, rW
. ,Intensité de la radiation au bolomètre B 47!’"
=" D? par "
"centimètre
carré, où r est le rapport de la radiation à la puissance totale ;
Intensité d’illumination du faisceau 1 -12 ou K est la puissance
en bougies de la lampe étalon, et f le rapport de l’illumination dans la direction du faisceau à la véritable illumination.
De là on tire l’équivalent mécanique de la lumière :
exprimé en watts par bougie.
Des déterminations soignées de l’intensité luminense de la lampe
de comparaison faites en directions variées par M. Jolley et pour
une différence de potentiel constante, il résulte, pour une direction horizontale moyenne, un facteur de réduction égal à 0,862 et qui con-
corde bien avec le nombre 0,865 donné par Paterson.
Pour la direction dans laquelle la radiation était mesurée, on
trouva 0, i 8.
La quantité de chaleur perdue par convection fut obtenue expéri-
877 mentalement en se servant d’un calorimètre spécial enregistrant les
calories emportées par le courant d’air ascendant créé par la lampe;
cette perte représente seulement 2 à 3 0 ’0 de l’énergie totale, quantité négligeable, étant donnée la précision des autres mesures.
Le plus grand nombre des déterminations fut fait dans le jaune vert jugé à l’oeil dans le voisinage de 0,54 ~, proposé par Guillaume. Une
erreur sur la longueur d’onde choisie ne peut d’ailleurs présenter
que peu d’importance, puisqu’on se trouve dans le voisinage du maxi-
mum de sensibilité de la courbe rétinienne.
Pour faire des déterminations en lumière blanche, on élargissait
considérablement la fente et on l’ajustait de telle sorte que l’un des bords aurait donné de l’in.fra-rouge et l’autre de l’ultra-violet sur
l’écran photométrique ; on obtenait ainsi de la lumière blanche exempte de radiations obscures au lieu d’être enlevée seulement à
une des extrémités du spectre, comme dans l’expérience .d’A’ng-
strôm (1).
Un certain nombre d’observations préliminaires furent faites avec
l’arc et la lampe Nernst comme sources de lumière et en inversant les faces du photomètre. Cependant on observa des perturbations
considérables au galvanomètre, ce qui fut attribué au voisinage
de l’observateur. La moyenne de 24 observations fut 0,08 watt par
bougie.
Pour éviter les causes d’erreur signalées précédemment, on prit le parti de disposer tout l’appareil dans une pièce formant chambre noire et dans laquelle l’observateur n’entrait pas. Un trou percé
dans le mur laissait arriver les rayons du spectre snr le bolomètre ;
une autre petite ouverture servait pour l’observation du photomètre.
Les lectures devinrent alors beaucoup plus satisfaisantes.
Les résultats obtenus sont réunis dans la table 1. Le résultat final de 0,12 w-att par bougie ponr la lumière blanche du filament Nernst concorde presque exactement avec la valeur trouvée par AngstrÕn1
pour la lampe Hefner. Thomson et Tumlirz emploient tous deux des
méthodes d’absorption, et on doit attacher peu de valeur à leurs ré- sultats.
On peut essayer de déduire d’autres valeurs des recherches anté- (1 j Dans cette expérience, le verre des lentilles, etc., employées avait sans
doute enlevé la majeure partie de l’ultra-violet : c’est sans doute à la petitesse
de l’énergie de ces radiations qu’est dû l’accord de ces résultats avec ceux que
j’ai obtenus n10i-n1ên1e.
878
rieures sur les illumi nants, mais ces nombres varient de 0,011 à 0,028 ,vatt par bougie trouvés par BiV edding, 0,0? à 0,39 donnés
par Rûssner et 0, 19 à 0,49 indiqués par Merritt..
La plus basse valeur, 0,08, trouvée dans les présents essais pour la lumière blanche, s’explique sans doute par la très haute température
de la source.
En attendant des déterminations plus précises, on peut admettre
’
qu’une source idéale de lumière blanche pourrait donner environ 10 bougies par watt, et en lumière jaune vert, presque 17 bougies.
T-~BLE I.
Méthode A, pile thermo et écrans absorbants ;
-
