Des diverses théories données pour expliquer les mouvements du radiomètre de Crookes (second article)

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Submitted on 1 Jan 1876

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Des diverses théories données pour expliquer les mouvements du radiomètre de Crookes (second article)

G. Lippmann

To cite this version:

G. Lippmann. Des diverses théories données pour expliquer les mouvements du radiomètre de Crookes (second article). J. Phys. Theor. Appl., 1876, 5 (1), pp.366-372. �10.1051/jphystap:018760050036601�.

�jpa-00237227�

366

riques

déterminées par la

position

^des

tangentes

^{à la}

courbe,

^menées-

par divers

points.

^Le coefficient de transmissibilité des radiations à travers une

épaisseur atmosphérique égale

^{à l’unité a}

variée

^dans

les circonstances où

j’ai

^{pu le mesurer, entre}

^0,940

^et

^o,80o

^envi-

ron, selon que

l’épaisseur atmosphérique déjà

^{traversée était}

plus

ou moins considérable.

DES DIVERSES

THÉORIES

DONNÉES POUR EXPLIQUER LES MOUVEMENTS DU RADIOMÈTRE DE CROOKES

(SECOND ARTICLE);

PAR M. G. LIPPMANN.

Depuis

^notre

précédent

^article sur le radiomètre de Crookes

(1),

de nouvelles

expériences

faites par divers ^{auteurs sont venues}

compléter

^et confirmer celles dont nous avons

déjà

^rendu

compte. Aujourd’hui

^la

plupart

^des

expérimentateurs

^et

M. Crookes en

particulier,

^{se rallient à} la théorie dont nous avons

parlé (2),

^théorie

qui

attribue le mouvement du moulinet ^aux pro-

priétés thermiques particulières

^{à l’air}

très-rarijié

^et enfermé dans

une enceinte étroite.

I. La

question capitale

soulevée par le radiomètre était celle-ci : le mouvement est-il dû au choc direct de la

lumière,

^{ou bien à une}

force

développée

^à l’intérieur de l’instrument? Dans le

premier

^cas,

les

particules

de l’éther et le moulinet sont les seuls

agents

^du mouvement; dans le second cas, la force motrice

prend

^son

point d’appui

^sur le verre de

l’enveloppe.

^{On se}

rappelle

que M.

Schuster,

pour résoudre ^cette

question,

^{a rendu mobile}

l’enveloppe

^{de verre,}

et constaté que ^cette

enveloppe

^{était mue aussi} bien que le moulai- net, mais ^{en sens} inverse. M. Crookes vérifia ce résultat pour le ^cas

où,

^la cage flottant sur

l’eau,

^{le moulin est arrêté} _par ^{une attraction}

magnétique ; ^mais,

^{dans le cas où} le moulinet reste

libre,M.

^Crookes

trouva que la cage ^tourne d’un mouvement très-lent dans le sens

du moulinet.

(1 ) ^{Jorcrnal de} Physique., ^t. V, p. ^220.

(3 ) Ibid., p. 223.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018760050036601

367 M. A.

Righi

^a

repris

^ces

expériences (1).

^{Il a} fait flotter le radio- mètre sur

l’eau,

^{dans un vase à bords}

graissés,

^{afin d’éviter} que ^la

capillarité

n’attirât le radiomètre vers les bor ds du vase.

L’enveloppe

de verre du radiomètre

portait

^{un miroir servant à mesurer les pe-}

tites déviations

angulaires.

^M.

Righi

observa que,

lorsque

^{la vitesse}

du moulinet commence à s’accélérer sous l’action de la

lumière l’enveloppe

^{de verre tourne en sens} inverse du

moulinet; lorsque

la vitesse du moulinet est devenue constante, le ^mouvement de

l’enveloppe

^{de verre}

s’arrête ; enfin, lorsque

la vitesse du moulinet

diminue, l’enveloppe

^est entraînée dans le sens où tourne le mou-

linet. Le moulinet et

l’enveloppe

^sont donc soumis à

chaque

^instant

à des

couples

accélérateurs de sens contraires.

En

suspendant l’enveloppe

du radiomètre au fil de torsion de la balance de

Coulomb,

^M.

Righi

^{a retrouvé les mêmes}

phénomènes,

modifiés seulement par la torsion du fil :

lorsque

le moulinet subit

une accélération

positive, l’enveloppe

^{exécute un mouvement en}

sens

inverse,

limité par la torsion ^du

fil ; lorsque

l’accélération du moulinet est nulle ou sa vitesse constante,

l’angle

de torsion ^se ré- duit à

zéro; lorsque

la vitesse du moulinet

diminue, l’angle

^de

torsion

change

^de

signe

^{en même}

temps

que l’accélération du moulinet. Ces

phénomènes,

observés par M.

Righi

^{dans le}

cas de la

torsion,

^avaient

déjà

^été

signalés

par M.

Schuster, qui

^se

servait d’une

suspension bifilaire,

^{au lieu d’un}

simple fil (2).

M.

Righi

montre, par ^une

expérience très-élégante,

que les ^cou-

ples

^{de forces}

qui agissent,

^d’une

part,

^sur

l’enveloppe,

^d’autre

part,

^{sur le}

moulinet,

^sont

ébaLix

^{et de sens} contraires. Il

suspend

^de

nouveau

l’instrument,

^{mais la tête en}

bas;

^{dans ce} cas, ^aucune lu-

mière,

^{si intense}

qu’elle ^soit,

^ne

produit

^de mouvement. Le moulinet dans cette

position

repose, ^{non sur} les

pointes d’aiguille,

^{mais sur}

le tube de

garde;

il devient par là solidaire de ^son

enveloppe.

^Les

forces

qui

suffisaient pour

produire

^{le mouvement} relatif des deux

parties

^ne tendent pas ^à

déplacer

^le

système qu’elles

forment lors-

qu’elles

^{les ont} rendues solidaires : ces forces obéissent donc à la loi

d’égalité

de l’action et de la

réaction;

^en d’autres termes, elles ^sont

tout entières intérieures à l’instrument. M.

Righi admet,

^comme

(’ ) ^Scienzia applicata, ^vol. l, parte II, ^{fase. 8.} Bologne.

(2) Proceedinbs ^{Roy. Soc., vol.} XXIV, p. 39I.

368

MM. Dewar et

Tait,

_que ^{ces forces sont dues à l’air}

qui

^{reste dans}

l’in strum ent.

II.

Inexpérience

^montre

qu’il

^{y a} de l’air dans

l’instrument,

^et

que ^cet air

produit

^même des effets de frottement très-notables.

M. A. Kundt

(1) dispose

^sur le moulinet ^un

disque

horizontal très-

léger en inica, qui

^{tourne avec} le moulinet. Un second

disque

^en

^mica,

mobile sur une

pointe d’aiguille,

^est

disposé

^{à une}

petite

^distance

au-dessus du

premier,

^{mais il en est} d’ailleurs

complétement

^indé-

pendant.

^Cela

posé, lorsque

^le

disque

^{inférieur se met à tourner,}

on voit le

disque supérieur,

^d’abord

^immobile,

^entraîné peu ^à peu dans le mouvement du

disque inférieur;

^{le mouvement est transmis}

d’Lln

disque

^à l’autre par le frottement de l’air

qui

^les

sépare.

M. Crookes

(2)

^ment la viscosité de l’air du radiomètre en évidence

en

suspendant

le moulinet du radiomètre à un fil de _cocon, au lieu de le faire

porter

par ^une

pointe d’aiguille ;

^{ce fil est attaché à un}

bouchon de verre lubrifié par du caoutchouc

fondu,

^et invariable-

ment fixé à ^un

support.

^Cela

posé, lorsque,

^en l’absence de toute lu-

mière,

^{on fait tourner}

l’enveloppe

^autour du bouchon comme axe, celui-ci restant

fixe,

le moulinet est entraîné par le ^mouvement de

l’enveloppe, ^grâce

^à la viscosité de l’air très-raréfié

qu’elle

^contient.

On sait que le coefficient de frotteinent d’un gaz ^est

indépendant

de sa densité. Cette

propriété remarquable

^{a été} établie par des

expériences

^{de IfI. C.}

^Maxwell,

^{de M.}

31e;ei°,

^{et, en dernier}

^lieu,

^de

MM. Kundt

et Warburg ;

^elle

se justifie

par la théorie de M.

Maxwell,

fondée ^sur

l’hypothèse

de Bernoulli. M. Crookes ^a vérifié cette pro-

priété

pour la raréfaction obtenue dans le radiomètre.

Diaprés

M.

Crookes,

^{la viscosité de l’air} sec, mesurée par le décroissement

logarithmique

^des oscillations d’un

levier,

^{reste à} peu

près

^con-

stante pour ^{toutes les}

pressions

mesurables au

manomètres;

^même

lorsqu’on

^a

dépassé

^le

degré

^{de vide}

qui empêche

^la

production

^de

l’étincelle

d’induction,

la diminution du frottement de l’air est peu

sensible ;

^{bien au delà de ce}

degré

^de

^vide,

^la viscosité diminue

plus rapidement.

^Mais

^alors,

^{comme le} fait remarquer M.

Kundt,

une des conditions de la théorie de M. Maxwell n’est

plus remplie ;

(1) ^{Ann. de} Pogg., ^n° 7, I876, p. 868 et GGo. - Voir aussi KCXDT et WARBURG, ^An1l.

de Pogg., ^{t. CLV,} p. 337 ^et 525; ^t. CLVI, p. I77.

(2) Proceedings of ^the Ro,r. Soc., ^t. XXV, p. 136 ( juin I876).

369 la distance moyenne

qu’une

^molécule

peut parcomrir,

^{sans en ren-}

contrer une autre, n’est

plus négligeable

par

rapport

^{aux dimension} du vase.

Ainsi,

^{dans un}

radiomètre,

^{il reste encore assez de} gaz pour que le frottement de ^ce gaz soit très-facile ^{à mettre en} évidence.

111. Si l’air contenu dans le racliométre est la ^cause du _mouvement,

on doit s’attendre à voir la vitesse

dépendre

^{de la}

pression

^de

^l’air,

et tendre à

disparaître quand

^le vide devient presque

parfait. ^C’est,

en effet,

^ce

qu’ont

^observé

plusieurs expérimentateurs.

^{M. Crookes}

(’)

a constaté que la force motrice ^va d’albord ^en

croissant,

^{en même}

temps

que la raréfaction de

l’air, jusqu’à

^un maximum. Si l’on con-

tinue ^à raréfier

F air

^la force diminue. M. Crookes

ajoute :

^{« La}

force de la radiation

n’agit

pas

instantanément;

il lui faut un

temps

appréciable

pour atteindre ^sa valeur

maximum,

^ce

qui

prouve,

comme le

pensait

^le

professeur ^Stokes,

que la force ^{est un}

euety

non

direct,

mais indirect de la radiation. ^» 1-,’aliteur

ajoute

à la fin de son travail : « Les

expériences que je

^{viens de résumer}

brièvement me

paraissent

démontrer presque ^avec certitude que la

répulsion produite

par la radiation ^est due à l’action de la chaleur

thermométrique échangée

^{entre la} surface du corps ^{en mouvement}

et les

parois

^du

récipient

de l’instrument par l’intermédiaire du gaz rar éfzé ^restant dans son intérieur. Cette

explication

^est,

^{du reste,}

conforme ^aux récentes recherches ^sur la dernière constitution de la matière et sur la théorie des _gaz. »

M.

Alvergniat (2) paraît

avoir obtenu un vide encore

plus parfait

que ^ceux de M. Crookes. Il fait le vide dans ^un radiomètre

dépourvu

de toute substance por eu se

(les palettes

^{sont en aluminium et ar-}

gent)

^et

^maintenu, pendant qu’on

^{y fait le}

^vide,

^à

^4oo degrés

^dans

de la vapeur de soufre. L’instrument vidé dans ^ces conditions ^a

perdu

^{toute sa} sensibilité pour la

lunlière;

^il

reprend

^{son mouve-}

ment, ^au

contraire, lorsqu’on

^{y laisse rentrer de l’air.}

M. Finkener

(3)

^a

également

^constaté que la

répulsion apparente

produite

par la lumière ^{va en} croissant

jusqu’à

^un

^maximum, quand

la raréfaction augmente, pour décroître ensuite

quand

^le vide devient

plus parfait;

il évralue la

pression

^au moyen du nombre de coups de

(1) Procc edi ys Roy. Soc., ^I5 juin I876; Comptes r endus du i septrn1bre I876.

(2) Comptes ^{rendus du} 24 juillet 18;6.

(3) Ann. ^dc Pogg., juillet I876.

370

piston

de la pompe ^{à mercure.} Afin de

pouvoir

ensuite pousser le vide

plus ^loin,

^{l’auteur a recours à}

l’absorption chimique.

^{A l’en-}

veloppe

du radiomètre sont soudées des annexes en verre contenant : io du

permanganate

^de

potasse

pur destiné ^à fournir de

l’oxygène

par l’action de la

chaleur; 9-"

^{du cuivre}

métallique

^{destiné à absor-}

ber cet

oxygène

^à

^chaud;

3° de la chaux vive pour absorber la vapeur d’eau. L’instrument

ayant

^{été lavé à}

l’oxygène, rempli d’oxy- gène

pur ^et fermé à la

lampe,

^{lyl. Finkener}

porta

la branche

qui

contient le cuivre

métallique

^{à 110}

degrés,

^et il mesura la vitesse du moulinet de dix minutes ^en dix minutes. Il vit _que cette

vitesse,

croissant d’abord avec le

temps,

diminue ensuite

jusqu’à

^s’annuler.

Il

parvint

^{ainsi à} réduire la sensibilité de l’instrument ^au

vingtième

de sa valeur maximum.

M. Finkener

développe

par le calcul

l’explication qu’il adopte

pour ^ces

phénomènes

^et

qui

^ne diffère pas de celle

adoptée

par Dewar et trait et les autres

physiciens

^dont nous avons

parlé.

^Ce

calcul lui

fournit,

pour la

pression

que doit avoir l’air dans un des radiomètres

qu’il emploie lorsque

la vitesse est

maximum,

^{la valeur}

de

omm,007

^{de mercure :}

l’expérience

^a sensiblement confirmé ce

résultat.

M. Finkener a vérifié par

l’expérience

^{un autre} résultat de la théorie : ^un radiomètre tourne d’autant

plus

vite que l’intervalle laissé entre les ailettes et la

paroi

^de

l’enveloppe

^est

plus petit.

^Ce

résultat est utile à noter pour la construction des radiomètres.

IV. M.

Righi explique facilement,

^au moyen de la ^même

théorie, l’expérience

^suivante

qu’il ^décrit,

^et

qui

^{a été} faite d’autre

part

par M. Jamin

(1).

^On chauffe par ^{contact un}

point

^de

l’enveloppe

^{de verre;}

on voit alors ^ce

point

^se

comporter

^{comme un centre de}

répulsion :

les deux

palettes

^les

plus

^{voisines se mettent en}

équilibre

^à

égale

distance du

point ^chauffé,

^{et oscillent autour de cette}

position d’équilibre, lorsqu’on

^{les en a écartées.}

D’après

^M.

Righi,

^ce

point

est le sommet d’une

gerbe divergente

de molécules _gazeuses

qui

ont

pris,

^{en le}

^touchant,

^{une vitesse}

plus grande correspondant

^{à sa}

telnpérature plus

élevée. Le choc de ces molécules repousse

chaque palette,

^et cela d’autant

plus

que ^cette

palette, en

^se

rapprochant

du sommet,

intercepte

^une

plus grande partie

^{de la}

gerbe.

(1) Comptes rendus, 24 juillet I876, p. 273.

37I On ^a

répété,

^sous

plusieurs

^formes

différentes,

^une

expérience qui s’explique

^{comme la}

précédente,

^et

qui

^{consiste à faire}

agir

^{sur la}

palette

^du

radiométre,

^non une source de

chaleur,

^{mais une source}

de

froid;

_{il y} ^{a encore}

rotation, mais,

^{dans ce} cas, le sens de la ro-

tation est renversé. Le

radiomètre, après

^{avoir été}

porté

^{à une}

température plus ^élevée,

^est abandonné de nouveau à l’action ^re- froidissante du milieu ambiant

( Frankland ) (1) ;

^ou bien le radio-

mètre, pris

^{à la}

température ^ambiante,

^est

plongé

dans de l’eau froide

(de Fonvielle) ;

^{ou encore, on verse} de l’éther ^sur

l’enveloppe

de verre

(Ducretet) (2). M.

Crookes avait observé

depuis longtemps qu’une aiguille

^de

glace,

substituée à une

bougie,

^{attire la}

palette

que ^la

bougie repoussait.

Ainsi que le font observer NI. Frankland

et M.

Righi,

^le

phénomène s’explique

^en

remarquant

que les faces des

palettes qui

^{ont le}

plus grand pouvoir

^{absorbant ont aussi le}

plus grand pouvoir ^{émissif ;}

^{ce sont} donc celles

qui

^se refroidissent le

plus

vite par

rayonnement.

^{Les rôles} des deux faces d’une

palette

étant

intervertis,

^{le sens de la rotation est renversé.}

V. Actuellement

donc,

^{tous les auteurs}

qui

^ont étudié le radiomètre

expérimentalement,

^{et en}

particulier

^M.

^Crookes,

^{sont d’accord}

pour admettre ^{une même}

théorie,

^et _{pour y} ^{faire rentrer} les diverses

expériences

^décrites

plus

^haut

(3).

On se

rappelle

le trait essentiel de cette théorie ^commune au-

(1) ^Nature, I9 octobre I876).

(2) Comptes ^{rendus, 3} juillet J 876.

(3) ^D’autres théories restées à l’état de spéculation, ^ou réfutées par l’expérience,

ont déjà ^été exposées ^{dans un} précédent ^article. Ajoutons que la possibilité ^{d’une ac-}

tion mécanique directe de la lumière a été soutenue, ^{dans ces derniers} temps, par M. Ledieu et par M. de Fonvielle (Voir ^les Comptes ^{rendus de} l’Académie des Sciences, I8¡6). ^{M. J.-A. Stevens, de} Cambridge, propose de considérer ^la température des corps

comme un état de vibration de leurs molécules, lesquelles seraient assimilables à de petits pendules: les forces centrifuges dues à leurs oscillations auraient une résultante capable

de déplacer le corps ^tout entier. D’autres théories font intervenir l’électricité. D’après

des expériences ^{de M.} J. Delsaux ( Voir Nature, 21 septembre I876, ^{la lumière déve-} lopperait ^{dans les} corps ^une polarité électrique. ^Ce fait, qu’il ^serait très-intéressant d’établir définitivement, ^{ne suflirait} pas à l’explication ^{du mouvement du} radiomètre ;

car aucune distribution d’électricité statique ^ne peut constituer un moteur perpétuel.

Dans une Notice sur l’histoire du radiomètre, M. G. Berthold (Voir ^{Ann. de} PObb·,

n° 7, I876) rappelle que Mairan, ^dès I747, a ^{fait marcher un} moulinet de métal dans

l’air, ^en concentrant sur ses palettes ^{la lumière} du Soleil. L’histoire des recherches an-

térieures ou analogues à celles de M. Crookes se trouve développée ^dans des Mémoires de M. F. Rossetti (Académie de Padoue, 14 ^mai 18j6) ^{et de M. Bartoli} (Florence, 18j6).

372

jourd’hui

^{à tous les}

expérimentateurs :

la force motrice est due à la

,

dilatation,

^à l’accroissement de

pression,

que l’air

éprouve

^{au con-}

tact de la face la

plus

^{chaude de}

chaque palette ;

^{et cet} accroissement de

pression

^{ne se transmet} pas ^{au reste} de 1"air raréfié contenu

dans le

radiomètre,

ainsi que cela aurait lieu si ^cet air était ^à la

pression atmosphérique.

^{Si cet} accroissement de

pression

^se

répar-

tissait

également

^{dans tout} l’intérieur de

l’instrument,

^{il ne tendrait}

pas ^à

produire

^un mouvement. Ainsi la

propriété caractéristique

^des

corps fluides, régale

transmi ssion des

pressions,

^ne s’étend pas ^à l’air très-raréfié du radiomètre. Ce

paradoxe apparent

^{se trouve être}

uneconséquence

directe de l’ancienne

hypothèse de Daniel Bernoulli, hypothèse aujourd’hui

^{remise en}

vigueur,

^{comme on}

^sait,

^{et très-utile}

pour l’étude des gaz. Un gaz ^{est un}

système

discontinu de molécules

indépendantes, parfaitement élastiques,

^et animées d’un

rapide

^mou-

vement de

translation ;

leurs chocs contre les

parois

constituent la

pression.

Le choc des molécules entre

elles,

^{s’il a}

lieu,

constitue le mécanisme par

lequel

^se

produit l’égale répartition

^{de la}

pression ; si,

^au

contraires,

les molécules sont assez rares pour

pouvoir

^traver-

ser un espace donné ^sans

s’y

rencontrer, la transmission de la

pression

n’a pas lieu dans ^cet espace. C’est ainsi que, dans ^un radiomètre où l’air est suffisamment

raréfié,

les molécules échauffées

(ou

^à

grande vitesse)

^et les molécules froides se croisent sans se

heurter;

^{ces deux sortes de} molécules constituent deux

systèmes qui

restent

indépendants,

^et dont chacun ^exerce la

pression

correspon- dant à la vitesse

qui

^{lui est} propre.

L’emploi

^de

l’hypothèse

^de

Bernoulli est

peut-être

^le

point

faible de la

théorie; mais,

^d’autre

part,

^la

conséquence singulière qui

^{en résulte}

paraît

propre ^à

expli-

quer ^{ou à}

suggérer

^d’autres

expériences

que celles du radiomètre.

Quant

^{à l’action}

mécanique

^directe

qu’exercerait

^la

^lumière,

^on

peut

^dire que le radiomètre ^a mis ^en évidence la difficulté

qu’il

y aurait à montrer cette action par

l’expérience.

^Ce

problème, qui

^a

servi de

point

^de

départ

^{à 31.}

^Crookes,

^{est encore à} résoudre. L’ac- tion de la lumière existe

peut-être néanmoins ;

^{il se}

_peut qu’une

force de ce genre,

incapable d’agir

^{sur le}

radiomètre, puisse,

^au

contraire,

^{comme l’a}

pensé

^M.

Fave,

^déformer visiblement les co-

mètes,

corps dont la surface ^est immense par

rapport

^{à leur masse,}

et

qui

^sont

parfaitement

libres dans

l’espace.