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Submitted on 1 Jan 1928
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Etude de l’influence de la température sur l’absorption d’un echantillon de tourmaline
Pierre Le Roux
To cite this version:
Pierre Le Roux. Etude de l’influence de la température sur l’absorption d’un echantillon de tourmaline.
J. Phys. Radium, 1928, 9 (11), pp.365-376. �10.1051/jphysrad:01928009011036500�. �jpa-00205352�
ETUDE DE L’INFLUENCE DE LA TEMPÉRATURE
SUR L’ABSORPTION D’UN ECHANTILLON DE TOURMALINE
par M. PIERRE LE ROUX,
Chef des Travaux à la Faculté des Sciences de Caen.
Sommaire. 2014 L’appareil employé (cellule photoélectrique associée à un électromètre à
quadrants), a permis de faire des mesures d’absorption pour toutes les raies de l’arc au mercure depuis 5790 Å jusqu’à 3655 Å compris, L’étude a porté sur deux petites lames de tourmaline, taillées aussi près que possible l’une de l’autre dans un cristal ; l’une de ces lames est taillée perpendiculairement à l’axe, l’autre parallèlement à l’axe. Un thermos- tat chauffé électriquement permet de faire les mesures à des températures connues.
Dans ces conditions, on constate que la variation de l’absorption en fonction de la tem- pérature est linéaire et réversible pour les températures comprises entre la température ordinaire et 250° environ. Le coefficient angulaire des droites obtenues dépend de la direc- tion de vibration et de la direction de propagation de la lumière, il diminue lorsque la longueur d’onde augmente et devient négatif à partir d’une certaine longueur d’onde.
Le phénomène cesse d’être réversible à partir d’une certaine température; après refroi- dissement, l’absorption est devenue d’autant plus faible que la température de chauffage
était plus élevée.
Les mesures ont été poussées jusqu’à 658°; pour l’état correspondant à cette tempéra-
ture de chauffage, les conclusions ci-dessus sont encore valables, les coefficients angulaires
sont seulement un peu diminués en valeurs absolues.
Le chauffage d’une lame de tourmaline utilisée dans de précédentes recherches ayant produit une variation sensible de l’absorption, j’ai pensé qu’il pouvait être intéressant de
poursuivre cette étude.
L’appareil que j’utilisais pour mesurer l’absorption était constitué par une cellule pho- toélectrique associé à un électromètre à quadrants, ce qui m’a permis de faire des mesures
dans le spectre visible et au commencement du spectre ultraviolet. Un arc à vapeur de mer-
cure en quartz dont la lumière est filtrée par des écrans convenables permet d’avoir de la lumière monochromatique de diverses longueurs d’onde ; un système de lentilles envoie sur
la lame à étudier un faisceau parallèle, perpendiculaire aux faces de la lame et un nicol
peut se placer devant la lame dans une position bien déterminée pour avoir de la lumière
polarisée (1).
Fig. i .
Le support S sur lequel était monté le cristal que j’utilisais dans de précédentes
recherches a été remplacé par un thermostat représenté figure 1. Il est formé (l’une boîte (1) Le montage et les différents réglages ont été décrits en détail (C. R., t. 185 (1D2Î), p. 1456. Journal de Physique, t. 9 (1928), p. f42J.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01928009011036500
en bois traversée par un tube en laiton de 30 mm environ de diamètre : sur ce tube, on a enroulé, sur une longueur de 10 cm, un fil de résistance isolé à l’amiante (’). Ce fil peut être,
par l’intermédiaire d’un rhéostat et d’un ampèremètre, parcouru par un courant qui permet
de porter la température à l’intérieur du tube jusqu’à .z50° environ. Tout l’intérieur de la boite en bois est comblé avec des fibres d’amiante. Dans l’axe du tube, se trouvent de part
et d’autre du centre deux tubes plus étroits (10 mm) fermés tous les deux par une glace G à
chacune de leurs extrémités. La partie gauche est fixe, celle de droite peut tourner, elle porte un diaphragme D de B mm de diamètre et une pince P sur laquelle on peut fixer le
cristal (3): cette pince permet de recouvrir le diaphragme avec la lame cristalline ou de la découvrira volonté en agissant de l’extérieur sui un levier 1. A l’extérieur et commandant la rotation du tube et de la pince portant le cristal, se trouve un cercle divisé que l’on peut
immobiliser. Un petit tube de 5 mm de diamètre, qui n’est pas représenté, pénètre à travers
la boîte et le tube jusqu’au voisinage de la lame cristalline, légèrement sur le côté du dia-
phragme, il permet d’introduire un thermomètre à mercure.
Les mesures ont porté sur deux petites lames de tourmaline très pures, légèrement bleutées, provenant d’un même cristal et taillées aussi près que possible l’une de l’autre dans le cristal (~), l’une perpendiculairement à l’axe optique, l’autre parallèlement à l’axe.
On mesure, le temps t,, que met le spot de l’électromètre pour se déplacer entre les divisions ni et re2 de l’échelle divisée, lorsque la lumière ne traverse pas la lame cristalline et le
temps t que met le spot de l’électromètre pour se déplacer entre les mêmes divisions lors- que la lumière traverse la lame cristalline.
Pour la lame perpendiculaire à l’axe, en lumière naturelle ou polarisée (les résultats
sont les mêmes) on a :
l est Fépaisseur de la lame, et le coefficient d’absorption ordinaire, correspondant à une
vibration perpendiculaire à l’axe optique et une direction de propagation parallèle à
cet axe.
Pour la lame parallèle à l’axe, en lumière polarisée seulement, on a :
l’ est l’épaisseur de la lame, et ha, le coefficient d’absorption ordinaire correspondant à une
vibration perpendiculaire àl’axe optique et une direction de propagation également perpen- diculaire à l’axe.
Les coefficients d’absorption que nous considérons sont les coefficients apparents ne tenantcomptepas du pouvoir réflecteur; comme je l’ai expliqué dans le travail cité, le pouvoir
réflecteur varie peu et les conclusions obtenues pour les coefficients apparents sont valables à peu de près pour les valeurs vraies. En particulier, dans la comparaison des deux
valeurs de si les valeurs vraies sont égales, les valeurs apparentes sont aussi sensible- ment égales; si elles sont différentes, les valeurs apparentes sont seulement un peu rappro- chées rune de l’autre.
Dans le cas de la lame parallèle à l’axe, en lumière polarisée on aurait également :
est alors le coefficient d’absorption extraordinaire correspondant à une direction de vibration parallèle à l’axe optique et une direction de propagation perpendiculaire à cet axe-
(2) Ce fil été bouclé avant enroulement pour éviter tout champ magnétique.
(3} Le détiil de cette pince a été donné [Journal de Physique, t. 9 (1928), p. 145].
ames sont celles déjà employées dans le travail cité.
Les mesures ont été faites pour les diverses raies de l’arc au mercure depuis 5790 A jusqu’à
3 6~3 A compris et pour des températures comprises entre la température ordinaire et 250°
environ Les nombres donnés proviennent de mesures faites en chauffant et en refroidis-
sant plusieurs fois de suite dans les limites indiquées.
On obtient les valeurs suivantes (~’) : :
l’oiti-iïtaline jJeJ’pendicuLaire ài l’axe (6) l = 0, 1030 eltl.
(e) On néglige la variation de l’épaisseur avec la température; on peut voir d’ailleurs que dans le cas le plus défavorable, celui d’une dilatation parallèle à l’axe optique,
x - 7,71 x 40-~, ~ = 16 X 40-9 et 0 = 250.
1 = la (1 + cx6 4- ~ 02) = + 0,002 94).
L’erreur est inférieure à celle que que l’on commet sur i et 10.
(s) On a vérifié que les résultats sont les mêmes en lumière naturelle et en lumière polarisée,
Ces nombres conduisent aux courbes de la figure 2.
Ce sont des droites; donc dans l’intervalle de température considéré, on a, aux erreurs
,l’expérience près, une variation linéaire et réversible.
’
Touj°maline parallèle à l’axe (7) /’ = 0,102, cm.
(7) En lumières polarisée seulement.
De même que dans le cas de la tourmaline perpendiculaire, on obtient des droites
(figures 3 et 4). La variation est donc encore dans ce cas linéaire et réversible.
REMARQUE.
-Les nombres trouvés pour sont tous un peu plus faibles que ceux donnés dans le mémoire déjà cité. Ce fait est dû à ce que les lames ont été primitivement chauffées d’une façon indéterminée ; il a d’ailleurs été le point de départ du présent
travail.
Dans ce qui précède, ’::~~ lames de tourmaline n’ont jamais été chauffées au-dessus de 250.. Dans ces limites de température, le phénomène est parfaitement réversible, on s’en
rend très bien compte en prenant par exemple quelques valeurs de log à des tempéra-
tuies voisines, avant le chauffage et après plusieurs chauffages et refroidissements.
24
310
Exemple :
On voit que la différence entre ces nombres est inférieure aux erreurs possibles d’expé-
Fig. 3.
rience. On obtient une concordance du même ordre pour les deux lames et pour les diverses
longueurs d’onde.
Recherches à des températures plus élevées.
-Les lames cristallines ont été ensuite portées à des températures croissantes pendant un temps déterminé. Pour cela, la
lame à étudier est placée dans un tube en porcelaine que l’on plonge dans un creuset
contenant un rnétal à sa température de solidification. Après refroidissement lent, la lame
est nettoyée à l’alcool et on refait les mesures comme précédemment.
La lame de tourmaline perpendiculaire ayant été portée à la température de solidifica- tion du plomb (32îÙ) pendant 10 minutes, on trouve :
Radiation 3 G55 À :
Après un nouveau chuufîage de 10 minutes à 327°, pour la même radiation à la même tem-
pérature, log 1 = 0,782. Il semble que l’on soit arrivé à un nouvel état, correspondant à
une température de chauffage de 327". Les deux mesures précédentes ont été faites aussitôt
après le refroidissement; après un repos de 24 heures, la mesure, refaite exactement dans les mèmes conditions, donne : log (t/to)
=0,79~ légèrement plus grand que les nombres
précédents. Ce phénomène a été observé dans tous les cas; l’augmentation, qui n’est jamais beaucoup supérieure aux erreurs d’expérience, dépend probablement de la température et
de la longueur d’onde, mais d’une façon qu’il ne n1’a pas été possible de déterminer avec
certitude.
La même lame est ensuite portée à la température de solidification du zinc (419°) pen-
Fig. 4~.
dant 10 minutes; aussitôt après le refroidissement à 15", on trouve log (alto) = 0,750, valeur qui remonte et se stabilise à 0,76 au bout de 24 heures. Un nouveau chauffage de iominutes à 419, conduit, après refroidissement à à log (ilto) - 0,756. On est donc arrivé à un
nouvel état.
On chauffe easuite pendant 5 minutes à 658", température de solidification de l’alumi- nium. On trouve, après refroidissement à 18°, log (t/to) = 0,53, valeur qui remonte ensuite
lentement jusqu’à 0,56. Un nouveau chauffage à 658o redonne les mêmes résultats. On est ainsi encore arrivé à un nouvel état.
Les mesures ont été faites pour les autres longueurs d’onde et on obtient des résultats
analogues.
Des expériences identiques ont été faites avec la lame parallèle, qui conduit aux mêmes
conclusions. Donnons seulement les valeurs obtenues après chauffage à 658, pendant 6 mi-
nutes (un nouveau chauffage à 658, ne produisant plus de variation).
valeur qui remonte à 0,96 au bout de 24 heures.
1
.,, . ---.
valeur qui remonte à 0,25.
Les deux lames ainsi stabilisées après chauffage à 658° ont été étudiées de nouveau à des températures comprises entre la température ordinaire et 250" environ.
Voici les résultats obtenus :
Tourmaline perpendiculaire (8) 1 = 0,103 cm.
(8) Les résultats sont les mêmes en lumière naturelle et en lumière polarisée.
Nous obtenons les droites de la figure 5.
Fig. 5.
Tourmaline parallèle (9) l’ ~ 0, 1027 cm.
(9) En lumière polarisée seulement.
Fig. 6.
Radiation 5 460 Ã.
Ces nombres donnent les courbes des figures h et 7. Ce sont encore des droites.
Les mesures d’indice ont été refaites après les divers chauffages et refroidissements
indiqués ci-dessus, elles conduisent aux erreurs près (1°) aux nombres déjà indiquée (11) . Les chauffages jusqu’à 658- et les refroidissements successifs n’ont donc produit aucune modi- fication irréversible de l’indice et, par suit,-, dzc pouvoir ré flectezer.
l’ ,
1 Fig. 7.
Conclusions. - Pour les températures comprises entre la température ordinaire et
250° environ, la variation, en fonction de la température, de l’absorption de l’échantillon de tourmaline étudié est (aux erreurs d’expérience près) linéaire et réversible pour les lon- gueurs d’onde comprises entre 3655 À et 5790 À.
Cette variation dépend de la longueur d’onde; le coefficient angulaire de la droite
représentant la variation du coefficient d’absorption en fonction de la température (pour
une certaine longueur d’onde) diminue, à mesure que la longueur d’onde augmente ; il
devient négatif à partir d’une certaine longueur d’onde.
(10) Ces mesures d’indice ont été faites à l’aide d’un réfractomètre d’Abbé qui donne l’indice à deux unités près de la quatrième décimale.
(11) Journal de Pizysique, t. 9 (1928), p. 141.
La comparaison des figures 2, 3 et 4 montre que le coefficient angulaire ainsi que la valeur de la longueur d’onde qui donne un coefficient angulaire nul dépendent de la direc- tion de vibration du vecteur lumineux et de la direction de propagation de la, lumière.
Ajoutons que les conclusions données dans le travail déjà cité (12) et qui avaient été établies au voisinage de 1 8° sont valables dans tout l’intervalle de température considéré.
Lorsqu’on dépasse une certaine température (13), le phénomène cesse d’être réversible et il s’établit un état correspondant à la température de chauffage. Pour les températures
de chauffage allant jusqu’à 6580, on constate après refroidissement t que l’absorption est
devenue d’autant plus faible que la température de chauffage était plus élevée.
Dans l’état établi après chauffage à b~8°, de même que pour les états intermédiaires, les,
conclusions données ci-dessus sont encore valables, le coefficient angulaire correspondant
à chaque longueur d’onde a seulement un peu diminué en valeur absolue. La longueur
d’onde qui correspond à une variation nulle en fonction de la température ne semble pas avoir changé l14c).
Ce travail a pu être poursuivi au Laboratoire de Physique de la Faculté des Sciences de
Caen grâce à une subvention de la Caisse des Recherches Scientifiques.
M. le Professeur Cotton a bien voulu s’intéresser à mon travail, je tiens à l’en remercier
très vivement.
(12) Journal de Physique, t. 9 (1928), p, 152.
(13) Comprise entre 250°, qui donne la réversibilité parfaite, et 321°, qui donne nettement l’irréversibilité.
(14) La concordance est parfaite sauf dans les cas des valeurs deKo mesurées avec la lame parallèle où l’incertitude sur la longueur d’onde donnant un coefficient angulaire nul est de l’ordre de 25 Ã.
~
