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sant pour l'analyse (il est préférable de l’avoir aussi important que possible, mais le gain devenant de plus en plus petit au fur et à mesure que la pression

| fecère de niveau |

Fig. 3. — Appareil d'extraction des gaz : pompe de Tôpler.

diminue dans le tube laboratoire et les canalisations, nous nous sommes en général contentés de 15 à 20 coups de pompe).

La pompe représentée par la figure présente les particularités suivantes : le niveau normal du mercure laisse ouverte la communication de la pompe avec le tube T'U'. Le mouvement ascensionnel du mercure se produit en comprimant de l’air dans le flacon F,. Sa descente se fait par simple décompression de cet air. Les mouvements trop rapides du mercure sont évités en donnant au tube £ reposant sur le fond du flacon F, la forme ci-contre, avec quatre petits

orifices. Une dérivation uu/! a été établie entre le tube d'arrivée des gaz U'T

Ont

et le tube d'évacuation; elle a un diamètre intérieur d'environ 6" à la partie inférieure et 3%" à la partie supérieure; elle débouche environ 60"" au-dessus de la courbure T’, et son ouverture opposée dans le tube d'évacuation est élargie de telle sorte que le mouvement ascensionnel du mercure, poussant devant lui le gaz extrait, se fasse sans qu’une bulle de gaz puisse être emprisonnée à l’entrée du tube plus fin; une telle bulle constituerait un espace nuisible qui entraverait le fonctionnement de cette pompe théoriquement parfaite (voir /ig. 3, à gauche : bonne forme et mauvaise forme).

Cette dérivation permet de vider sans danger les appareils à partir d’une pression de plusieurs dizaines de centimètres de mercure. Quand le mercure redescend dans le corps de pompe T, après avoir chassé le gaz à l'extérieur, le niveau dans U'T' est notablement plus bas que dans T ; les gaz, passant par la dérivation, remplissent peu à peu l’ampoule T, par à-coups successifs mettant en mouvement de petites masses de mercure. En l’absence de cette dérivation, ces gaz viendraient déboucher dans T par l’orifice T'en soulevant une masse de mercure assez considérable qui, en retombant, pourrait provoquer la rupture de l'ampoule. La branche montante U'w” s'élève à 1" au-dessus de la courbure æ du capillaire d'évacuation des gaz et la canalisation rejoint les appareils de mesure de la pression et le tube laboratoire par le piège S, qui permet de fractionner les gaz extraits, et par le robinet R'.

Le capillaire d'évacuation mesure environ 1"" de diamètre; l'extrémité +’ est légèrement rétrécie pour freiner les mouvements du mercure; le retour dans le flacon F, du mercure, amené dans la cuve M par les coups de pompe successifs, est assuré par le siphon y y’ portant le robinet r.. L’orifice du siphon débouche dans la cuve M au-dessus du dégagement du capillaire æx’, de telle sorte qu'on ne risque pas de vider la cuve dans F, en provoquant des rentrées d’air dans les éprouvettes à gaz coiflant l’orifice de dégagement 2’.

L'emploi d’une telle pompe réduit à chaque coup la pression dans le même rapport (en supposant parfaite l’égalisation de la pression dans tout l’ensemble de l’appareil). Si l’on appelle G le volume de la pompe (ici limitée par le plan horizontal passant par la partie supérieure de l’orifice w’ de la dérivation uw’), et « le volume des appareils et canalisations à vider, la fraction du gaz restant après le nième coup de pompe est donnée par

Nous avons tracé lenomogramme de cette équation (‘)(vorr planche annexe 1)(?). L’ampoule T qui constitue le corps de pompe de notre appareil mesure 620°* ; les canalisations, en dehors du tube laboratoire, 1980°%*. Le rapport de réduc-

. « . 33 tion à chaque coup de pompe est donc environ —— —0,84, en admet-

LT = tant 1275°%° pour volume moyen du tube laboratoire.

L’extraction des gaz soumis à l’action de l’étincelle est une des parties les plus fastidieuses des expériences. D’autre part, le volume extrait dépend du temps qui sépare les coups de pompe successifs. Afin de prélever à chacune des expériences d’une série la même fraction du volume du gaz traité, nous avons adopté les séries de coups de pompe faits aux intervalles de temps suivants (en minutes et secondes) :

o" RTE ro pe 3m F2 4m 450 — Gnmros 720$ — 8M30$ — 9"40oS — 10"50$ — 12 — 13M10S — 14205 15M30$ — 16405 — 172508 — 19% — 20" 15°

Aux faibles pressions (1 et 3"",2), la série de pompage comprend 19 opérations. Aux pressions plus élevées, les six premières seules sont conservées. La montée du mercure dans l’ampoule dure environ 22 secondes, la descente 25 secondes, le passage du gaz dansle capillaire, 2 ou 3 secondes : le temps réservé à la diffusion du gaz dans l’ampoule est au minimum de 10 secondes, au début, quand les pressions sont élevées ; il finit par atteindre 20 à 25 secondes, à la fin du pompage. Il n’est d’ailleurs pas utile de faire passer à chaque coup de pompe la bulle extraite dans l’éprouvette destinée à la recueillir. Quand le volume de la bulle est assez petit, elle peut rester immobile dans le capillaire, surmontée d’une colonne de mercure de hauteur inférieure à 76°". On peut même avoir plusieurs bulles (jusqu’à 5 ou 6) dans le capillaire d'évacuation quand la pression du gaz restant est suffisamment faible. Cette pratique, qui économise grandement le mercure du flacon F,, n’est possible que si le capillaire d’évacuation des gaz est suffisamment fin et si son office x’ a été convenablement rétréci. Le pompage, ainsi pratiqué, réduit en 20 opérations la pression du gaz

(‘) Pour l'emploi de ce nomogramme, le schéma des lectures indique la marche à

suivre ; les points de l’échelle double 1 + ë numérotés 3 et 4 portent la même cote.

(?) En ce qui concerne la construction des nomogrammes, cf. les Ouvrages de M. le Professeur d'Ocagne (B. 3).

à 1/9° environ de sa valeur : la formule théorique indique Fe — Sr On voit donc l’importance du rôle joué par la diffusion.

Les gaz extraits sont recueillis dans des tubes de verre à paroi épaisse; ces tubes, retournés sur de petites capsules de porcelaine contenant du mercure

sont mis en réserve pour être analysés ultérieurement.

e. Tubes laboratoires. — Dans nos études antérieures sur la décomposition du gaz carbonique par l’étincelle condensée (B. 1 et 2), nous avons étudié l'influence de la forme du tube laboratoire et de la disposition des électrodes

NN J00 re »,

Fig. 4. — Croquis cotés des tubes laboratoires.

sur le rendement énergétique de l’étincelle. Nous avons utilisé ici des tubes donnant un bon rendement énergétique, et d’un volume tel que l’analyse du gaz extrait soit possible avec une précision suffisante.

rte

Ces tubes laboratoires, en cristalse soudant au verre blanc de notre appareil, présentent la forme ci-dessus (type 1); les deux ajutages dont ils sont tous munis permettent de les faire traverser par un courant gazeux.

Les électrodes, en platine, sont enrobées de cristal sur une assez grande longueur, afin d'éviter que l’étincelle ne désagrège le verre à la soudure verre métal. Les premiers tubes laboratoires avaient pour électrodes des fils de platine de 0"",8 de diamètre, maïs, au cours de nos expériences, ces électrodes ayant été détériorées ou cassées par des étincelles d’une puissance de plus de 200 joules (*}, nous avons utilisé comme électrodes des fils de 1"" de diamètre, terminés par des portions de 2"" de diamètre et de 20"" de longueur; ces électrodes étaient enrobées dans le cristal depuis la soudure verre-métal jusqu’à 15"" de leur extrémité soumise à l’étincelle.

Nous avons également utilisé un tube laboratoire (type 2) dans lequel les électrodes étaient fixées directement sur le tube de 8°" de diamètre sans que les résultats obtenus diffèrent sensiblement de ceux que nous ont donné le tube laboratoire du premier type.

Dans une autre série d'expériences, nous avons fait éclater des étincelles dans des tubes laboratoires refroidis extérieurement par de l’air liquide : ces tubes, construits en pyrex, avec électrodes en tungstène présentent la forme reproduite (type 3 ou 4); l’étincelle jaillit bien au milieu du gaz sans toucher les parois du tube.

Disons quelques mots sur la manière d’assurer le contact entre les électrodes et les fils d'amenée du courant électrique. L'emploi de serre-fils abime beaucoup le fil de platine, surtout quand on fait jaillir de grosses étincelles. Nous avons employé un contact au mercure avec les‘tubes de types 1 et 2. Pour les tubes du type 3, nous avons aussi essayé le contact au mercure pour l'électrode B; le mercure refroidi se solidifiait, mais au réchauffage, nous avions très fréquemment des ruptures; nous avons remplacé le mercure par de la limaille de fer bien séchée et finement tamisée; un fil de cuivre terminé en pointe s'enfonce dans la limaille fortement tassée et y amène le courant ; l’autre extrémité du fil de cuivre porte un godet de mercure. Les premières étincelles soudent les parcelles de limaille voisines de l’électrode de tungstène et celles voisines du fil de cuivre; la connexion ainsi faite nous a donné entière satisfaction : nous avons pu obtenir irès fréquemment, sans aucun incident, des

(*) Voir ci-après, p. 70 et suiv.

Re de

étincelles de 100 à 150 joules, alors que le tube de verre était à la température de l’air liquide (vor p. 9h et suiv.).

Méthode dynamique. — Dans la plus grande partie de nos expériences, nous avons enfermé dans le tube laboratoire un volume de gaz invariable qui s’est trouvé soumis tout entier à des étincelles électriques. Nous avons aussi fait éclater des étincelles dans un courant gazeux de méthane pur; ce courant gazeux est obtenu par une arrivée continuelle de méthane traversant par diffusion un tube de matière poreuse, dont on pouvait à volonté faire varier la surface (voir B.2, p.62). Après passage dans un tube laboratoire du type 1, les gaz passent dans un serpentin refroidi dans l’air liquide et sont repris par le groupe à vide dont nous disposons. La pompe d’extraction nous permet de prélever du gaz non condensé dans l’air liquide et, après l'expérience, de recueillir la fraction condensée pour l’analyser ensuite.

2. Appareils électriques. — Nos ‘expériences ont été faites avec le souci constant de mesurer l’énergie électrique employée. Parmi toutes les formes de décharges, les seules qui permettent cette mesure sont :

La décharge d’une batterie de condensateurs de capacité connue; Le passage du courant continu.

Le seul générateur de courant à haute tension que nous ayions utilisé est un transformateur de 750 watts, 110-20 000 volts, à secondaire entièrement isolé; le courant alternatif du primaire provenant d'un montage en potentiomètre, donnait au secondaire une tension variable de o à 20000 volts; un interrupteur 1,, placé sur le primaire, commandait l'alimentation du transformateur. Un ou deux kénotrons de 200 watts, montés en parallèle, redressaient une onde sur deux; leur chauffage était assuré par des blocs isolés d’accumulateurs de 4 volts.

Cette onde redressée chargeait les condensateurs par l'intermédiaire d'une résistance réglable p,, formée d’un long tube de verre de 3"" de diamètre, rempli d’une solution plus ou moins étendue de sulfate de cuivre. (Les concentrations, variant de 64 gr/litre à 1/64 gr/litre, formaient une suite de 13 termes en progression géométrique de raison 1/2.)

Les condensateurs que nous employions étaient des condensateurs au papier de la S. A.C.T. (tension service, 3000 volts ; tension d’essai 1 minute, 6000 volts)

de capacité 0,25 ou 1 microfarad (‘). Pour plus de sécurité, nous avons groupé ces condensateurs et réunis leurs bornes à des paires de godets à mercure, disposés dans une plaque de paraffine D comme l'indique le schéma (fig. 5);

|++++ Corrections en

regime de courant continu .

——— Corrections er

régime d'élircelle condensée.

Fig. 5. — Schéma du montage électrique.

d’autres godets se trouvaient aussi auprès des premiers sur la même plaque de paraffine :

B relié au kénotron par l'intermédiaire de la résistance de charge ?,; A relié à l’autre borne du transformateur et à la terre;

(*) Ces condensateurs, achetés en 1926, ont fourni sans défaillance un service ininterrompu pendant trois années; mais ensuite, leur résistance a beaucoup diminué, et nous les avons vu depuis incapables de résister sans perforation à des différences de potentiel continues de 2000 volts maintenues pendant des temps de l’ordre d’une heure.

1 et 2 reliés aux deux extrémités d’une résistance £, analogue à 5, ;

2 et 3 reliés aux extrémités d’un ensemble formé d’une coupure réglable C et du tube laboratoire T ;

4 relié à la terre par l'intermédiaire d’un réducteur d'intensité R alimentant un microampèremètre Gr.

Le montage réalisé permettait d'obtenir, par combinaison des condensateurs groupés, telle capacité désirée. On pouvait également obtenir par un simple déplacement de cavaliers entre les godets de mercure, du courant continu ou des étincelles condensées.

Courant continu : relier 1 et B, 3 et 4, supprimer la coupure C.

Étincelles : relier 1 et B, x et 2, 3 et À, rétablir la coupure C.

Étant donné le montage du redresseur K, A est pôle positif et B pôle négatif.

Appareils de mesures électriques. — Les mesures d'intensité effectuées sur le courant continu sont faciles : le galvanomètre étant placé du même côté que la terre par rapport au tube laboratoire, les fuites par défaut d'isolement ne sont pas à craindre, et ces mesures sont exactes. Les mesures de voltage, pour les étincelles condensées, ont nécessité l'emploi de voltmètres électrostatiques dont le débit est quasi nul. Nous avons utilisé :

Un voltmètre électrostatique Abraham et Villard, permettant des mesures de 2400 à 40 000 volts (V,);

Un voltmètre électrostatique Carpentier à deux sensibilités (800 et 2400 volts) (V,);

Et un voltmètre électrostatique Chauvin et Arnoux gradué de o à

3000 volts (V,).

La partie inférieure du schéma (fig. 5, à gauche), montre les connexions des voltmètres; des cavaliers en cuivre, manœuvrés par de longues tiges de verre permettaient l’utilisation des divers appareils pour la mesure des voltages, sans qu'il soit nécessaire de décharger les condensateurs pour changer de voltmètre. De même, l'emploi d’un conducteur double permet de changer les sensibilités du galvanomètre G par l'intermédiaire du réducteur R sans interruption des expériences, ni danger d’électrocution.

Calcul de l'énergie électrique. Mesures électriques. — Dans le cas du courant continu, le calcul de l’énergie électrique fournie est très simple. Nos mesures sont faites à intensité constante 1 : nous agissons sur le potentiomètre de

lee

réglage du transformateur, de telle sorte que l'aiguille du galvanomètre demeure immobile, malgré les variations de résistance du tube laboratoire dues à l’action chimique du courant sur le gaz. Dans ces conditions, la seule mesure utile est celle de la différence de potentiel aux bornes du tube laboratoire inscrite en fonction du temps. L'évaluation de l'énergie fournie W se ramène à celle de la différence de potentiel moyenne V,, facile à obtenir au moyen d’un planimètre sur la courbe V — f(t), courbe dont le tracé découle des mesures de V. L'énergie W est donnée alors par la formule W —:.V,.I.

Dans le cas de l’étincelle condensée, l'évaluation de l’énergie fournie nécessite, outre la mesure des différences de potentiel, celle de la capacité des condensateurs. Cette dernière opération se fait en comparant les condensateurs à un condensateur étalon au moyen d’un galvanomètre balistique. Les conditions de la mesure sont très différentes des conditions d'emploi des condensateurs, mais l'erreur commise est assez faible, les condensateurs utilisés étant noyés dans la paraffine, et les mesures conservent leur signification relative, tous les condensateurs étant du même Lype.

Les mesures de voltage explosif V, et de voltage résiduel V, se font de la manière suivante : La charge lente des condensateurs, commandée par l’interrupteur L, étant obtenue en donnant à la résistance de charge o, une valeur suffisante, on suit l'ascension lente de l'aiguille du voltmètre connecté au godet b (fig. 5); quand l’étincelle passe, on note la position extrême occupée par l'aiguille, et l’on ouvre en même temps l'interrupteur [,. Cette première lecture donne la valeur de V, : la résistance o, étant suffisamment grande, la quantité d'énergie fournie par le générateur pendant l'intervalle de temps séparant la décharge de l’ouverture de l'interrupteur est négligeable. D'autre part, la montée lente de l'aiguille du galvanomètre nous assure que l’élongation maxima est très peu différente de celle qu'on aurait enregistrée avec une charge infiniment lente des condensateurs. Le voltage résiduel de la décharge s'obtient en général avec un autre voltmètre V,, à deux sensibilités : 2400 et 800 volts, connecté sur b' au moment de la mesure; on constate que l'aiguille du voltmètre V, monte assez vite, puis descend lentement à cause des fuites inévitables présentées par les condensateurs utilisés; la valeur maxima, atteinte au bout de quelques secondes, est prise pour voltage résiduel V,.

L'énergie fournie # est donnée par

W==c(Vi— V2).

PTT |: Re

Dans le cas où nous aurions fait passer un petit nombre d'étincelles, l'énergie totale serait

e(EV2— SX V2).

Si au contraire, le nombre des étincelles est élevé, la somme des carrés des Lensions est remplacée, sans erreur sensible, par le produit par » du carré de la moyenne arithmétique des tensions.

9. Marche d'une expérience. — Les principaux facteurs dont nous avons étudié l'influence sont : la pression du gaz en expérience, la capacité du circuit de décharge ou l'intensité du courant continu, et la quantité d'énergie fournie. Ces divers facteurs varient en général avec chaque expérience, mais la suite matérielle des opérations demeure identique pour toutes. En effet, chaque opération se compose des mouvements suivants :

1° Remplissage du tube laboratoire et de la jauge par les gaz sous la pression fixée pour l'expérience;

2° Mesure précise de cette pression;

3° Emprisonnement du gaz dans le tube laboratoire;

4° Évacuation des autres canalisations et de la jauge; pendant cette opération, on soumet aux influences électriques le gaz enfermé dans le tube laboratoire;

5° Mesure de la pression du gaz qui a subi ces influences;

6° Extraction d’un échantillon de ce gaz.

1° Remplissage du tube laboratoire et de la jauge. — Après avoir réalisé le vide dans l’ensemble de l'appareil et en avoir constaté l'étanchéité, le robinet R', est fermé ( fig. 2). On introduit alors le gaz de l'expérience dans la cloche L; on le fait passer dans l’ampoule desséchante N, où sa pression est indiquée par la dénivellation entre les colonnes 1 et 2 du manomètre (il est bon de tenir habituellement fermé le robinet r, et de ne l'ouvrir que pour les mesures de pression ). Le mercure ayant été ramené au-dessous de la vanne c et affleurant en [1] audessous de la vanne g (fig. 1), on ferme successivement le robinet R, et la vanne Tu T'( fig. 3) pour isoler la pompe d’extraction des gaz T ; ouvrant alors le robinet R', on laisse passer une masse connue de gaz par le robinet R;, en suivant la montée du mercure dans la colonne 1 (il faut tapoter constamment cette branche du manomètre pour permettre au mercure d'occuper sa position d'équilibre malgré les forces capillaires variables, forces importantes en raison

Si lree

du faible diamètre des deux branches 1 et 2), On ferme alors R;, puis, après

quelques instants (une demi-minute environ), en agissant sur r, (fig. 1), on

laisse le mercure monter dans le tube cd, fermer la vanne c et s'arrêter au ?

repère [2]; le gaz remplit ainsi la jauge et le tube laboratoire. Puis on ouvre R,

pour évacuer le gaz non utilisé et faire le vide dans le tube CB qui sert à la

mesure de la pression.

2° Mesure précise de la pression. — Cette mesure se fait en laissant monter le mercure dans la jauge : r; étant ouvert et la clef de r, mise en travers, et ne s'appliquant pas entièrement sur le boisseau, on peut laisser rentrer l’air bien plus lentement que s’il traversait la lumière de la clef en venant de +. L’affleurement du mercure à un trait de repère de la jauge étant obtenu, on enfonce la clef dans son boisseau, fermant ainsi Le robinet r, ; la hauteur du mercure dans le tube vertical BC donne la pression du gaz introduit : soit p,.

3° Emprisonnement du gaz dans le tube laboratoire. — Tournant ensuite de 180° la clef de R,, le vide primaire s’établit dans la canalisation er ; ouvrantr on fait descendre le mercure jusqu’au repère [ 2 |, et la fermeture de 7, immobilisera le mercure dans cette position; puis, fermant 7, et r,, on ouvre r,, puis”, et, comprimant de l’air en 1, on ferme la vanne g. On a ainsi enfermé dans le tube laboratoire du gaz sous la pression p, (').

4° Évacuation de la jauge et des canalisations. — On ouvre ensuite la vannec, le robinet R, et l’on tourne R, de 180°; le gaz qui se trouvait dans la jauge est évacué par la pompe.

5° Mesure de la nouvelle pression du gaz. — Après que le gaz a été soumis au traitement électrique, on doit de nouveau mesurer sa pression : le vide ayant été réalisé dans la portion de l'appareil ABcDEJ}' on ferme la vanne c, et l’on ouvre la vanne g : le gaz du tube laboratoire se détend dans la jauge, et l’on en mesure de nouveau la pression, en répétant la manœuvre que nous venons de décrire sous le n° 2. La pression lue p, est dans un rapport constant avec la pression p, qu’occupait le gaz dans le tube laboratoire

12 JE) 147 À, Pi t t

(*) La pression sous laquelle se trouve le gaz est en fait légèrement supérieure à p,; mais le rapport de p, à cette pression réelle étant constant et très voisin de l'unité, il est inutile de tenir compte de cette différence.

en appelant / le volume de la jauge et des canalisations et ? celui du tube laboratoire, limité à l’ouverture de la vanne g'; t et j étant connues par jaugeage, on connaît À avec une précision bien suffisante. (Dans nos expériences À se

tenait autour de 1,4.)

6° Extraction d’un échantillon du gaz. — L’extraction des gaz suit chaque expérience : le robinet R, étant fermé et R', ouvert, on ouvre la vanne c ainsi que la vanne w qui permet l’accès du gaz au corps de pompe T; le gaz s’extrait ainsi que nous l’avons vu précédemment (vor p. 9), et après avoir donné une vingtaine de coups de pompe, qui ne laissent subsister qu’une faible pression résiduelle, le robinet R, est de nouveau ouvert; après quelques minutes, l’appa-

reil est prêt pour une nouvelle expérience.