CHAPITRE III

Composition de la lumière électrique.

§ 1. Lueurs et Étincelles électriques.

La lumière électrique , comme la lumière solaire et les lumières artificielles, n’est pas simple, et sa composition dépend du milieu où elle se produit et de la nature des corps entre lesquels les décharges ont lieu. Wollaston, en 1802, qui a analysé le premier cette lumière , a reconnu que le spectre résultant de son passage dans un prisme , était formé de bandes colorées dont la composition n’était pas la même que celle de la lumière solaire.

Fraünhofer (1) a trouvé aussi de grandes différences avec le spectre solaire , sous le rapport des raies et des bandes. Pour observer une lumière continue avec l’électricité, il a approché à quelques centimètres de distance deux conducteurs métalliques qu’il a réunis par un fil de verre très-délié. L’un de ces conducteurs a été mis en communication avec une machine électrique et l’autre avec le sol ; la lumière qui paraissait sur le fil de verre formait une ligne fine et brillante, et a pu être analysée comme la lumière solaire pénétrant par une fente étroite dans une chambre noire.

Suivant les observations de Fraünhofer, on distingue dans le spectre de la lumière électrique formée dans l’air plusieurs lignes brillantes ou parties très-claires , dont l’une, qui se trouve dans le vert, est d’une clarté pour ainsi dire brillante en comparaison du reste du spectre. L’orangé renferme une ligne moins lumineuse , dont la couleur paraît être la même que celle de la ligne claire du spectre de la flamme d’une lampe. A peu de distance de l’extrémité du spectre , on remarque une ligne d’une teinte sombre ; on voit encore facilement dans diverses parties de l’image prismatique quatre lignes bien claires. Fraünhofer a attribué la présence de ces lignes claires aune portion de lumière qui n’a pas été décomposée dans l’acte de la réfraction au travers des

(1) Voir Mém. de VAcad. de Munich , 1814-1815, déjà cités.

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prismes, et qui se dessine sur le fond moins éclairé du spectre; mais il a opéré à l’aide d’une source lumineuse peu intense, qui ne lui a pas permis d’analyser complètement le phénomène.

M. Wheatstone (1), en 1835, en observant avec un télescope muni d’un micromètre la composition du spectre de la lumière électrique provenant d’une machine électro-magnétique disposée de manière à donner une étincelle d’induction ne variant pas de position, a obtenu les résultats suivants : le spectre de l’étincelle tirée du mercure consiste en sept bandes définies, séparées les unes des autres par des intervalles obscurs; elles sont composées de deux bandes orangées rapprochées l’une de l’autre, d’une bande vert-brillant, de deux bandes vert-bleuâtre trèsrapprochées, d’une bande pourpre très-brillante, et enfin d’une bande violette.

Dans les spectres provenant des étincelles tirées du zinc , du cadmium, du bismuth, du pkmib en fusion, M. Wheatstone a reconnu que le nombre, la position et la couleur des raies brillantes varient dans chaque cas. Le spectre du zinc et du cadmium donne une raie rouge qu’on ne trouve pas dans les autres spectres. Les effets ont été les mêmes quelle que fût la source qui fournissait la lumière électrique. En opérant dans le vide barométrique , dans celui de la machine pneumatique ou dans le gaz acide carbonique, etc., les résultats ont été les mêmes que dans l’air et dans (’oxygène.

Ce physicien a reconnu également que l’influeuce des métaux est tellement marquée que lorsqu’on tire l’étincelle à l’aide d’alliages, on aperçoit simultanément les lignes brillantes qui sont spéciales à chacun des métaux. Ainsi l’intervention de la matière pondérable du conducteur, qui est volatilisée, est bien évidente. Il résulte de là, ce qui a été confirmé du reste par les expériences de Fusinieri dont on a parlé précédemment, que l’étincelle qui traverse l’air entre des conducteurs métalliques ou autres contient toujours des particules matérielles incandescentes.

Masson (2) a étudié la composition de la lumière électrique en variant les sources d’électricité et en excitant les étincelles ou les décharges dans différents milieux et entre des conducteurs de diverse nature. Quelques-uns des résultats qu’il a obtenus sont conformes à ceux dont

(1) C ompies rendus de V Association britannique pour l'avanc. des sciences; Dublin, 1835. — Becquerel, Traité d’èlect., en 7 volumes, t. 4,p. 34.

(2) Ann. de chim. et dephtjs., 3e série, t. 31, p. 295, — t. 45, p. 385.

SOURCES DE LUMIÈRE

il vient d’être question; mais en étendant ses recherches il est arrivé à expliquer différentes circonstances de la production de la lumièreélectrique.

Voici la disposition de l’appareil dont il fait usage :

L’étincelle é-

c lectrique dont ou

étudie la lumière éclate entre deux boules A et B, fig. 26. Ces deux boules sont placées à l’extrémité de deux tiges métalliques isolées et maintenues fixes à l’aide d’un support X~ elles sont en relation avec les deux faces d’un condensateur MN, de

sorte que si la tige FC touche au conducteur d’une machine électrique et RS avec le sol, le condensateur se chargera continuellement, et l’étincelle n’éclatera entre A et B que lorsque cet appareil sera chargé. Si la machine fournit sans cesse de l’électricité , il se manifestera unesuccession de décharges entre A et B qui auront toujours même intensité. La lumière électrique traverse un prisme P placé sur un goniomètre T. La lunette L' renferme un collimateur à fente très-étroite^ et la lunette L permet à l’observateur d’étudier le spectre successivement dans toute son étendue.

Au moyen de cet appareil non-seulement on peut observer l’étincelle provenant d’une machine électrique ordinaire, mais celle qui résulte de l’emploi d’un appareil d’induction; il suffit de faire communiquer les deux tiges AD et BR avec les deux extrémités du fil induit. En faisant éclater ces décharges entre le cuivre et le mercure, on a une intensité lumineuse très-grande. On peut aussi s’arranger pour produire l’étincelle AB dans un milieu gazeux autre que l’air, ce milieu étant pris à diverses pressions ; enfin , il est facile d’adopter une disposi-

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tion qui permet de faire éclater les étincelles dans des liquides.

Masson a reconnu que dans l’air la position des raies et leur nombre ne dépend pas sensiblement de l’intensité de l’étincelle, qui rend seulement leur lumière plus vive en augmentant l’étendue du spectre visible. Le nombre des raies et leur position changent avec la nature des métaux entre lesquels éclate l’étincelle, et à chaque métal correspond un spectre particulier, dont l’inspection seule suffit pour déterminer la nature; suivant lui, dans tous les spectres on trouve quatre ou cinq raies qui diffèrent quelquefois par leur intensité, mais qui ne manquent jamais.

Il a dessiné les spectres donnés par différents métaux, et parmi les résultats qu’il a obtenus on peut citer les suivants : le cadmium employé comme conducteur donne des raies bleues et vertes très-belles; le spectre est un des plus beaux que l’on puisse obtenir.

L’antimoine produit beaucoup plus de raies brillantes que les autres métaux et sans couleur dominante ; l’étincelle est très-blanche. Le bismuth présente le même caractère.

Le plomb donne à l’étincelle une lumière dont le spectre est remarquable par son étendue violette et par les belles raies que présente cette couleur. Le zinc est caractérisé par le vert-pomme irès-étendu de son spectre.

Le charbon est remarquable par la multitude de raies brillantes qu’il présente. Le fer et l’étain n’offrent rien de particulier.

Le spectre produit entre des conducteurs en argent est caractérisé par une teinte verte, très-intense, et par plusieurs lignes de cette couleur. Le spectre obtenu avec des étincelles éclatant entre des conducteurs d’or contient plus de jaune que celui qui est produit par l’argent et des lignes violettes remarquables. Quant au platine, il n’offre rien de particulier.

Actuellement, pour faire ces mêmes expériences, au lieu d’un appareil semblable à celui de la figure 26, on se sert d’un spectroscope ordinaire , comme celui qui a été décrit dans le livre précédent, page 150. Si l’on fait éclater alors les étincelles entre des électrodes métalliques, par exemple de sodium, de thallium, etc., on observe les raies caractéristiques de ces métaux et identiques à celles que donnent les flammes, et qui ont été représentées planche fig. 18; en même temps, on peut voir apparaître d’autres raies que celle des flammes, en raison de l’incandescence excessive qui se produit avec l’électricité, et comme on l’a expliqué d'ans le livre IV.

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On peut oberver les étincelles produites au milieu des liquides ; plusieurs d’entre eux, comme l’essence de térébenthine, sont assez isolants pour permettre une décharge immédiate dans la masse. Pour d’autres, tels que l’eau, qui laissent facilement circuler l’électricité de tension,

on fait précéder l’étincelle d’une étincelle dans l’air.

Masson, qui avait soumis ces étincelles au mêmemoded’expérimentation que les autres, n’avait observé aucune raie brillante dans leurs spectres. M. Daniel (1) s’est assuré depuis que si l’étincelle n’est pas trèsforte, on peut voir au milieu des liquides les raies caractéristiques des électrodes, en même temps que les raies qui proviennent de l’incandescence des éléments dont ils sont formés, de sorte que l’étincelle a lieu comme si elle éclatait dans la vapeur même de ces liquides. M. DuMoncel et M. Seguin ont également observé l’image spectrale de l’étincelle d’induction dans diverses circonstances (2).

On a vu plus haut que M. Wheatstone avait remarqué que le spectre de l’étincelle tirée du mercure consistait en 7 raies ou bandes brillantes; M. Gladstone (3) en analysant la lumière de la lampe photo-électrique construite par M. Way, et qui consiste en une veine de mercure portée à l’incandescence et volatilisée au moyen d’un fort courant électrique, a reconnu que cette lumière présentait 23 raies depuis le rouge jusque bien au delà du violet, parmi lesquelles il y en avait 5 de plus réfrangibles que les raies H du spectre solaire. La particularité la plus remarquable de ce spectre est le grand éclat de la 23e raie, située bien au delà de H, dans une région où le spectre solaire ne contient plus de lumière qui soit visible sans des précautions particulières consistant dans l’élimination des rayons voisins de plus forte intensité. Les rayons de cette réfrangibilité sont donc incomparablement plus intenses avec la lumière électrique du mercure qu’avec la lumière solaire. Quand elle est concentrée sur l’œil l’impression en est d’un rouge violet, et quand elle a un éclat moindre , d’un gris rougeâtre.

M. Angstrôm (4), qui s’est également occupé de la composition de la lumière des étincelles électriques, a fait voir que les raies brillantes qui ne dépendent pas de la nature des électrodes proviennent de la nature

(1) Comptes rendues de l'Acad. des Sciences , t. 57, p. 98.

(2) DuMoncel, ISotice sur l'app. d'induction, 5e édit.; 18G7.

(3) Philosnph. magazine, 4e série, t. 20, p. 249. — Ann dechim et de physique, 3e série, t. 61, p. 158.

(4) Ann. de Poggendorf “., t. 94, p. 144.

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du gaz au milieu duquel la lumière électrique se produit. M. Van der Willigen (1) a étudié particulièrement cette influence des gaz, en disposant les deux électrodes dans l’intérieur d’un récipient où l’on pouvait faire le vide ou introduire des gaz à volonté. Il a trouvé, comme M. Angstrom, des raies caractéristiques de chaque gaz.

M. Plucker (2) a soumis à l’analyse des gaz raréfiés contenus dans des tubes qui ont été préparés d’abord par M. Geissler, et qui présentent quand ils sont traversés par des décharges d’induction des apparences lumineuses diverses, suivant la nature des gaz. Dans ce cas en effet l’incandescence excessive des gaz raréfiés donne lieu à des effets lumineux semblables à ceux qui seraient produits par des flammes formées avec ces gaz.

La disposition la plus simple consiste à avoir un tube capillaire a 6, fîg. 27, soudé à deux tubes d’un plus large diamètre A, B; ces deux tubes portent les électrodesquipénètrentdans leur intérieurety sont soudées. On voit que le gaz raréfié, qui est renfermé à l’intérieur, donne une ligne lumineuse très-brillante dans la partie capillaire ab de l’appareil et c’est cette ligne qu’on peut analyser avec un spectroscope ordinaire. Dans les parties A et B, on observe des stratifications plus ou moins fortes suivant la nature et la densité des gaz, mais dont il n’est pas nécessaire de nous occuper ici.

On trouve, au moyen de cette disposition, des systèmes de raies caractéristiques pour chaque gaz , comme on observe dans les flammes des raies brillantes caractéristiques des matières qui sont à l’incandescence dans ces flammes. Ainsi l’hydrogène donne trois raies, de teintes orangée, bleue et violette, et ayant les mêmes positions que celles des trois raies noires, C,F,G, du spectre solaire. Quand on opère avec des gaz composés, ces gaz peuvent être décomposés par le passage des premières décharges et alors on a les spectres des éléments sépa-

(t) Ann. de Poggend., t. 106, p. CIO, et t. 107, p. 473, 1859. — Ann. de chim. et de phys ., 3e série, t. 57, p. 367.

(2) Ann. de Porjg ., t. 107, p. 497 et 638, 1859. — Ann. de chimie et de physique, 3e série, t 57, p. 497.

Fig. 27.

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rés, à moins que l’un d’eux ne disparaisse. C’est ce qui arrive pour la vapeur d’eau et pour certains gaz humides : la vapeur d’eau est décomposée, l’oxygène s’unit à l’électrode positive, et il reste de l’hydrogène facile à reconnaître par ses trois raies.

Chaque gaz offre des effets différents suivant sa nature, et M. Plucker a de plus montré que suivant l’intensité des décharges l’aspect de l’image spectrale pouvait changer, comme dans les flammes à des températures plus ou moins hautes les raies peuvent se trouver en nombre différent.

Conjointement avec M. Hittorf (1), il a analysé ces derniers effets, et il a reconnu, par exemple, qu’avec des tubes contenant de l’azote raréfié on pouvait avoir un spectre présentant trois apparences différentes suivant le mode d’exciter les décharges qui se propageaient au travers du gaz. La cause de ces changements ne paraît pas être parfaitement connue.

On a vu, dans le livre précédent, que les décharges électriques sont employées pour reconnaître la position des raies données par la matière des électrodes volatilisée au moyen des décharges, et dans ce cas l’incandescence a lieu à la température la plus élevée que l’on puisse produire.

§ 2. Arc voltaïque.

Masson a obtenu des effets du même genre en réfractant la lumière de l’arc voltaïque formé dans l’air, comme en analysant celle des étincelles. 11 a comparé les raies obtenues entre les mêmes pôles métalliques en faisant usage des étincelles, puis des arcs, et il a trouvé dans les spectres des arcs voltaïques des raies qui ont leurs analogues dans ceux des étincelles; mais beaucoup d’entre elles manquent. 11 a attribué le moins grand nombre de raies brillantes du spectre de l’arc voltaïque à ce qu’il est produit par un faible excès de tension électrique , et qu’il se comporte comme étant formé par une succession d’étincelles moins vives que les étincelles ordinaires.

L’emploi des spectroscopes, c’est-à-dire le mode d’observation directe de l’image spectrale, est celui qui convient le mieux pour l’étude de la composition de la lumière électrique ; cependant, on peut également se servir de la projection des images lumineuses réfractées de l’arc vol-

(1) Philosophical transactions , t. 155, 1865. — Annales de chimie et de physiquer 4e série , t. 3, p. 505.

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laïque formé entre des électrodes de différents métaux , principalement lorsqu’on veut montrer dans un cours les principales lignes lumineuses caractéristiques de ces métaux. Pour opérer de cette manière, on produit l’arc voltaïque au moyen d’un régulateur de lumière électrique, et à l’aide d’une disposition convenable on fait réfracter au travers d’un prisme très-dispersif, en sulfure de carbone ou en flint très-réfringent, un faisceau de rayons émanés de l’arc et qui vient donner sur un écran placé à distance une image du spectre lumineux.

Lafig. 27 bis représente la disposition qui peut être employée lorsqu’on

Fig. 27 bis.

se sert du régulateur photo-électrique construit par M. J. Duboscq. A est une lanterne métallique qui entoure l’arc voltaïque formé au moyen du régulateur R et empêche la diffusion de la lumière dans la salle d’expériences. A la partie antérieure O se trouve une lentille dont le foyer correspond à la position de l’arc formé au milieu de A, de sorte qu’une portion des rayons lumineux émanés de cet arc est transmise horizontalement dans l’axe du tube O, et en traversant une fente rectiligne verticale, dont on peut faire varier la largeur, vient en dehors de la lanterne.

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Le faisceau de rayons lumineux parallèles qui traverse l’ouverture longitudinale vient tomber sur une lentille achromatique L, dont la longueur focale est de 30 à 40 centimètres. Cette lentille a pour but de faire converger les rayons lumineux sur le tableau blanc qui doit recevoir l’image du spectre, de sorte que l’ouverture rectiligne et le tableau occupent deux positions de foyers conjugués par rapport à la lentille.

En P est placé un large prisme, à arêtes verticales, qui réfracte le faisceau lumineux; on fixe ce prisme dans la position du minimum de déviation pour les rayons moyens, et quand on veut recevoir l’image du spectre sur un tableau disposé perpendiculairement à l’incidence des rayons, au moyen d’un miroir plan M, situé très-près de P, on dirige les rayons réfractés dans la direction convenable pour que le spectre se trouve au milieu du tableau.

Si les conducteurs en charbon du régulateur R sont aussi purs que possible, l’image par projection du spectre est continue et sans apparence de raies brillantes. On s’en rend aisément compte en remarquant que la plus grande partie de la lumière de l’arc voltaïque étant due à l’irradiation des extrémités des conducteurs en charbon, le globe de feu qui les entoure, ou la flamme due à l’incandescence des particules gazeuses qui transmettent l’électricité, aune intensité moindre. Dès lors l’image du spectre étant produite en grande partie par l’incandescence d’un corps solide et les lignes lumineuses qui sont dues à l’incandescence des gaz carbonés n’ayant qu’une intensité faible, celles-ci ne sont pas apparentes , et le spectre ne doit pas sensiblement présenter de raies. Du reste, pour faire cette projection du spectre et avoir une image continue et bien lumineuse, on a soin de rapprocher l’un de l’autre les charbons polaires du régulateur, afin que l’arc soit plus court et que les rayons qui forment le spectre émanent des pointes de charbon incandescentes.

Si l’on forme l’arc voltaïque avec des conducteurs métalliques, alors les conditions changent, car les vapeurs métalliques incandescentes donnent des lignes lumineuses d’une grande vivacité. On a toujours deux spectres lumineux superposés, l’un, continu, dûà l’incandescence des extrémités des conducteurs, l’autre dû aux vapeurs; au lieu de rapprocher les conducteurs pour faire dominer le premier, on les éloigne, on ne reçoit que la lumière du milieu de l’arc, et alors le spectre des vapeurs incandescentes est seul appréciable.

On peut sans employer des électrodes métalliques avoir cependant

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les images des spectres de vapeurs métalliques en opérant de la manière suivante : on dispose l’extrémité du charbon positif inférieur du* régulateur R en forme de petite coupelle dans laquelle on place un fragment des métaux, tels que l’argent, le zinc, le cuivre, le thallium, le sodium, etc., que Ton veut volatiliser; puis on établit le contact de la pointe négative du charbon supérieur avec le fragment de métal, et aussitôt le courant électrique qui circule dans le régulateur échauffe et volatilise la matière, et Tare se trouve formé par Tinlermédiaire des vapeurs métalliques incandescentes.

Si Ton opère avec un fragment d’argent placé dans la petite coupelle, l’image prismatique se trouve en partie composée par deux lignes vertes très-brillantes, Tune comprise entre D et E, mais plus près de E, et la seconde correspondant à peu près à E.

Le cuivre donne trois raies vertes caractéristiques à peu près équidistantes ; la moins réfrangible correspond à la plus réfrangible de l’argent, la deuxième et la troisième sont comprises entre b et F.

Le zinc a pour caractère une ligne rouge placée à l’extrémité la moins réfrangible du spectre, et un système de trois raies bleues d’une trèsbelle couleur, comprises entre F et G, les deux dernières étant voisines Tune de l’autre. Si au lieu de se servir de cuivre rouge on emploie le laiton, on a simultanément le système des trois raies correspondant au cuivre et celui des quatre raies qui correspondent au zinc.

Le thallium donne la raie verte caractéristique de ce métal ( voir planche fig. 18). Le sodium dans les premiers instants donne lieu à la production d’une raie noire à la place correspondante à D, puis peu après à l’apparition de la ligne jaune qui remplace cette ligne d’absorption ; il se produit le même effet que celui qui a été décrit dans le IVe livre, page 163. Les autres métaux donnent aussi des raies comme on Ta indiqué dans le livre IV, page 154 et suivantes.

Dans ces différents cas la largeur des raies dépend de la largeur de l’image de l’ouverture projetée sur le tableau; si on diminue cette largeur d’ouverture, les raies sont plus déliées; en l’augmentant, la quantité de lumière reçue sur le tableau augmente, et les raies gagnent en grosseur, absolument comme lors de l’observation directe. Quant au nombre des raies, ainsi qu’on Ta déjà dit au commencement de ce paragraphe, il est moins grand qu’en opérant avec les étincelles.

Les résultats qui viennent d’être exposés et la présence des raies lumineuses des spectres des étincelles aux mêmes places que les raies

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brillantes des flammes qui renferment comme élément des particules . provenant des électrodes entre lesquelles éclatent les étincelles, montrent donc que la lumière électrique est bien due à l’incandescence de la matière : cette incandescence provient en grande partie des particules volatilisées des conducteurs dans le cas des étincelles et des décharges, et de celle des milieux gazeux qui entourent les électrodes quand l’électricité traverse les gaz raréfiés. Ainsi, la composition de la lumière électrique conduit à la même conclusion que celle à laquelle on était arrivé par l’étude des autres propriétés de l’électricité.