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c'est-à-dire que ce courant est alternatif. La durée T d’une période complète est alors :
CN à É : ; 5 va On s’expliquera facilement ces résultats si l’on admet ne
l'assimilation du diélectrique à un ressort tendu par la charge. Lorsque la cause de cette tension disparaît, le diélectrique revient, en général, comme le ressort, à sa position initiale par une série d’oscillations.
Pour empêcher le ressort d’osciller, il faudrait opposer une résistance à son mouvement, par exemple en le plongeant dans un milieu visqueux. De même, on empêche les oscillations du diélectrique en présentant à la décharge du condensateur une résistance R suffisamment grande.
La valeur de T peut s’écrire :
ÉOÉ-EEnnE Enie ne M STD DS ee.
La capacité étant exprimée en farads dans cette formule, il en résulte que le nombre C est toujours très 018
4L l'unité, ce qui donne pour la durée T de l’osciilation :
devant
petit. On peut alors négliger la fraction
T— 2x VLC.
On voit, d’après ce qui précède, que l’on pourrait réaliser des oscillations électriques en procédant de la manière suivante.
Deux sphères métalliques A et B isolées l’une de l’autre (fig. 4) et constituant un condensateur sont reliées aux ( pôles d’une source d'électricité, bobine de Rubmkorff ou 1 .machine électrostatique, qui établit entre elles une diflérence de potentiel. |
Si on les réunit par un fil continu ab, ce fil sera le siège de décharges alternatives, pourvu que les dimensions de l’appareil satisfassent aux conditions indiquées par la formule (27).
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En procédant ainsi, on n’obtiendrait qu'un phénomène de très courte durée, à peu près impossible à observer. Pour tourner la difficulté, Hertz interrompit le conducteur ab, de ‘manière à laisser en son milieu un petit
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Fig. 4
intervalle mm’ (fig. 5). La décharge s’effectue alors par une étincelle qui jaillit entre m et m', lorsque la différence de potentiel entre les deux sphères à atteint une valeur suffisante. Cette étincelle joue le rôle d’un conducteur reliant les deux sphères, avec cette différence qu’une fois la décharge effectuée, les sphères peuvent se charger à nouveau pour se décharger ensuite, de sorte que l’on obtient entre les points mm’ une série de décharges oscillantes se succédant sans interruption aussi long-
temps que la source fonctionne. Cet appareil constitue ce que Hertz a appelé l’excitateur ou l'oscillateur.
Quant à la durée des oscillations, on conçoit qu’on puisse la déterminer par la formule de Thomson, puisque l’on peut calculer directement les valeurs de Let de Gen les déduisant des dimensions de appareil.
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Dans ses premières expériences, avec des sphères de 0,30 m de diamètre, placées à 1,50 m l’une de l’autre, Hertz obtint des oscillations dont la durée en secondes était T — 1,77 X 108; en admettant que ces oscillalions se propagent avec la vitesse de la lumière, leur lonqueur d’onde serait de 5,30 m environ.
Bien que plus tard Hertz ait réussi à réduire la lonqueur d'onde, les radiations obtenues étaient encore trop lentes pour air sur FT l’organe de la vue. 1] fallait done, pour les étudier, réaliser un instrument destiné à remplacer l'œil. Dans ce but,
Hertz employa comme récepteur un cir- Le
cuit composé d’une seule spire de fil Fig. 6. métallique (fig. 6). L’anneau ainsi formé
était interrompu et terminé à ses extrémités par deux petites boules & et à.
Cet appareil peut être considéré comme un condensateur dônt les armatures seraient réunies en permanence par un arc métallique. Lorsqu'on l’introduit dans le champ, les’ variations de celui-ci donnent naissance à des forces électromotrices d’induction qui chargent le condensateur et, lorsque la différence de potentiel entre a et b est devenue assez grande, une étincelle jaillit entre les deux boules en déchargeant le condensateur. On aura donc en ab une série d’étincelles qui pourront servir à déceler l'existence du champ alternatif.
Ces étincelles seront elles-mêmes oscillantes, si les dimensions de l'appareil ont été convenablement choisies, de sorte que lon aura entre à et b une série de décharges alternatives. On conçoit que ces décharges auront leur intensité maxima si leur période est la même que celle des renversements du champ qui produisent les courants de charge; car alors le condensateur se décharge en totalité par les étincelles et non par le fil qui réunit les armatures @ et à.
On doit donc déterminer les dimensions du récepteur de manière que ces conditions soient remplies, c’est-àdire en tenant compte de la période des oscillations fournies par l’excitateur. Le récepteur fonctionne alors à la façon d’un résonateur acoustique qui renforce seulement le son qu’il peut émettre directement. De là, le nom de résonateur donné par Hertz à son appareil récepteur des ondes électriques.
Le résonateur, étant construit de manière à posséder son maximum de sensibilité, peut servir à explorer le champ et, suivant le degré d'intensité des étincelles, à
indiquer comment varie ce champ en ses différents points.
Nous avons vu plus haut que les équations de Maxwell
conduisent à cette conséquence que, quand une onde
plane résultant d’une perturbation électrom
agnétique se propage dans un diélectrique, le
s forces électrique et magnétique sont constamment dans le plan de l’onde et perpendiculaires l’une à l’autre: Dans le cas particulier de l’oscillateur de Hertz, on peut retrouver directement ces résultats.
Considérons en effet un point m» situé dans les plans de symétrie de l’oscillateur (lig. 7). Les décharges oscillantes de ab produisent en m deux sortes d’actions : les unes électrostatiques, qui résultent des variations de
charge des sphères A et B, les autres magnétiques, dues aux courants alternatifs entre a et 6.
La force électrique en m est la résultante des actions exercées par les sphères A et B, dirigées respectivement suivant Am et Bm. On peut d’ailleurs admettre. que les chargesde À et B sont à chaque instant égales et de signes contraires, c’est-à-dire que les deux composantes #2, mn' du champ électrostatique sont toujours égales entre elles et situées du même côté de mX. Leur résultante est done constamment parallèle à AB.
Quant au champ magnétique produit par le courant dirigé suivant ab, on sait que ses lignes de force sont des circonférences ayant leur centre sur @b et dont le plan est normal à 4b. La force magnétique au point m est done dirigée perpendiculairement au plan ABm, que nous avons pris comme plan de la figure.
Les intensités des champs électrostatique et magnétique sont donc rectangulaires et leur plan est normal à la direction de propagation »?2X. Si, de plus, on examine de près le fonctionnement de l’excitateur, on se rendra compte facilement que les maximums d’intensité du courant @b correspondent aux minimums de charge des sphères A et B, et réciproquement. Il en sera de même des intensités des deux champs alternatifs au point m, ce qui revient à dire que ces deux champs ont entre eux une différence de phase d’un quart de période.
Ces divers résultats peuvent être vérifiés à l’aide du résonateur de Hertz. Menons par le point m trois axes rectangulaires »X, mY, mZ (fig. 8) respectivement. suivant la direction de propagation, l'intensité du champ électrostatique et l'intensité du champ magnétique. Le centre du résonateur restant toujours en m, on pourra faire varier l'orientation du résonateur dans son plan et la position de ce plan.
Considérons d’abord les actions électrostatiques. Cellese1 seront nulles, si le plan du résonateur est perpendicu-
lire à la direction mY des lignes de force du champ électrostatique. On doit donc rechercher l’effet maximum des actions électrostatiques en plaçant le résonateur dans le plan YZ, parallèle aux lignes de force. L’intensité de l’action dépend alors de la position de la coupure &b. Si cette coupure est sur AŸ, comme dans la figure 8, les boules ont constamment, par raison de symétrie, des potentiels égaux : il n’y a donc pas d’étincelles. Le maximum aura lieu, au contraire, si la coupure se trouve sur mZ. Tant que le résonateur est dans le plan YZ, l’action du champ magnétique est nulle ; car on est alors sensible-
Fig. 8,
ment dans le même cas qu’un circuit fermé qui se déplace parallèlement à lui-même dans un champ magnétique uniforme. On peut donc ainsi étudier l’action due au champ électrostatique seul.
Pour obtenir l’action maximum due au champ magnétique, il faudra placer le résonateur perpendiculairement aux lignes de force de ce champ, c’est-à-dire dans le plan XY. Il ne sera plus nécessaire alors de tenir compte de l'orientation de la coupure, puisque, dans ce cas, les Courants induits dans le résonateur ne dépendent que de la variation du flux de force qui traverse le circuit.
On voit enfin que, si l’on place le résonateur dans le plan XZ, qui est le plan de symétrie de l’excitateur, le
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résonateur est soustrait à la fois à l'influence des deux champs.
Une fois en possession de ces appareils, Hertz s’est préoccupé de mesurer par l’expérience la vitesse de propagation des ondes émises par l’excitateur. Il appliqua pour cela la méthode employée par Biot pour mesurer la vitesse du son dans les gaz. L’onde ayant parcouru un certain trajet, si on la réfléchit de manière à la faire revenir en arrière, l’onde directe et l'onde réfléchie interfèrent et il se produit des nœuds et des ventres. Il suffit alors de déterminer la position de deux nœuds consécuüifs pour en déduire d’abord la longueur d’onde et ensuite la vitesse de propagation.
Pour produire la réflexion de l’onde électromagnétique, Hertz la recevait sur une surface métallique, normale au rayon. En déplaçant le résonateur le loug de ce rayon, il constalait que les étincelles n’avaient pas partout la même intensité; la position où cette intensité est minimum correspond à un nœud, celle où elle est maximum correspond à un ventre.
Suivant l'orientation donnée au résonateur, on peut étudier séparément l’onde électrostatique et l’onde électromagnétique ; on reconnaît ainsi qu’elles ont la même vitesse de propagation, tout en ayant l’une par rapport à l’autre un retard d’un quart de période. De plus, on peut mesurer cette vitesse de propagation, que Hertz indiqua comme très voisine de la vitesse de la lumière.
Les expériences présentaient toutefois de grandes difficultés provenant de ce que, l'amortissement des ondes électriques dans Pair étant très rapide, on ne pouvait opérer que sur de faibles distances. Pour augmenter la portée et en même temps le degré de précision des résultats, Hertz chercha alors à mesurer la vitesse de propagation des ondes, non plus dans l'air seul, mais dans des fils conducteurs.
La théorie montre en effet, indépendamment de toute
hypothèse sur la nature intime des phénomènes, que la vitesse doit être la même dans les deux cas, à la condition toutefois que les oscillations soient suffisamment rapides. On sait que la résistance offerte par un conducteur au passage d’un courant alternatif est représentée par le radical ŸR? + m° L? que l’on nomme l’émpédance. R est la résistance omique, qui ne dépend pas de la période et est la même que pour les courants continus. Quant au deuxième terme m2 L?, il dépend à la fois du coefficient de self-induction L et du nombre m1 — FT qui est proportionnel à la fréquence. Il en résulte que, si m est très grand, comme R est en général assez faible, le premier terme du radical peut être négligé et le conducteur peut être considéré comme un conducteur parfait, c’est-à-dire sans résistance. Les choses se passent alors comme si le courant était dû à des charges statiques se déplaçant à la surface du conducteur, sans pénétrer dans son intérieur, Ces idées ont été développées par Heaviside et Poynüng, qui considèrent un courant électrique comme ayant son siège non pas dans le conducteur, mais dans le diélectrique qui Pentoure, du moins en ce qui concerne Pénergie transportée. Si la résistance du conducteur est nulle, cette énergie arrive tout entière à l’extrémité du conducteur, comme si celui-ci n'existait pas. Si, au contraire, la résistance du conducteur n’est pas négligeable, une partie de l'énergie transportée se diffuse dans le conducteur, où elle se retrouve sous forme de chaleur. Si les variations du courant sont très rapides, cette diffusion n’atteint que les couches superficielles ; lorsque les variations sont nulles, c’est-à-dire dans le cas du courant continu, la diffusion pénètre jusqu’au centre du conducteur et la totalité de l'énergie est transformée en chaleur. Ces considérations, qui sont d’ailleurs conformes aux idées de Maxwell, permettaient à Hertz de supposer que la vitesse de propagation des ondes le long des fils con-
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ducteurs devait être la même que dans l'air, c’est-à-dire égale à celle de la lumière. Cependant, l'expérience ne confirma pas ces prévisions et donna des vitesses notablement moindres que celles qu'indiquait la théorie.
Il semblait donc y avoir désaccord entre la théorie et expérience. Deux physiciens genevois, MM. Sarasin ét de la Rive, indiquèrent la principale raison de ce désaccord. Pour obtenir la vitesse de propagation, Hertz mesurait directement la longueur d'onde, puis, au moyen de la formule de Thomson, il calculait la durée T de la période, d’après les dimensions de l’excitateur.
Or, MM. Sarasin et de la Rive constatèrent que si l’on fait varier les dimensions du résonateur, l’excitateur restant le même, la longueur d’onde varie, de sorte que celle-ci doit être calculée non pas d’après les dimensions de l’excitateur, comme le faisait Hertz, mais d’après celles du résonateur. En opérant de cette façon, le désaccord disparaît et l’expérience donne des résultats conformes à ceux qu’indiquait la théorie.
MM. Sarasin et de la Rive donnèrent le nom de résonance multiple à ce phénomène pour lequel ils proposaient l’explication suivante. En raison de sa forme complexe, lexcitateur produit non pas des ondes de période bien déterminée, mais un ensemble d’oscillations de périodes différentes, qui se superposent les unes aux autres. En d’autres termes, le phénomène de la décharge étant représenté par la série de Fourier, on aurait une oscillation principale accompagnée d’un nombre plus où moins considérable d’harmoniques. Parmi toutes ces oscillations, le résonateur choisit celle qui correspond à sa période propre, de sorte que la longueur d’onde mesurée résulte exclusivement des dimensions du résonateur.
Malheureusement, cette explication, qui faisait disparaître un désaccord entre la théorie et l’expérience, venait en faire apparaître un autre.
En cherchant à faire intervenir dans le calcul les divers
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éléments qui composent le circuit de l’excitateur et, en particulier, la bobine d’induction, M. Poincaré reconnut que celle-ci influe très peu sur la période de Pexcitateur, calculée comme l’avait fait Hertz et que, quand la période de l’excitateur est nettement déterminée, là longueur des ondes transmises n’en est pas moins fixée par le résonateur”. M. Poincaré proposa alors une autre explication du phénomène de la résonance multiple découvert par MM. Sarasin et de la Rive. Sans entrer dans le détail des calculs, nous dirons simplement que, d’après M. Poincaré, la résonance multiple peut être attribuée à l’amortissement que subissent les oscillations émises par l’excitateur?, M. Bjerkness a montré que cet amortissement est considérable pour l’excitateur, tandis qu'il est au contraire très faible pour le résonateur. D’autre part, des expériences directes ont confirmé la manière de voir de M. Poincaré.
Quoi qu'il en soit, les travaux de MM. Sarasin et de la Rive furent le point de départ d’une nouvelle série de recherches, parmi lesquelles il faut citer Les expériences faites en France par M. Blondlot. Adoptant l’idée que le résonateur seul détermine la valeur de T, M. Blondlot modifia la forme adoptée par Hertz de manière à pouvoir appliquer plus facilement la formule de Thomson au calcul de T.
Nous devons nous borner ici à indiquer les résultats de ces expériences, ainsi que de celles dont il sera parlé ci-après; pour le détail des méthodes suivies et des dispositifs adoptés par les différents expérimentateurs, nous renverrons au rapport présenté par MM. Blondlot et Gutton au Congrès international de physique réuni à Paris en 1900.
Les premières expériences de M. Blondlot datent de
1. Les Oscillahons électriques, par H. Poincaré, p. 46. Paris, 1894. 2. Les Oscillations électriques, par H. Poincaré, p. 105 et suivantes. Paris, 1894
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1891 ; en faisant varier les dimensions des résonateurs, il trouva, pour une série de douze expériences, la valeur moyenne de 302 200 km par seconde.
Dans une nouvelle série de recherches faites en 1893, M. Blondlot chercha à déterminer la vitesse avec laquelle se propage le long d’un fil non plus un mouvement oscillatoire, mais une simple perturbation électromagnétique, vitesse qui, d’après la théorie, doit aussi être égale à celle de la lumière.
Des expériences avaient déjà été tentées dans cet ordre d'idées. En 1834, Wheatstone avait trouvé, à l’aide d’un miroir tournant, une vitesse de 460000 km; en 1849, l'Américain Walker avait trouvé seulement 30000 km. En 1850, MM. Fizeau et Gounelle, appliquant le procédé employé par Fizeau pour mesurer la vitesse de la lumière, obtenaient, pour la vitesse de l'électricité, 100 000 km dans le fer et 180 000 km dans le cuivre. Enfin M, W. Siemens, opérant en 1876 sur une ligne. télégraphique en fer, trouvait pour le plus élevé de ses résultats 256 600 km.
En opérant sur des lignes de lonqueur variées, M. Blondlot obtint une moyenne de 298 000 km, valeur voisine de celle qu'il avait obtenue dans le cas des oscillations. La théorie se trouvait donc vérifiée par des procédés entièrement différents.
En 1895, MM. Trowbridge et Duane obtinrent, pour. la propagation des ondes le long d’un fil de cuivre, la vitesse de 300 300 km. En 1897, M. Clarence-G. Saunders trouvait 299 700 km. Enfin, en 1899, M. Mac Lean trouvait, pour la propagation des ondes dans l'air, 299 110 km.
Tous ces nombres présentent une concordance remarquable, de sorte que finalement l'expérience assigne des valeurs très voisines à ces trois grandeurs : le rapport des unités électromagnétiques et électrostatiques, la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques et la vitesse de la lumière. Étant donnés la difficulté des mesures et le degré de précision qu’elles peuvent comporter, les
Lo LA TÉLÉGRAPHIE SANS FIL
écarts ne sont pas de nature à infirmer la conclusion de Maxwell, à savoir que ces valeurs sont non seulement voisines, mais égales. On conçoit cependant Pintérêt qui s'attache à toute vérification qui viendra augmenter la ee - probabilité de cette conclusion.
| Aünsi que nous l’avons dit plus haut, s’il y a identité is 14 entre les ondes électromagnétiques et les ondes lumi-
neuses, on doit pouvoir reproduire avec les premières He tous les phénomènes qu'on obtient avec la lumière. Déjà, Hits CEA en étudiant la propagation, Hertz avait constaté la ré- A fi ‘flexion des ondes sur des surfaces métalliques planes, l ji Après avoir vérifié que les lois de cette réflexion sont les fi mêmes que pour la lumière, il réussit à obtenir la con- 1 centration des ondes au moyen de miroirs concaves.
Ceux-ci étaient constitués par la surface intérieure d’un 1 cylindre parabolique en métal dont la ligne focale contenait l’excitateur, En plaçant un miroir semblable derrière
MIE le résonateur, Hertz put reproduire l'expérience des mi- D Het roirs conjugués. Dans ce cas, le résonateur était formé de Me HE deux fils rectilignes situés dans le prolongement l’un de GRAN c
[AR l'autre et terminés, aux extrémités en regard, par deux (co peutes boules entre lesquelles se produisaient les étin- ‘ll celles. Le résonateur formait alors un condensateur dont
f les armatures restaient isolées l’une de l’autre.
Hertz put également produire la réfraction des ondes en employant un prisme en asphalte ayant 1,0 m de hauteur et dont la base était un triangle équilatéral de 1,20 m de côté.
( dr Enfin, en recevant les ondes sur les réseaux formés de a fils métalliques parallèles, Hertz put reproduire les prinnl cipaux phénomènes de polarisation rectiligne.
QUE Les expériences de Hertz furent répétées dans tous les A DA P&YS par un grand nombre de savants. Il faut citer en die me première ligne M. Lodge, en Angleterre, qui, sans avoir FA Connaissance des travaux de H ertz, avait déjà obtenu des il résultats analogues, en utilisant les ondes provenant de
a RE Cu den ee : TRE ere Eee 4 L. | | LV: We ET LES ONDES ÉLECTRIQUES Ur À n de à \ } à ‘ ; la décharge oscillante d’une bouteille de Leyde. Nous cinejt sen k ù GA terons ensuite les expériences de M. Lecher (1890), dont (He ‘ ; Nes ANT f ñ Eyn M le dispositif a été adopté par Hertz pour étudier la pro- Th ÿ £ | pagation des ondes le long des fils, celles de M: 3.9, Thom- 4 son pour l'étude de la propagation dans divers diélec- : nt . a F + triques’, celles de M. Turpain (1897) sur les champs ini,
interférents et la propagation dans les diélectriques. Mais les expériences les plus complètes faites en vue de la reproduction de phénomènes analogues à ceux de à l'optique sont celles de M. Righi, qui, en outre des résulle | tats déjà obtenus par Hertz sur la réflexion et la réfracle tion, réussit à reproduire, avec les ondes électromagné- 4 0 | tiques, les expériences d'optique ci-après : k: Expérience des deux miroirs de Fresnel et produclun À tion des franges d’interférence ; expérience du biprisme 1 en employant un bloc de soufre ; diffraction par une | it | fente étroite ou par le bord d’un écran. M. Righi constata È me À également : la réflexion sur les diélectriques et lapplicade | tion des formules de Fresnel à la réflexion sur les corps de transparents, la production d'ondes elliptiques et circuux laires, la réflexion totale, la polarisation par réfraction à in | travers une pile de lames de paraffine, etc. ll Le phénomène de la double réfraction a été obtenu 2 00 | pour la première fois par M. Righi avec des lames de és : bois. Plus tard, on le réalisa avec des lames cristallines | kb : et en particulier avec le gypse. Le bois se comporte "1 k ! comme un biréfringent à un axe et rappelle les propriétés optiques de la tourmaline. On a pu faire avec le bois des le lames demi-onde et quart d'onde. ‘1 3 Citons enfin les expériences de M. Lebedew, qui reconnut la double réfraction du soufre et réussit à cons- | x | truire un nicol en soufre pour ondes de 6 mm. à Dans toutes les recherches faites en vue de reproduire 4 n À les phénomènes de l'optique au moyen des ondes élec-
1 La Lumière électrique du 30 août 1890.
le LA TÉLÉGRAPHIE SANS FIL
triques, les expérimentateurs se sont avant tout préoccupés de réduire les longueurs d’onde, afin de ne pas être à obligés de donner aux appareils des dimensions exagé- EU rées. Hertz lui-même était entré dans cette voie et, dans | à ses expériences sur la réfraction, il dvait opéré avec des ondes de 0,66 m; maisilne paraît pas qu'il soit descendu gr au-dessous. En modifiant la disposition de l’excitateur, LAET AAE M à M. Righi produisit des ondes de 25 mm. M. Bose, profes- | | seur à Calcutta, réussit à obtenir des ondes de 6 mm te A seulement, longueur qui a encore été abaissée par M. Lebedew.
Mais, en même temps qu'on diminue la longueur d'onde, on diminue considérablement la quantité d’éner- L gie transmise, de sorte que l’on fut amené à rechercher, AE pour déceler les ondes électriques, des appareils plus AU SUR ENE sensibles que le résonateur primitif de Hertz. Ces re- LS jouir cherches conduisirent à reconnaître que la présence des ondes peut être révélée par les procédés les plus divers. Ci I n'entre pas dans le cadre de cette étude de les décrire 1 tous et nous renverrons aux classifications très complètes qui en ont été faites par M. le docteur A. Pochettino: et par M. Righi?. Nous nous contenterons d’en indiquer ici ! les principaux types.
Il faut signaler en premier lieu les appareils qui dérivent du résonateur de Hertz, composé d’un circuit cireulaire avec micromètre à étincelles. M. Blondlot a adopté la même disposition, mais en donnant au circuit la forme d’un rectangle. Sur le milieu de l’un des grands côtés est | intércalé un condensateur formé de deux plateaux placés en regard l’un de l’autre. Le micromètre est alors constitué par une boule et une pointe, soudées respectivement à chaque plateau et entre lesquelles jaillissent les étincelles.
Pour ses expériences sur la réflexion des ondes, Hertz
di avait employé la disposition que nous avons indiquée Ÿ HA ASE Lune 1. L'Eclairage électrique, t: XVIII, p. 158.
