OC

change très peu pendant que la pression varie entre des limites très écartées.

4° Enfin, et c’est là le phénomène le plus inattendu, deux courbes quelconques ont un point d’intersection. A la pression de 5°, par exemple, le potentiel explosif est plus faible pour des étincelles de of,or que pour celles de o°,oo1r.

Ce résultat a été confirmé directement par M. Peace en employant un plateau légèrement convexe. Au voisinage de la pression critique, les étincelles laissent leur trace sur le métal par un anneau circulaire autour du point qui correspond à la moindre distance.

5° Il est naturel de chercher si la distance explosive qui

correspond à la pression critique est en relation avec quelque autre propriété des gaz, par exemple avec le libre parcours moyen des molécules, mais ce parcours est en raison inverse de la pression, tandis que la distance explosive considérée croît plus rapidement; elle est d’ailleurs d’un ordre de grandeur tout différent, comme on le voit par les résultats suivants où le libre parcours moyen a été calculé en adoptant om, 1 pour la pression de 56°.

Potentiel Pression Distance explosif. critique. explosive. Libre parcours V. C3: e moyen.

1,08 AN 0,001 000003 nm A A T0 19 0,00294 0,00009 Pt 11 0,00908 0,00007 re 1 0,01010 0,00014 102 sh 0,02032 0,00022

Au-dessous de la pression critique, la résistance du gaz augmente rapidement, au point qu'il devient difficile d'y produire des élincelles, et l'électricité ne traverse pas le vide absolu. Cette propriété importante, dont on pourrait déjà trouver l'indication dans des expériences anciennes, parait avoir été démontrée d'abord par Masson ('); elle a été confirmée depuis par différents observateurs, à mesure que les procédés de raréfaction se sont améliorés.

Il est intéressant de remarquer que si le pôtentiel explosif continuait de diminuer avec la pression, au point que le vide devint bon conducteur de l'électricité à la manière des métaux, la théorie de Maxwell exigerait alors que les espaces interplanétaires soient opaques à la lumière.

181. Pressions très faibles. — Tubes sans électrodes. — Quand la décharge a lieu entre des électrodes métalliques, dans un tube à gaz très ‘raréfié, ces électrodes modifient beaucoup les conditions du phénomène. M. J. J. Thomson a eu l'idée ingénieuse d'employer des tubes sans électrodes, des tubes annulaires par exemple, ou de simples boules, afin que la masse du gaz soit seule à intervenir. Les appareils consti-

(1) Massox, Ann. de Ch. et de Phys. [3], t. XXXI, p. 314; 1851.

tuent alors des circuits fermés, de formes plus ou moins variées, et l’on doit recourir aux effets d'induction pour obtenir des forces électromotrices finies capables de provoquer l'illumination du gaz.

Si le courant inducteur est produit par une série de décharges de caractère alternatif (399) à faible amortissement, les premières oscillations seront surtout efficaces et on peut considérer la charge q de l'appareil primaire comme représentée par go cos wt. On a alors, pour le courant inducteur,

dq

1=— — —qoosinuvt,

dt

d ; ; 1) HACOSUEL 1 AU En désignant par C et Z la capacité et le coefficient de self-induction de l'appareil primaire, et par V, le potentiel explosif, il en résulte I dl Vo = ——) AL), — — — COSU(.

go 0» dt 7 Si M est le coefficient d'induction mutuelle entre le circuit primaire et le tube à gaz, la force électromotrice induite est di M E=M — = V, — cosut.

PHONE CETE Les armatures d'un condensateur sont reliées par un conducteur renfermant une hélice de quelques spires. L'expérience peut être disposée de plusieurs manières diffé-

A a b = B C. as

Fig. 230.

rentes. Dans la figure 238, les pôles À et B d’une machine

électrostatique sont reliés aux armatures d’un condensateur C dont le circuit renferme l'hélice H et un interrupteur ab pour

règler le potentiel explosif. Dans la figure 239, on a disposé deux condensateurs en cascade C, et C: reliés aux pôles A et B; l'hélice H est située sur la communication des autres armatures et l'interrupteur ab entre les pôles de la machine. Pour éviter tout effet d'induction électrostatique, on relie au sol le milieu de l'hélice H.

Quant aux appareils à gaz raréfié, on les place autour de l’hélice s'ils ont la forme annulaire, ou dans l'intérieur même de cette hélice s'il s'agit d'une simple boule.

À même potentiel explosif, l'amplitude de la force électromotrice d'induction est proportionnelle au rapport des coefficients M et ZL, qu'il faut rendre maximum. La valeur de M est proportionnelle au nombre » des spires de l’hélice et peut s’écrire fr; le coefficient Z comprend d’abord un terme Z, relatif au conducteur étranger à l'hélice et un autre terme 2»? proportionnel au carré du nombre de spires. Il en résulte

HO En ÉD SRE

Cette expression est maximum pour L, — an?, L—» L;. Toutefois il est préférable de prendre un nombre de spires supérieur à cette limite, afin de rendre Z plus grand et de diminuer l'amortissement des oscillations primaires.

188. Apparences des décharges. — Dans une boule de verre où l’on raréfie l'air progressivement, 1l se produit un anneau rougeâtre vers la pression d’un millimètre, puis l'éclat augmente et la lumière devient plus blanche; l'anneau devient très brillant et bien défini quand la pression est inférieure à + de millimètre, 1l s’affaiblit ensuite et finit par disparaître. La pression critique est donc beaucoup plus faible que dans les expériences où l’on fait usage d'électrodes métalliques.

Des résultats analogues s’observent avec les tubes en forme d'anneau, même quand l'anneau est interrompu et le circuit complété par un tube latéral de plusieurs mètres de longueur soustrait à l'induction.

Si l'anneau est soumis à l’action d'un champ magnétique parallèle à son plan, on voit, dans les régions où le tube est perpendiculaire au champ, la bande lumineuse se séparer en

Électr. et Magn. — ur. 40

deux parties qui correspondent aux décharges de sens contraires. L'illumination est alors moins facile à obtenir et peut même être supprimée par le champ magnétique.

On rendra compte de ces particularités en concevant que le champ magnétique agit, non pas sur le courant même de décharges, mais sur le conducteur qu'il parcourt. La décharge doit débuter d’abord sur la ligne de plus grande force électromotrice ; sur ce chemin, la conductibilité augmente, soit par une élévation de température, soit par un état instable du gaz en partie dissocié, et le passage est rendu plus facile pour les courants qui suivent. Si la première décharge est déviée, le chemin n'est plus frayé pour les suivantes et lillumination peut être interrompue. À Ia limite des deux cas, la décharge n a pas de chemin défini et oscille dans le tube.

Ces décharges induites traversent difficilement les conducteurs métalliques, sans doute à cause de leurs très courtes périodes (462). Une boule à gaz raréfié, divisée en deux compartiments par une cloison métallique, étant disposée de manière que la cloison soit dans un plan méridien des courants induits, la lueur du gaz montre que les décharges suivent un chemin fermé dans chacun des compartiments en longeant de part et d'autre la cloison métallique. Si cette cloison a été percée de petites ouvertures aux extrémités du diamètre situé dans le plan des courants, les décharges s'y propagent.

L'expérience suivante montre encore que les gaz raréfiés peuvent se comporter à la manière des écrans conducteurs. Une boule de verre À, dont le gaz est au voisinage de la pression critique, est renfermée dans une seconde boule B concentrique, qui contient une goutte de mercure et où le vide a été poussé plus loin; l'appareil est soumis à l’action d'une hélice inductrice. À la température ordinaire, la boule intérieure À s'illumine. Si l'on chauffe la boule B de 50° à 160”, la vapeur de mercure devenue conductrice s’illumine et la boule A s'éteint. Pour une température plus élevée, la pression de la vapeur de mercure devient trop grande et la boule intérieure À s’illumine de nouveau.

189. Conductibilité des gaz raréfiés. — Ce rôle d'écrans permet d'évaluer la conductibilité des gaz raréfiés. Dans l’appareil représenté par la figure 240, le tube A qui renferme un

gaz à la pression propre aux décharges est entouré d'un vase B concentrique communiquant avec la pompe à vide; l'intervalle qui les sépare forme une sorte d'éprouvette à section annulaire dans laquelle on peut introduire un liquide; L et M représentent la section de l'hélice inductrice.

On arrive à supprimer l'illumination du tube intérieur A en raréfiant le gaz dans l'enveloppe B jusqu'à une pression voisine de o"®,o1. Si on laisse rentrer l'air dans l’enveloppe, l'illumination reparaît; on introduit alors dans l'éprouvette C de l’eau pure d'abord, puis mélangée d'acide sulfurique, et la ri-

chesse en acide doit être de 25 p. 100 pour que l'illumination de A s’éteigne de nouveau et que l’action du liquide comme écran soit équivalente à celle du gaz primitif. Si l'on suppose que l'acide occupe le même espace à l’état de vapeur, sa pression serait d'environ 100 atmosphères. À ce compte, la conductivité moléculaire du gaz serait plus de 7 millions de fois supérieure à celle de l’acide sulfurique. Toutefois cette conductibilité n'est pas réglée par la loi d'Ohm, car les résultats varient avec la nature de l’étincelle primaire.

Une autre manière de comparer ces effets consiste à placer dans deux hélices À et B du même circuit, des boules différentes A’ et B’ dont chacune absorbe une partie de l'énergie induite, en raison de sa conductance.

L'expérience peut être réglée de manière que les lueurs soient très brillantes dans la boule A’, quand elle est seule, et que cette illumination s'éteigne dès qu'on introduit la boule B

contenant aussi un gaz raréfié. Si alors on remplit la seconde boule B' par un électrolyte quelconque, il est impossible de reproduire l'extinction de la première.

Évaluée par cette méthode, la conductivité moléculaire des gaz à la pression critique se montre beaucoup plus grande que celle des métaux tels que le cuivre ou l'argent.

La grande conductibilité des gaz raréfiés dans les tubes sans électrodes forme un contraste frappant avec les valeurs si faibles que l’on observe par l'emploi des électrodes ; c'est une nouvelle preuve de la résistance qu'éprouve l'électricité à traverser la surface de séparation d’un métal et d’un gaz.

L'analyse spectrale de Ia lumière montre d’ailleurs que, dans un mélange de gaz, la décharge ne les traverse pas en raison de leur richesse proportionnelle.

190. Tubes à électrodes. — A mesure qu'on diminue la pression dans un tube à électrodes, la décharge prend une suite de formes différentes, avec toutes les transitions intermédiaires : d'abord des étincelles et des aigrettes, puis une sorte de bande ou de nappe lumineuse, enfin, pour de très faibles pressions, des apparences spéciales sur lesquelles 11 est nécessaire d'insister.

Autour de l'électrode négative, ou cathode, se trouve un premier espace notr, surtout étudié par M. Crookes, limité à une surface que l’on peut définir comme le lieu des extrémités de droites d’égale longueur normales à l’électrode.

Vient ensuite une couche bleuâtre dans l'air, d'éclat décroissant à partir de l’électrode et qui forme la colonne négative, puis un nouvel espace sombre, observé par Faraday et de dimensions variables, suivant les circonstances, enfin une région très éclairée, ou colonne positive, qui s'étend jusqu à l’anode. Cette colonne renferme souvent, surtout dans l'acide carbonique et les gaz carburés, une série plus ou moins nombreuse de divisions transversales, d'éclat varié et de coloratons différentes, qui forment les s{ratifications.

La longueur de l’espace noir de Crookes, comptée suivant la normale à la cathode, paraît croître un peu avec l'intensité de la décharge; elle varie surtout avec la pression du gaz, sans que la nature du métal électrode ait de l'influence. Avec un tube cylindrique etdes électrodes en forme de disques,

M. Puluy(!) a obtenu dans l'air les longueurs suivantes :

Punto in. 16 O,)1 0

,24 BRHACOENIQIR. 9 arm À 9,0 9,9

Cette longueur croit moins vite que l'inverse de la pression ; elle n'est pas non plus comparable au libre parcours moyen des molécules, car ce parcours ne serait que de o"",04 à la pression de 1%%,46 ou 6o fois moindre que l’espace noir.

La colonne ou lueur négative est très variable, même pour une pression constante, suivant l'intensité du courant; elle est interceptée par un corps quelconque, qu'il soit conducteur ou isolant, et l'analyse spectrale y montre un système de raies particulier.

Les dimensions de l’espace noir de Crookes et de la colonne négative sont indépendantes de la longueur du tube et de la position que peut occuper l’anode.

L'espace sombre de Faraday n’est qu’une sorte de transition entre les colonnes négative et positive ; de longueur très variable, 1l disparait quelquefois presque entièrement.

Dans la colonne positive, qui s'étend ensuite jusqu’à l’anode, il existe souvent des strates, soit toutes semblables entre elles, soit composées de groupes successifs, avec des dimensions et des teintes différentes, qui se reproduisent avec une grande régularité. Ces strates sont limitées du côté de la cathode par des surfaces brillantes, planes ou convexes, avec une dégradation de lumière dans le sens opposé, et peuvent être séparées par des intervalles presque noirs ; leur distance est à peu près en raison inverse de la pression et elle augmente avec le diamètre du tube.

Les strates sont presque toujours animées d’un mouvement continuel, surtout quand on utilise la décharge des bobines, mais il est facile de les observer nettement dans chacune de leurs positions à l’aide d'un miroir tournant. Le phénomène prend plus de fixité si l’on introduit une résistance convenable dans le circuit ou si l’on a recours au courant d'une pile d'un grand nombre de couples. On peut même distinguer ces

(4) Puzus, Wiener Ber.t. LXXXI, p. 864 ;

strates, quoique plus difficilement, dans les tubes à décharge sans électrodes.

La colonne positive et les strates qu'elle renferme sont liées à la position de l’'anode, dont elles paraissent émaner en suivant le plus court chemin vers la cathode. On peut ainsi réaliser une belle expérience. La pression dans un tube cylindrique étant assez faible pour produire un petit nombre de strates, si on laisse rentrer le gaz avec une grande lenteur, on voit des bulles lumineuses se détacher successivement de l’'anode et marcher dans le tube où elles forment de nouvelles strates; en même temps les précédentes sont repoussées, de manière que la distance moyenne soit en rapport avec la pression. Le phénomène inverse se produirait, les strates marchant cette fois vers l’anode, qui les absorberait une à une, si l'on diminuait la pression.

Il est plus simple encore d'employer une électrode mobile, reliée à l'extrémité du tube par un fil en spirale, et que l’on peut déplacer par de petites secousses ou par l'action d'un aimant extérieur sur un morceau de fer doux. Si ce conducteur mobile est utilisé comme cathode et qu on le fasse cheminer dans le tube, il emporte avec lui, sans altération, l’espace obscur de Crookes, la lueur négative et l'espace sombre de Faraday ; la colonne positive marche en même temps, les strates conservant leur distance, mais elles sont une à une dégagées ou absorbées par l’anode, suivant le sens du mouvement. Si la cathode est fixe et l'anode mobile, la forme générale de l'illumination reste invariable : l’'anode absorbe toutes les strates qu'elle rencontre ou en dégage de nouvelles, suivant qu'elle chemine vers l’anode ou dans la direction opposée.

Les straüfications ont été observées pour la première fois par Abria (!) et ont donné lieu à beaucoup de recherches sans que l’on connaisse encore le mécanisme de leur production. On peut les comparer aux interférences produites par la lumière ou aux alternatives de nœuds et de ventres dans un tuyau sonore, où encore supposer qu'elles traduisent une série de décharges dans les différentes couches de gaz. Il paraît cerlain, en tous cas, que le phénomène est périodique, car l'in-

(1) Agria, Ann. de Ch. et de Phys. [3], t. VII, p. 478; 1834.

terposition d'un téléphone dans le circuit fait entendre un son manifeste, même dans le cas où l’on se sert d’une pile.

Lorsque les strates sont complexes, les différentes couches d'un même groupe n'ont pas la même teinte ni le même spectre; pour un mélange de gaz, comme l'air, il semble que les couches de même espèce soient dues isolément aux divers éléments qui entrent dans la constitution du mélange.

191. Propagation de la décharge. — De la Rive (!) a montré, par une expérience devenue célèbre, que la colonne positive obtenue dans un gaz raréfié subit l’action d'un champ magnétique comme ferait un conducteur solide parcouru par le courant; la portion du gaz traversée par la première décharge, devenue plus conductrice, est entraînée par le champ magnétique et reste le siège de la transmission du courant.

Toutefois, ce n'est là que l’ensemble du phénomène et le champ n'agit pas de la même manière sur les différentes parties du gaz illuminé. D'après Plucker (?), la lueur négative se comporte comme un corps paramagnétique, tel que le fer, et se dispose dans le sens des lignes de force. De même, les strates sont déformées par un champ magnétique. Sans entrer dans le détail de ces effets très complexes, 1l paraît en résulter que les décharges émanent de l’anode et se propagent dans les strates successives.

Une première question est de savoir s'il y a un entraînement des molécules illuminées, auquel cas l'étude spectrale dans la direction du mouvement permettrait d'apprécier un déplacement des raies. L'expérience réalisée par M. Zahn (?) a montré que le déplacement, s'il existe, n'est pas -f- de la distance des deux raies D du sodium, dont la différence de lonoueur d'onde est d'environ -#-. La vitesse de transport serait donc inférieure à 0,25.10-* de celle de la lumière ou 7500 mètres par seconde.

En observant un tube à vide au moyen du miroir tournant, Wheatstone (‘) en a conclu que la vitesse de propagation n’est pas inférieure à 8.107 ou + de celle de la lumière, sans pou-

voir indiquer le sens de cette propagation.

(1) De LA Rive, Ann. de Ch. et de Phys. [3], t. LIV, p. 238; 1858. (2) Pzucxer, Pogg. Ann. t. CIIT, p. 88; 1858.

(3) Zaux, Wied. Ann. t. VIII, p. 675; 1879.

(*) WHEATSTONE, Brit. Ass. Rep. ; Dublin, 1835.

M. J. J. Thomson a réalisé l'expérience dans des conditions mieux définies. Le tube avait 5mm de diamètre et une longueur totale de 15 mètres. Deux portions horizontales À et B, séparées par 5,9 de tube, étaient disposées de manière que l’image de l’une, dans un miroir fixe, apparaissait sur le prolongement de l'autre; on visait cet ensemble dans un miroir tournant qui faisait 4oo ou 500 révolutions par seconde.

Il n’était pas facile de régler l'appareil de manière que l'étincelle eut lieu pour une position déterminée du miroir mobile, mais la répétition fréquente des décharges permettait de laisser la lunette d'observation dans une position fixe et d'attendre que le hasard fit apparaître les images dans le champ à des intervalles d'environ 4 minutes. Ces images À et B'ne se trouvent plus en ligne droite, l’une paraît en avance sur l’autre et le sens du déplacement relatif change avec celui des décharges, de manière à indiquer toujours une propagation de l’anode à la cathode. L'angle apparent de cet écart, évalué par un micromètre, a permis d'en conclure que la vitesse de propagation est environ la moitié de celle de la lumière.

192. Distribution des potentiels. — Il est assez difficile de déterminer comment varie le potentiel Le long d’un tube à gaz raréfié, puisque le phénomène est intermittent, de sorte qu'on ne peut évaluer que des effets moyens.

La seule méthode praticable consiste à souder dans le tube deux électrodes latérales ou sondes électriques, que l'on met en communication soit avec un électromètre, soit avec un condensateur dont la charge est déterminée ensuite par le galvanomètre balistique. Dans tous les cas, les différences de potentiel sont notablement plus grandes au début de l'expérience que dans le régime régulier des décharges.

On doit remarquer, en outre, que ces sondes se trouvent dans un milieu fortement éclairé, riche en rayons ultra-violets, ce qui introduit une cause d'erreur inconnue sur la signification véritable des potentiels observés. Les résultats sont d’ailleurs entièrement modifiés quand on introduit dans le tube un fil de métal porté au rouge par un courant étranger.

À part cette réserve, M. Hittorf (!) a trouvé, en faisant

(t) Hirrorr, Wied. Ann. t. XX, p. 705; 1883,

usage d'une pile, que la chute de potentiel le long du tube est à peu près uniforme et indépendante du courant, pourvu que les apparences de la décharge ne soient pas modifiées ; au voisinage de l’anode, la chute est un peu plus rapide, mais c'est surtout près de la cathode qu'a lieu le maximum. Cette chute de potentiel à la cathode est encore à peu près indépendante du courant, à la condition que l’espace soit suffisant pour l'extension de la lueur négative autour de l'électrode.

A mesure qu'on diminue la pression du gaz, la chute de potentiel le long du tube diminue également, quoique d’une manière moins rapide, mais elle reste à peu près constante au voisinage de la cathode.

Dans un tube à hydrogène pur, avec des électrodes en aluminium, M. Warburg (!) a trouvé, au moyen d'un électromètre, qu'entre le bord lumineux de la lueur négative et la cathode, la chute de potentiel restait constante et égale à 190 volts, quoique la pression eût changé de 9,5 à omm,8 et le courant de o%"P,006 à o2%P,0005.

Cette chute de potentiel dépend un peu de la nature du métal qui sert d’électrode, mais elle varie beaucoup avec la nature du gaz et les moindres impuretés qu'il peut renfermer. Ainsi, des traces d'oxygène dans l'hydrogène élèvent la chute de potentiel à 300 volts. Au contraire, l'azote pur donne 343 volts et des traces d'humidité et d'oxygène font baisser cette valeur à 260 volts. Les phénomènes se transforment d'ailleurs assez rapidement, par suite de réactions chimiques dans le milieu et du dégagement ou de l’absorpton des gaz par les électrodes.

C'est sans doute à ces grandes chutes de potentiel localisées qu'est due l'élévation de température que l’on observe souvent sur les électrodes, en particulier sur l’électrode négative aux faibles pressions, et qui est capable de les porter au rouge ou de les fondre, sans que cet effet paraisse en proportion avec l'intensité très faible du courant.

Ajoutons enfin que les nombreuses recherches sur la distribution de la température dans les tubes n'indiquent que des températures moyennes inférieures à 100°, mais ces résultats

(1) WangurG, Wied. Ann.,t. XXXI, p. 545 ; 1887 et t. XL, p. 1; 1890,

n'ont sans doute qu'un rapport éloigné avec les températures réelles, que l'on doit plutôt attribuer à la vitesse des molécules gazeuses et à l'illumination produite par des échanges chimiques entre les atomes.

L'apparence de la décharge est entièrement modifiée quand les électrodes sont assez rapprochées, ou la pression assez faible, pour que l'espace noir de Crookes s'étende jusqu à l'anode. Dans ce cas, la décharge positive, au lieu de se diriger vers la cathode, se propage le long de la surface du verre. En outre, l'étincelle passe beaucoup plus difficilement de sorte qu'en écartant davantage les électrodes on diminue le potentiel explosif.