DEUXIEME PARTIE

DESCRIPTION DE l'aPPAREIL.

La figure 4 représente l'appareil employé dans les expérience* faites avec Tair. 11 consistait en un tube de laiton A, avant jo'"*de longueur et S'^^^a de diamètre, muni d'une fenêtre W que pouvaient traverser les rayons provenant d'un tube de Crooke>, B. In second tube de laiton C, long de 17*^"*, s'adaplait herméliquenienl aa premier et pouvait être placé dans toute position voulue. Latine F. fixée à l'électrode E, traversait le bouchon d'ébonile D qui Tisolait

du tube C. L'électrode, n'ayant pas d'autre support que D, [wmaît ainsi être placée dans n'importe quelle position à l'intérieur du tube A, quand on faisait glisser le tube C. On avait soudé à l'extrémité Jo tube C, en travers de sa section, une série de fils métalliques lri'> fin? (diamètre, o""",i), parallèles entre eux et à <les inter\ ailes de 2''*. •Nous verrons le l)ut de ce réseau en parlant de la recombiuaison.

Le gaz pénétrait dans l'appareil par le tube de verre G et. avant d'atteindre l'électrode, circulait dans les tubes T|. Ces tubes étaient soudés dans des trous percés dans deux disques de laiton ». 2: ceux-ci s'adaptaient exactement à l'intérieur du tube A, de sorte quf le gaz ne pouvait passer entre les disques et le tube. Les trous, au nombre de douze, étaient situés sur un même cercle concentrique ao disque et équidistants. Deux de ces douze tubes parallèles, ayant 10^

L\ DIFFUSION DKS IONS DANS LES GAZ. C^'iy

de longueur et o'"",3 de diamètre, sont visibles sur la figure. Grâce à la symétrie de ce dispositif, on était sur d'avoir des vitesses identiques dans chacun des petits tubes. Douze autres petits tubes, de inênne diamètre, mais longs de i*^'" seulement, étaient soudés dans le disque y.

L'ampoule B et la bobine de RuhmkorfT étaient renfermées à Fintérîeur d'une boîte L couverte de plomb. Une ouverture rectangulaire ménagée dans la boîte et dans le plomb laissait passer les rayons. Le revêtement de plomb empêchait les rayons de tomber sur d'autres parties de l'appareil que sur la fenêtre d'aluminium W et protégeait aussi le fil reliant F à l'électromètrc contre toute influence éleclrostatique.

Le tube A était soutenu par deux anneaux d'ébonite, R et R', reposant sur le plomb L et servant aussi à isoler le tube. On portait le [)Otentiel du tube à 80 volts en le reliant à l'un des pôles d'une batterie de 4^ accumulateurs dont l'autre pcMe était relié au sol. L'électrode E était reliée à l'une des paires de quadrants d'un électromètre, l'autre paire et la cage étant reliées an sol.

Pour obtenir un courant d'air uniforme, le tube G était relié à un gazomètre, et l'on pouvait calculer la vitesse du gaz dans les tubes T en observant la vitesse avec laquelle le cylindre du gazomètre descendait. Quand l'ampoule de Crookes fonctionne, le gaz devient conducteur en passant devant la fenêtre d'aluminium, et les ions sont entraînés avec le courant d'air à l'intérieur des tubes ï|. En circulant dans ces tubes, quelques-uns des ions sont déchargés par les parois; les autres sont enlevés en pénétrant dans le champ de force créé par la différence de potentiel de 80 volts entre l'électrode et le tube C. On voit qu'aucune force extérieure n'agit sur les ions avant qu'ils ne sortent des tubes ï|, car toutes les parties de l'appareil, sauf E, sont reliées métalliquement au grand tube A.

Quand le potentiel de A e^t positif, les ions chargés positivement sont recueillis par l'électrode, et la déviation de l'aiguille de l'électromètrc est proportionnelle au nombre de ces ions qui ont pu sortir des petits tubes. Les ions négatifs sont recueillis par l'électrode, si le potentiel de A est négatif.

Si le mouvement du gaz le long de rélectrode était permanent, une différence de potentiel de quelques volts entre l'électrode et le tube suffirait pour enlever tous les ions du gaz. Cependant lel n'est pas le cas, à cause des remous violents qui se produisent dans le mouvement du gaz à sa sortie des tubes T|, de sorte qu'il est nécessaire

J.-S. TOWXSEND.

d'employer une grande force éleclromolrice pour obtenir le maximum de déviation sur rëchellc de l'électronièlre; en employant une différence de potentiel de 4o volts au lieu de 80 volts, les déviations n'étaient pas sensiblement changées ; par suite, tout voltage compris entre /\o et 80 serait suffisant pour enlever tous les ions.

Quand on voulait trouver la conductibilité de l'air avant circulé dans les tubes courts To, on enlevait les tubes T|, on remplaçait le disque a par le disque y et l'on ap|)rochait l'électrode du i)i>quc aiio que la force électrique agît sur l'air immédiatement après sa sortie des tubes To.

La figure 5 représente la section horizontale de l'appareil qui a servi pour les expériences faites avec Toxygène, l'hydrogène et le gaz carbonique. Il consistait en deux longs tubes Ai et Aj. toii> le>

t-Ig. J.

deux exactement pareils au tube A de la figure 4- L un d'eux ronlenait les tubes longs T| et l'autre les tubes courts To. Les lul>e^ G et H étaient reliés à deux gazomètres, de sorte que le gaz pouvait passer de l'un à l'autre soit par le tube A|, soit par le tube A^. L^» deux tubes étaient fixés solidement dans deux morceaux reclaninïlaires d'ébonite R et R' reposant sur la boîte contenant l'ampoule. Deux glissières en bols vissées sur cette boîte guidaient exactement les supports d'ébonite, de sorte qu'un déplacement latéral de l'appareil permettait d'amener exactement au-dessus de l'ampoule, *oit l'une, soit l'autre des deux fenêtres W4, W2.

Il a été nécessaire de placer à l'intérieur de chacun des tubes, qu»

étaient en laiton, un cvlindre d'aluiniiiiiinî s'étendant de P à P' pour empêcher les rayons de tomber sur les surfaces intérieures de ces tubes. Avant l'introduction de ces cylindres, des expériences avaient été faites pour chercher si Tionisation produite dans un courant d'air circulant dans A| était éj^ale à Tionisation produite dans un courant d'air identique circulant dans Ao, et l'on avait trouvé une dlflerence considérable entre les deux conductibilités dans les deux cas. Cette inégalité n'était pas due aux différences d'épaisseur des feuilles d'aluminium couvrant les deux fenêtres, mais devait être attribuée à des différences dans l'état des surfaces des tubes de laiton en face des fenêtres.

J. Perrin (') a montré que l'ionisation produite par les rayons de Rontgcn dans un gaz au contact d'un métal augmente considérablement quand on fait tomber les rayons normalement sur la surface métallique. Cet effet est différent pour les divers métaux et dépend aussi de l'état de la surface. D'après Perrin, il ne se produit qu'un très faible accroissement de la conductibilité quand les rayons tombent sur une surface d'aluminium. Or, on a trouvé que la différence des conductibilités primitivement observée disparaissait entièrement quand on plaçait les deux cylindres d'aluminium à l'intérieur des tubes A| et Ag.

Marche des expériences.

Avec le premier type d'appareil, on procède comme il suit : le tube A est porté à un potentiel de -f- 80 volts, et la paire de quadrants reliée à l'électrode est isolée. On fait alors passer le courant d'air provenant du gazomètre, et, quand il a atteint une vitesse permanente, on fait fonctionner la bobine et Tampoule pendant un temps déterminé (généralement 20 secondes) et l'on obtient une déviation de n^ divisions sur l'échelle de l'éleclromètre.

En chargeant A au potentiel de — 80 volts, et en répétant la même expérience, on obtient une déviation n\ en sens contraire.

On enlève alors les tubes T,, et on les remplace par les tubes courts Ta ainsi qu'il a été dit. On effectue deux expériences semblables, avec un courant d'air identique, et une même durée de production des rayons de Rontgen; on obtient des déviations plus considérables 722 et /?',.

(') Comptes rendus de r Académie des Sciences, t. CXXIV, p. 453.

On répète alors ces quatre expériences plusieurs fois, el ron prend la valeur moyenne des observations, afin d'éliminer les erreurs provenant de la variation d'intensité des ravons. On a trouvé lacoDSlantt de l'ampoule améliorée en laissant s'écouler un temps déterminé (3 minutes) entre deux expériences consécutives. En prenant cette précaution, on pouvait obtenir des rayons constants à ~j près pendant l'intervalle d'une lieure. Quand on emploie le second appareil, onoblienl les nombres n^ et n\ en envoyant le gaz dans le tube A|, el en déterminant les déviations produites quand les rayons tombent surla fenêtre W| pendant 20 secondes. Pour obtenir n^ et /i!,, il faut seuleiuenl faire glisser l'appareil jusqu'à ce que la fenêtre Wo vienne au-de5>us de l'ampoule, et répéter les expériences a\ec l'électrode E* reliée à l'une des paires de quadrants de Télectromètre, le courant gazeui circulant dans le tube A.,.

Correction nécessitée par la recombinaison des ions.

Les déviations de réiectromètrc sont proportionnelles au nombre de* ioc?

recueillis par l'électrode. Soit — le facteur de proportionnalité : c/ij ion> frac-

chisscnt la section d'abscisse i*="et c/ii ions la section terminale d'ab«cis>f lo* du tube Ti ; les c{ni — ^1 ) autres ions sont perdus dans l'iniervallc, la plupart recueillis par la paroi le long des 9 derniers centimètres, les autres recombinés. Soit cM le nombre des ions positifs recombinés. Le rapport y. au li<J

d'être pris égal à — doit être corrigé et pris égal à — ^ • (On peut négliger

la recombinaison produite dans le tube T,, long de i'^™.)

Pour déterminer cette correction, on enlève de Tappareil de la figure 5 !<> petits tubes Tj et Tj: on place les réseaux métalliques en avant des électrodes Kl et Eî, à des distances respectives d^ et di (12*'" et 3*^" ) des fenêtres W,. W't, devant lesquelles le gaz est ronlgcnisé. Ces réseaux étant reliés mélalliquement aux tubes At et A,, le champ est nul tant que le gaz n'a pas francfc: le rt'seau. On lit les déviations \| et \j produites dans les deux cas; le gaz circulant et étant ionisé d'abord dans le tube Ai, puis clans le tube Aj. Ct»iiiir.c le tube est très large, la j)erle de conductibilité pont être considérre o»iiiine due uniquement à la recombinaison des ions. On détermine le temps T écoulé entre le passage aux sections d'ab«icisscs ^1 et rfj, d'après la \ite<se du gaz, qui reçoit la même valeur que dans l'expérience principale. Connaissani .Ni. "^2 et T on tire a de l'équation

obtenue en intégrant

qui donne la vitesse de recombinaison c-^ des ions (i). D'autre part, si la

recombinaison est négligeable, on a approximativement, d'après la formule (lo) de Ja première Partie,

0 étant le temps écoulé entre les passages du gaz aux deux sections d'abscisses /, (i"^") et /, (lo"").

Le nombre des ions recombinés pendant le temps dt, en une section où la conductibilité est n, est 7.n*di.

Parmi eux, il y en aurait seulement une fraction —^9 qui ne seraient pas

recueillis par la paroi avant d'arriver à l'extrémité du tube, où la conductibilité est n.

On a donc :

dM = — X a /i*ûf/ = a /Il n dt.

D'ailleurs,

d'où

dM = a/ii /ije-P'c?/,

et

M=/ a/»./z,.-.3/rf/= ^^'^^^;-^0 ^ ^ir.^^ X l ^^^''^-^^^

P ^-^« 'ï' Log^

Charge acquise par le gaz.

Les déviations /i| obtenues en recueillant les ions positifs sont supérieures aux déviations correspondantes n\, obtenues en recueillant les ions négatifs. Le gaz, à la sortie des tubes T^, a donc une faible charge positive, proportionnelle à n\ — n\. Les déviations n^ sont aussi légèrement supérieures à n,.

f r . /l,-+-IV1 w', -4- M' , , . . .r JiT . 1

Enfin on trouve > — ' — -, : donc les ions ne";atifs se dmusent plus

vite que les ions positifs (*).