POUR MAINTENIR UN COURANT DANS UN GAZ

Par lb Profbssbcr TOWNSEND.

11 est intéressant d'étudier les phénomènes qui se présentent quand on atteint le moment où la décharge se produit et d'expliquer pourquoi le potentiel nécessaire pour maintenir un courant dans le gaz est beaucoup plus petit que le potentiel disruptif. Nous allons examiner rapidement ce point dans ce qui suit, en réservant pour une autre Note une discussion plus complète de cette application de la théorie de Fionisation par les chocs, les recherches expérimentales nécessaires n'étant pas encore très avancées.

Suivant la théorie qui a été donnée, une décharge continue passera à travers le gaz quand les valeurs de a et de p, correspondant à la pression et au champ employés, satisferont à la condition

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a étant la distance des électrodes. La théorie nécessite que le champ soit uniforme, c'est-à-dire que le courant soit faible. Quand le courant est intense, la charge transportée par les ions modifie le champ électrique dans un sens tel qu'il facilite le passage du courant. Cet effet entre graduellement en action et donne lieu à la forte chute de potentiel que l'on observe au voisinage de l'électrode négative quand le courant est suffisamment grand. Comme la mobilité des ions positifs est plus petite que celle des ions négatifs, une charge positive s'accumule dans le gaz. Cette charge (') est plus grande au voisinage de l'électrode négative que partout ailleurs, puisque tous les ions positifs

(') C'est le professeur Schuster {Bakerian Lecture, Proc. Roy. Soc, l. XLVIl, 1890, p. 540 qui a indiqué le premier que la variation du champ électrique au voisinage de l'électrode négative est due à la différence de mobilité des ions positifs et négatïTs.

passent dans celte région, de sorte que, lorsque le courant croît. 1»* champ devient plus intense au voisinage de l'électrode négative qu'en tout autre endroit du gaz. Le pouvoir ionisant des ions positifs, donne par la valeur de ^, s'accroît beaucoup en passant dans celle régioc de champ intense, et les ions nécessaires pour maintenir le courant continuent à être produits quand la chute de potentiel entre les élcc- Irodes est plus petite que le potentiel disruptif.

Comme exemple d'expériences mettant en évidence cette difierenfr entre le potentiel nécessaire pour maintenir un courant et le potentiel disruptif, nous pouvons prendre celles qui ont été faîtes sur Taira la pression de 8""" et avec une distance de 4"""? 3" entre les plateaux. !>* potentiel disruptif donné dans le Tableau ci-dessus était de iyoi %olls. La batterie él-ait reliée aux électrodes par l'intermédiaire d'une résistance de loooo ohms et d'un voltmètre de 38oooohms de résistance. Avec cette résistance extérieure ( 48000 ohms), le voltmètre donnait une déviation constante, légèrement supérieure à celle qui correspond à 200 volts, quand le potentiel de la batterie était de 6o3 volts, L chute de potentiel entre les extrémités de la résistance de looooohn» était supérieure à 5*2,5 volts; de sorte que la différence de potentiel entre les électrodes était plus petite que 35 1 volts quand le courant (1^ d'ampère env.) passait. Si l'on coupait le circuit un inslant et si l'on employait ensuite une différence de potentiel de 601 toIIn aucun effet ne se produisait : défait, le gaz isolait; mais, quand le pt>tentiel de la batterie était ramené à 6o3 \ohs, la décharge se pn)duisaitde nouveau et le même courant (7— d'ampère) passait à tra\ersl'' gaz. Il fut possible d'amener le courant à une valeur plu5 petite en augmentant la résistance extérieure. La différence de potentiel nécessaire pour maintenir 1<îs courants plus petits était plus grande qu« 35 1 volts et, pour les courants très faibles, il fallait une différence de potentiel de 6o3 volts entre les électrodes.

Quand la pression est réduite à celle qui correspond au potentiel disruptif minimum, le potentiel nécessaire pour maintenir une décharge ne diffère pas beaucoup de ce potentiel disruptif minimum.

Suivant la théorie, le potentiel de 6o3 volts est nécessaire pour maintenir un courant dans un champ uniforme. Lorsque le courant croît, une charge s'accumule, comme on l'a vu, au voisinage de 1 électrode négative et, quand la chute de potentiel cathodique s'est complètement établie, le potentiel nécessaire pour maintenir le courant est d'environ 34o volts. La théorie conduit à cette conclusion que le champ se modifie graduellement quand le courant augmente, depuis

SUR LE POTENTIEL NECESSAIRE POUR MAINTENIR UN COURANT DANS UN GAZ. lOT I

la distribution uniforme jusqu'à une répartition pour laquelle il se présente à Pélectrode négative une polarisation considérable qui approche de la valeur du potentiel disruptif minimum.

Quelques expériences préliminaires sur la répartition du champ entre deux plateaux parallèles servant d'électrodes ont confirmé ces conclusions.

Dans des limites assez étendues, une variation de la différence de potentiel et du champ correspondant aux variations de l'intensité de

ce courant. Lorsque le courant croît, la chute totale de potentiel entre les électrodes diminue et l'intensité du champ croît, d'abord au voisinage de l'électrode négative ; ensuite, un effet analogue mais plus petit apparaît à l'électrode positive. La polarisation dans les couches de gaz voisines des électrodes croît graduellement et les chutes de potentiel cathodique et anodique normales s'établissent définitivement.

Dans d'autres cas, les expériences montrent que l'on peut maintenir dans le gaz un courant accompagné d'une lueur quand la chute de potentiel au voisinage de la cathode est une faible fraction de la chute de potentiel cathodique normale.

Ces résultats montrent que quelques-unes des récentes théories qui ont été proposées pour expliquer le maintien d'un courant sont complètement en défaut.

Les phénomènes qui accompagnent la décharge de l'électricité dans les tubes à vide ont été généralement étudiés avec de petites électrodes et des courants intenses, de sorte que les expérimentateurs ont conclu que la chute de potentiel cathodique est constante et indépendante du courant.

On a indiqué que la chute de potentiel cathodique normale est le potentiel nécessaire pour communiquer aux ions positifs une vitesse suffisante pour qu'ils puissent produire de nouveaux ions par choc sur la cathode. Si un tel potentiel était nécessaire, il serait difficile d'expliquer le maintien du courant dans les cas où la chute de potentiel dans la couche voisine de la cathode est plus petite que la chute de potentiel cathodique.

Une méthode de calcul du potentiel disruptif a été donnée par le professeur Thomson (J.-J. Thomson, Conduction of Electricity through gases, p. 38 1). Elle consiste à évaluer la chute de potentiel le long des différentes portions de la décharge quand un courant traverse le gaz et que la chute de potentiel cathodique normale est établie. Il est difficile de voir comment le potentiel ainsi calculé pourrait

loi 2 TOWNSEND. — SUR LE POTENTIEL NECESSAIRE POUR MAINTEN», ETC.

être le potentiel disruptif, puisquHl représente le polenliel nécessaire pour maintenir un courant, potentiel qui peut être inférieur, de plusieurs centaines de volts, au potentiel disruptif . De plus, le potenti«l ainsi calculé est indépendant du courant, alors que les expériences oui montré que le potentiel nécessaire pour maintenir un couranl dépend de l'intensité de ce courant aussi bien que de la pression du gaxetde la distance des électrodes.

Cette théorie ne donne donc pas une interprétation satisfaisante de ces potentiels, car elle ne fait aucune distinction entre le potentiel disruptif et le potentiel nécessaire pour maintenir une décharge continue.

LA FORMATION DES RAYONS CATHODIQUES

Par p. VILLARD.