L = TV

en désignant par V la vitesse de la lumière. Soit, d'autre part, /la

longueur du chemin parcouru par les rayons cathodiques et utilisée

dans la mesure de la vitesse, / l'intervalle de temps correspondant;

on a alors

/ = tv,

en désignant par i^ la vitesse des rayons cathodiques, et l'on obtient

Il est facile de connaître / et L ; pour déterminer le quotient cherchérr,

1034 E. WIECHERT.

il est donc nécessaire de mesurer =i> c'est-à-dire de lrou\<*r la valeur

de la durée du parcours t en prenant pour unité la période T.

11 ne faut pas que / soit trop petit par rapport à T; car rexpérience ne peut conduire à un résultat positif, que si raclion du svslèmede mesure à l'extrémité du parcours dilVère notablement de ce quVllf est à l'origine, si par conséquent au bout du temps / la phase de» oscillations a varié d'une manière appréciable. On peut espérer aboutir avec un quart de période. D'après cela, si nous \oulons que / ^\T, il faudra, pour qu'on puisse utiliser l'arrangement expérimental, réaliser la condition

Si l'on produit les raj'ons cathodiques au moyen de déchaînes de bouteilles de Leyde et en se servant du transformateur de TesU, on peut abaisser commodément la longueur d'onde Ldu système électrique à (k)"'. Si l'on pose de plus, conformément à mes expériences préliminaires, i^^7;7 V, il faudrait donner au parcours des rayons cathor (liques une longueur d'au moins /= i*",5. Pour c; = | \ il faudrait déjà /=3™.

Dans le mode ordinaire de production des rayons cathodiques an moyen d'une bobine d'induction, il n'est à vrai dire pas difficile de suivre les rayons cathodiques sur des mètres de longueur, pourvu que l'on prenne la précaution de compenser par des aimants con\enablement placés l'etret de déviation du champ magnétique terrestre. Mai* les choses se présentent tout différemment pour les oscillations rapide» du transformateur de Tesla. D'abord il est nécessaire d'employer de> densités gazeuses plus élevées dans le tube à décharges, ce qui enlraioe une augmentation de l'absorption; ensuite, et c'est là la chose essentielle, avec les oscillations rapides la marche des rayons cathodique* devient déjà irrégulière à des distances relativement faibles de la cathode, de sorte qu'ils échappent à l'observation. A ce qu'il semble, la distribution régulière des forces électriques qui est nécessaire pour une marche rectlligne ou à faible courbure des rayons cathodiques, ne s'établit que progressivement à l'intérieur du tube à décharges, à partir des électrodes, de sorte que, si les oscillations devienneot rapides, le domaine de la propagation régulière diminue de plus en plus vers la cathode.

Dans mes expériences de l'automne 1896 je n'ai pas réussi à obtenir

LA VITESSK ET LA DEVIATION MAGNETIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. lo35

des rayons cathodiques de raideur(* ) moyenne (Hr = 200 à 4oo) pl^s loin que So*^"" ou 4o*^"* avec une intensité suffisante; le parcours indispensable n'était donc pas atteint à beaucoup près.

Dans ces conditions il paraissait désirable de revenir à une méthode plus générale et de renoncer à confier au système de mesure l'émission même des rayons cathodiques. Il résulte de là une complication : il faut en effet se préoccuper, en plus, d'établir une relation entre l'entrée des rayons cathodiques dans le domaine de mesure et les oscillations du système de mesure. Dans ce but il est nécessaire de soumettre le point pris pour origine, au moyen d'une électrode auxiliaire ou d'un fil traversé par un courant, à des forces électriques ou magnétiques dérivées du système de mesure; on crée ainsi artificiellement la périodicité dans le parcours ultérieur des rayons, qui est nécessaire à la mesure de la vitesse, et qui s'établissait d'elle-même dans le cas le plus simple examiné auparavant, où le système de mesure provoquait lui-même l'émission des rayons.

La véritable difficulté du dispositif réside dans le rapide amortissement des systèmes électriques à ondes suffisamment courtes pour être employés à la mesure de la vitesse. Ceci a pour conséquence, que seuls peuvent entrer eii ligne de compte pour la mesure les rayons cathodiques qui sont émis pendant un intervalle de temps extraordinairement petit. Pour une longueur d'onde de 10*" par exemple, qui correspond à une période de jj de microseconde, les dix premières oscillations complètes, qui peuvent encore fort bien être toutes employées si l'arrangement est bon, ne fournissent pour la mesure qu^un intervalle de j de microseconde. Pour arriver néanmoins au but, on peut, ou bien songer à déclancher le système de mesure un nombre extrêmement grand de fois par seconde, ou bien essayer de condenser l'émission principale des rayons cathodiques dans le petit intervalle de temps où les oscillations du système de mesure sont suffisamment fortes. Comme la première voie paraissait offrir de trop grandes difficultés expérimentales, j'ai suivi la seconde. J'ai pu einployer dans ce sens les décharges directes d'une batterie de bouteilles de Leyde à travers un circuit court, et les courants de Tesla produits par les décharges de la batterie. On pouvait au premier

( *) Par raideur il faut entendre le produit Hr caractéristique comme on sait de chaque espèce de rayons cathodiques; /* représente le rayon de courbure de la trajectoire, H le champ magnétique déviant; il faut désigner d^une manière correspondante l'expression 7;— par déviabilité.

I036 E. WIEGHRRT.

abord trouver délicate la condition, que les deux systèmes ser\-ant à la mesure de la vitesse et à l'émission des rayons cathodiques dus^^ent être déclanchés avec une concordance rigoureuse; j'ai pu résoudre la difficulté en employant l* artifice de déclancher les deux systèmes avec la même étincelle; pour le reste ceux-ci doivent et peuvent être entièrement indépendants.

On remarquera qu'il s'agit de nouveau, exactement comme dans la méthode simplifiée décrite tout d'abord, d'employer pour la production des rayons cathodiques des systèmes à jeu rapide. On se trouve donc ici aussi limité, pour un système de mesure donné, dans la longueur qu'il est possible de communiquer aux rayons cathodiques, et ici encore la longueur devient d'autant plus petite que le système de mesure vibre plus rapidement. Mais on a toujours, sur la disposition antérieure, le grand avantage, que le système d'émission peut être plus lent que le système de mesure, et, de fait, si l'expérience est montée avec soin, il devient possible sans grande difficulté d'eH'ectuer la mesure de la vitesse.

§ 3. — Disposition des expériences pour la mesare de la Titesse.

J'ai donné au système de mesure des longueurs d'onde comprimes entre 6"' et 20'" environ. Dans la construction il fallait d'abord se préoccuper de rendre les oscillations simples, c'est-à-dire d"é\ilcrles harmoniques. J'ai choisi pour cette raison le dispositif de Lécher, dans lequel deux condensateurs c, c (fig* i) sont réunis d'un côté

Fig. I.

par l'étincelle de dér^harge F, de l'autre raétalliquement.

Ensuite il fallait obtenir de très grandes intensités de courant, pour rendre forte l'action sur les rayons cathodiques. Dans ce but on donnait aux condensateurs la plus grande capacité possible, et aui connexions entre eux la plus petite self-induction possible.

Enfin il était nécessaire de diminuer le plus possible l'amortissement des oscillations, afin d'agrandir le plus possible dans le temps le domaine des mesures. Pour cette raison j'ai utilisé pour la mesure.

LA VITESSB ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RATONS CATHODIQUES. Io37

non pas l'action électrique sur les rayons cathodiques, qui eût exigé dans le tube de décharge la présence d'électrodes fortement amortissantes appartenant au système de mesure, mais l'action magnétique, pour laquelle il suffit d'amener au voisinage du tube de décharge les fils qui transportent le courant du système de mesure.

Le tube de décharge renfermait une cathode concave (K, fig, 2); les décharges étaient réglées de telle sorte que les rayons cathodiques formassent un c<^ne délié à pointe assez fine, comme cela est indiqué dans la figure schématique 2. Le trajet des rayons à l'intérieur du tube était rendu apparent par l'illumination du gaz : aussi était-il visible au moins jusqu'à la pointe et même un peu plus loin.

Fig. 2.

Près de la pointe du cône de rayons le tube portait un diaphragme métallique Bf muni d'une petite ouverture correspondant à la pointe. A une distance variable après B| était disposé un second diaphragme B2 muni d'une fente, et, quelques centimètres derrière celui-ci, une lamelle de verre G perpendiculaire à la fente. Les rayons cathodiques qui ont traversé B| et B^ formaient sur G une tache fluorescente verte.

Pour exercer au moyen du système de mesure une action magnétique sur les rayons cathodiques, et pour fixer ainsi tout d'abord le point de départ du parcours à mesurer, un fil réunissant les condensateurs c {fig' i) était placé auprès du tube, comme la figure 3 le montre clairement en abcde,

La portion abcd est plane et située dans une section passant par l'axe du tube. Pour rendre la représentation plus commode, nous admettrons que cette section est horizontale. Les courants alternatifs, que le système de mesure envoie à travers abcd, produisent alors un champ magnétique alternatif, dont les lignes de force traversent verticalement le plan méridien horizontal du tube; les déviations du faisceau de rayons se produisent donc dans le plan horizontal. En recourbant abcd de plus en plus près du tube, et augmentant ainsi progressivement l'action, on remarque d'abord que la pointe s'étale dans le plan horizontal. Si l'action est plus forte et si le réglage de tout l'appareil est convenable, le faisceau semble se diviser en deux.

io38

E. WIECHKRT.

comme l'indique la figure 3. La séparation n'est qu'une apparence, qui^s'explique facilement, si l'on considère que le faisceau oscillant traverse la position centrale avec une vitesse assez grande, et ne subit aux extrémités pendant des temps relativement longs que des déplacements faibles. La division fait voir clairement que les rayons cathodiques ne sont en somme émis que pendant que le système de mesure vibre énergiquement, et que, pendant ce temps, l'amplitude des vibrations ne diminue pas beaucoup. Si l'émission des ravons a lieu pendant une période plus longue, l'espace entre les positions limites de la pointe {xaraSt aussi rempli d'une lumière intense; si enfin une grande partie des rayons est émise quand le système de mesure est déjà sans action, on aperçoit au milieu un faisceau de rayons non dévié et fortement lumineux, et latéralement les portions déviées plus faiblement lumineuses. Ces dernières disparaissent aussitôt que le système de mesure est mis hors d'action. Comme les rayons cathodiques non déviés sont inutilisables et gênants pour la mesure, il faut chercher à les éviter le plus possible en disposant convenablement le système qui fournit les rayons.

Imaginons autour du tube de la figure 2 le fil abcd en place. La lamelle de verre G n'est atteinte que par les rayons non déviés. Par suite du mode spécial de mouvement du faisceau oscillant décrit ci-dessus, ces rayons restent peu nombreux, aussi longtemps que le système de mesure agit avec intensité. Dans le cas particulièrement favorable, où il n'y a pas de rayons cathodiques inutiles et où le faisceau paraît divisé, ceci se manifeste aux yeux par le fait que la lame de verre G devient obscure. Comme l'effet du système de mesure doit être observé non seulement au début, mais à la fin du parcours des rayons cathodiques, notre arrangement est d'après cela insuffisant.

Pour l'améliorer, nous plaçons auprès du tube entre K. et B| un petit aimant en fer à cheval M {fig* 4 ^t 5). Si, comme on l'a supposé

Fig. 4.

Vfy

dans la figure ^^ le système de mesure n'agit pas, la pointe du faisceau des rayons n'atteint plus maintenant l'ouverture de B, la tache luminescente sur G s'éteint. Si l'on met alors en action le svstème de me-

LA VITKSSE ET tk DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. lOig

sure (./î^. 5), et si M est convenablement placé, les rayons déviés par abcr/ en sens inverse de M traversent B| et B^ et illuminent G. Ainsi est réalisé un arrangement qui est utilisable de la manière la plus commode pour mes mesures de vitesse.

Pour connaître l'époque de l'arrivée des rayons en B2, G, on place auprès du tube en B^ et en G un nouveau fil a'b'c'd'e' appartenant au système de mesure et disposé de la même manière que obcde^ et l'on observe son effet sur la position de la tache luminescente sur G, par exemple en l'approchant et en l'éloignant tour à tour du tube. Nous admettrons que la disposition est telle que les courants alternatifs dans a'b' c' d' soient toujours en accord avec ceux de abcd. Il est alors évident que, si la vitesse était infiniment grande pour notre disposition expérimentale, l'effet de a' b' c' d' serait le même que celui de abcd. Dans le cas représenté sur la figure 5 la tache sur G devrait donc se mouvoir sous Tintluence de a' b' c' d' du côté de a' b' , Un écart d^avec ces pré^'isions montrerait que la vitesse reste dans tes limites accessibles à notre disposition expérimentale.

Dans mes observations, B2, G et a' b' c' d' étaient mobiles, et les résultats furent les suivants :

Si a' b'c' d' et B2, G étaient très voisins de abcd^ a' b' c' d' produisait la même déviation que abcd. Si l'on retournait l'aimant M, le déplacement de la tache phosphorescente sur G changeait de sens en même temps.

Pour un certain éloignement plus grand du système (Bo, G, 4z' b' dd') la tache était étalée en largeur des deux côtés également ou bien divisée en deux parties; ce phénomène ne changeait pas par retournement de M. On pouvait en conclure que les rayons cathodiques parcouraient alors la distance de abcd à a' b' c'd' pendant le temps où le système de mesure accomplissait un quart d^ oscillation complète : les rayons cathodiques qui avaient passé en abcd au moment de l'intensité maximum du courant, arrivaient en a!b' c' d' a.u moment du changement de sens du courant. Le fait d'un élargissement de la tache luminescente ou même d'une division de celle-ci provient du mode particulier d'oscillations pendulaires du faisceau dont on a déjà parlé. En raison de ce mode d'oscillation, les rayons traversent B| pendant un temps relativement long, pendant un temps qui, dans mes expériences, pouvait être évalué le plus souvent à environ un quart de la période du système de mesure.

Suivant que l'on déplaçait le système depuis le point neutre dans ain sens ou dans l'autre, la déviation l'emportait d'un côté ou de

I040 E. WIECHERT.

l'autre. En augmentant l'éloignement, on arrivait de nouceaa finalement à produire la déviation tout entière d'' un seul côt/^, mais dans le sens op/>osé à celui de abcd, A ce moment le reLournement de l^aimant M entraînait de nouveau l'inversion de la df\iation. Les rayons cathodiques trouvaient alors en a' b'c' d' la phase opposée à celle qui existait en abcd.

Pour poursuivre aussi loin l'expérience avec l'arrangement tre? simple que l'on a décrit, il fallait beaucoup de précautions et une étude des plus soignées de toutes les conditions expérimentales. Autrement l'intensité des rayons cathodiques arrivant en G et înler^enaDt dans les observations devenait trop faible pour qu'on pût les mettre en évidence nettement au milieu de la lumière étrangère inévitable. Les phénomènes deviennent beaucoup plus intenses et vraiment ir^ faciles à observer, si l'on s'aide de forces magnétiques pour diminuer le plus possible la dispersion des rayons entre B, et B^. Dans ce but, j'entourais le tube de verre entre B| et B2 d'une spirale de fil. dans laquelle on envoyait un fort courant électrique. Le champ magn«^ tique à lignes de force parallèles à Taxe du tube qui est produit à Tintérieur du tube de décharge, oblige alors les rayons peu inclinés sur l'axe à traverser le tube en spirales très allongées; et une grande partie des rayons parvient en B^ qui aurait sans cela atteint la paroi de verre. Le petit accroissement du parcours n'entre pas en ligne de compte, à cause de la nature toujours assez grossière des expériences. En se servant de la spirale auxiliaire et en étudiant de nouveau avec le plus grand soin les conditions de Inexpérience, on réussit, à une distance de IL de i"' environ, à atteindre et à dépasser nettement le second des points neutres prévus pat la théorie.

Avant d'aborder dans le paragraphe suivant la description détaillée des appareils employés, on va dire encore quelques mots de la dispc»sition générale des deux systèmes électriques et de leur connexion. Comme il faut s'eflorcer de donner au système de mesure une selfinduction aussi petite que possible, il ne serait pas pratique d'înler^ caler les fils abcde et a'b'dd' e' l'un derrière l'autre sur la même ligne entre les condensateurs c. 11 vaut mieux employer deux lignes séparées, disposées en parallèle. Dans mon cas celles-ci étaient construites presque pareilles et placées symétriquement par rapport à Tétincelle.

Pour le second système électrique j'ai employé dans les deux cas. dans l'application des courants de Tesla comme dans celle de>

LA VITESSE ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. 104l

décharges directes de batteries, une disposition correspondant à la figure I .

Pour le cas des courants de Tesla le schéma complet de V expérience est alors représenté par la figure (). Dans cette figure L et \J

sont deux bouteilles de Leyde isolées, dont les arii^atures extérieures sont séparées par la distance explosive F, et les armatures intérieures par la bobine primaire PP du transformateur de Tesla. De la bobine secondaire SS du transformateur des fils conduisent aux électrodes du tube à décharges. Si Ton emploie les décharges directes, on laisse SS de côté, et l'on amène l'électricité aux électrodes du tube à décharges, par des fils qui partent de la ligne de réunion des armatures intérieures, des deux côtés de la spirale PP qui y est insérée. Il n'est pas pratique d'enlever cette spirale et de réunir les armatures intérieures des bouteilles de Leyde par le tube à décharges seul : dans ce cas, en effet, lors de la charge de la batterie avant l'étincelle el lors de la décharge après l'étincelle, le tube est traversé par une trop grande quantité d'électricité inutilisable pour la mesure, et le phénoniène important est ainsi par trop masqué.

Avec l'arrangement choisi il se produit des oscillations dans le système qui fournit les rayons cathodiques. Chose remarquable, je n'ai le plus souvent obtenu les rayons cathodiques groupés en cône qui sont nécessaires à l'expérience, que lorsque c'était non pas la première oscillation produite par l'étincelle, mais la seconde, qui amenait de l'électricité négative à la cathode concave K. L'action du {il abcd montrait alors que cette seconde oscillation restait aussi S. p. 66

I042 E. WIECIIERT.

la seule pour laquelle le faisceau conique se produisît. Tout se jtt'»'^ donc comme si le tube avait besoin d'une certaine préparalion. aviot que les rayons cathodiques ne s'y développent de la manière régulière utilisée ici, cl comme si bientôt les conditions nécessaires cessaient à nouveau d'être réalisées.

§ à. — Appareils ponr la mesure de U vitesse.

Le tube de décharge pour les expériences définitives a reçu laiJi*position suivante :

Un tube de verre d'environ 4o""" de diamètre porte, à une extrpmilé que j'apj>elle la tête, tout d'abord l'électrode conca\e R d'emi-

Fig. 7.

ron 20"'"' de diauiètre, 2"'" d'épaisseur et à peu près lo'^^deravon de courbure. Par frottement sur un verre de lunette, il était faril»^ d'obtenir la forme voulue avec l'exactitude requise ici.

L'ouverture (le 4""" O pratiquée dans le diaphragme B, est éloij^nw de K de 8*^'" et s(; trouve à l'endroit où le faisceau de ravons cathiv diqucs montre sou plus grand rétrécissement. Celui-ci se produit avant le point de convergence des normales géométriques, qui est à 10**" de K : ce fait s'explique complètement par le calcul, en verla de l'action magnétique du courant très considérable qui lra\ersp le tube pendant la formation des rayons cathodiques. On peut facilement se faire une idée de son intensité, en étudiant Faction nia^nétique du fil qui l'amène en K sur le faisceau cathodique, et en la comparant avec l'efï'et de forces magnétiques connues. Dans mes eii^ riences, j'ai trouvé des \alcurs allant de 20 à 4o ampères.

Comme l'anode exerçait une influence perturbatrice sur le ilt'veloppemcnt et la propagation des rayons cathodiques, je lui ai donne la forme d'un anneau AA et je l'ai placée dans le plan de 0. Pour j'endre ceci possible, le diaphragme Bj dut recevoir la forme d un cône. L'anneau \\\ réuni à B| a seulement pour but de donner à B) une position bien assurée.

Sitôt que les électrodes viennent trop près de la paroi du verre, il