PARTIES PRINCIPALES DES NOTES OU MÉMOIRES

DE M. PELLAT

(Extraits par l'Auteur.)

Les travaux de M. Pellat sur les corpuscules peuvent être divisés €n trois groupes : i** les expériences par lesquelles il a montré que la colonne anodique d'un tube de Geissler est due aux chocs des corpuscules; 2"* Texplication de la différence de coloration entre la gaine cathodique et la colonne anodique de ces tubes; 3^ l'étude de l'action d'un champ magnétique sur les corpuscules.

1. Rôle des corpuscules dans la formation de la colonne anodique. — M. Pellat a montré que la luminescence qui constitue la •colonne anodique est déformée par un champ magnétique faible comme doit l'être, d'après les lois de l'Electromagnétisme, un faisceau de corpuscules en mouvement dans le tube, et nullement comme le tserait un faisceau d'ions positifs.

« Un tube cylindrique est muni à ses extrémités d'électrodes intérieures; la plus grande partie de ce tube est remplie parle faisceau anodique. Entre deux points A et B de ce faisceau, on produit un champ magnétique uniforme perpendiculaire à l'axe du tube; en dehors de l'intervalle AB, le champ magnétique est sensiblement nul. Ce champ est assez peu intense pour que la nébulosité qui se produit dans les champs forts ne se manifeste pas.

» Dans ces conditions, les lois de TEIectromagnétisme permettent •de calculer la trajectoire que suit une particule électrisée.... De ce cas on passe au cas réel d'un nombre considérable de particules

ëlectrisées par des considérations fort simples Or, la forme que

la théorie assigne au faisceau est extrêmement différente suivant que les particules sont constituées par des corpuscules négatifs ou

PKLLAT.

par des ions positifs, à cause de Ténorme difTérence de masse qui, pour ces derniers, est au moins deux mille fois plus considérable que celle des corpuscules. Les figures i, 2 et 3 montrent la forme du

Fig. I.

faisceau dans le champ magnétique suivant que ce sont les corpuscules {^fig* i), les ions positifs d'hydrogène (^fig^ 2) ou ceux d'oxy-

Kig. a.

gène (/î^. 3) dont on considère le mouvement. Du reste, indépendamment de tout calcul, il est bien évident que le faisceau, resserré

Fig. 3.

lA

<p =3,«^xl0»

contre la paroi du tube dans le champ magnétique, va, à sa sortie du champ, s'épanouir pour remplir à nouveau toute la section du tube, à cause de la répulsion mutuelle des particules chargées de la même électricité; Tendroit où se produit cet épanouissement indique donc la sortie du faisceau de particules en mouvement, et non son entrée dans le champ magnétique. Cet épanouissement doit donc avoir lieu du côté de la cathode, si ce sont des ions positifs qui produisent le phénomène visible, puisque ceux-ci marchent dans le sens du champ-

SDR LEa CORPDSCCLKS. 549

électrique, tandis qu'il se produira du côté de Tanode si ce sont des corpuscules négatifs, puisque ceux-ci se déplacent en sens inverse du champ. Il y a donc un double moyen de constater, par l'expérience, à quel genre de particules électrisées on a alTaire.

» Pour réaliser la dispos iLion.expéciflientale, un.long tube à gaz raréfié a été placé perpendiculairement à l'axe d'une bobine (sans fer) ou, plus exactement, entre les deux moitiés d'une bobine mises bout à bout et distantes seulement de l'épaisseur du tube. Avec un courant de 30 ou 3o ampères, on obtenait, à l'intérieur de la bobine, un champ magnétique uniforme de aoo à 3oo unités C.G.S. sur une longueur égale au diamètre intérieur de la bobine (7"°), et, à l'extérieur, un champ nul.

» L'aspect du faisceau, dans le champ magnétique et en dehors, a été le même soit qu'on se servît d'un tube à oxygène, soit qu'on se servit d'un tube à hydrogène — Rien que ce fait montre que la luminescence est due au mouvement de ce qu'il y a de commun, c'està-dire des corpuscules. Mais il y a mieux, comme on peut en juger en comparant les reproductions des photographies [/îg. 4 (hydro-

gène) et /ï^. 5 (oxygène)] de la colonne anodiqoe à l'intérieur de la bobine avec les figures théoriques : l'aspecl de la colonne luminescente est exactement celui que la théorie assigne au faisceau des corpuscules et n'a aucun rapport avec celui des ions positifs, tlnfin, résultat qui suffirait à lui seul, l'épanouissement du faisceau à la

sortie de la bobine a lieu du cdté de l'anode ; du c6té de la cathode, le faisceau remplit toute la section du tube jusqu'à la bobiue. »

{Comptes rendus de l'Académte des Sciences, t. CXXXVIII, p. 476). (Pour plus de détails, \o\r Journal de Physique, 4' série, t. III, p. 434.)

â. Explication des colorations diverges que présente un même tube à gaz raréfié- — « La coloration dill'érente de la gaine cathodique et de la colonne anodique, si tranchée parfois, comme dans les tubes à azote, ne tient pas à un spectre entièrement différent, mais simplement à un changement dans la valeur relative des intensités de certaines raies ou de certaines bandes ; on peut, en effet, passer graduellement d'uB spectre à un autre par des procédés que nous indiquons plus loin.

)i C'est un fait d'expérience que toutes les fois que les corpuscules sont, au moment du choc avec une molécule du gaz, animés d'une très grande vitesse, la couleur de la liiminesrence est celle de la gaine cathodique, caraclérisée, dans le cas de l'aziile, par un grand éclat de certaines radiations violettes: tandis que, pour une vitesse relativement faible des corpuscules au moment du choc, mais suffisante, toutefois, pour produire la luminescence, la couleur est celle de la colonne anodique. On peut le voir par les expériences suivantes :

» Si la portion du tube qui contient la colonne anodique présente

SUR LES CORPUSCULES. 55 I

une partie étroite, le champ électrique y acquiert une valeur plus grande que dans les parties larges du tube, d'où une plus grande vitesse possédée par un assez grand nombre de corpuscules au moment du choc, et la couleur se rapproche de celle de la gaine cathodique, au point qu'on a dit qu'un étranglement dans un tube produisait l'effet d'une cathode.

)) Lorsqu'on dévie par un champ magnétique disposé perpendiculairement au tube le faisceau anodique, celui-ci se resserre en un mince Hlet le long de la paroi de verre si le champ est assez faible pour que les effets de la magnétofriction ne se fassent pas sentir; on obtient ainsi l'équivalent du rétrécissement du tube, le champ électrique devient intense dans ce filet, et celui-ci prend la couleur de la gaine cathodique. En faisant varier l'intensité du champ magnétique depuis zéro jusqu'à la valeur qui donne un filet très étroit, on voit graduellement le spectre se modifier, par variation d'intensité des raies, depuis celui fourni par la colonne anodique ordinaire jusqu'à celui fourni par la gaine cathodique, ou à peu près.

» Ceci posé, j'admets que, lorsqu'un corpuscule a frappé une molécule gazeuse, il perd la force vive dont il est animé, et devient incapable de provoquer la luminescence en rencontrant une autre molécule avant d'avoir repris, sous l'influence du champ électrique, une vitesse minimum (^, à partir de laquelle son choc peut déterminer la luminescence du gaz. De même les corpuscules (secondaires) mis en liberté par l'ionisation de la molécule gazeuse au moment où elle est frappée, comme l'admet J.-J. Thomson, naissent sans vitesse notable et doivent, sous l'influence du champ électrique, acquérir au moins la vitesse i? pour être capables d'exciter la luminescence par leur choc sur une molécule de gaz.

» Ce point admis, la couleur différente de la gaine cathodique et de la colonne anodique s'explique facilement. Les corpuscules primaires qui naissent sur la cathode ou dans le voisinage immédiat de celle-ci sont soumis au champ électrique extrêmement intense qui, comme le montre l'expérience, règne à une faible distance de la cathode. Sous l'influence de ce champ, ils prennent, avant d'avoir rencontré une molécule gazeuse, une vitesse considérable V, bien supérieure à (^. Les molécules gazeuses qui sont rencontrées par ces corpuscules doués de grande vitesse donnent naissance à une luminescence de la couleur caractéristique des chocs intenses ; celle-ci constitue la gaine cathodique. Forte du côté de la cathode, l'intensité lumineuse va en s'affaiblissant à mesure qu'on s'en éloigne, car le nombre des corpuscules

552 PBLLAT.

qui n'ont encore rencontré aucune molécule va en s'aiTaiblissant de plus en plus, et la gaine cesse quand il n'en reste plus. Alussî cesset-elle d'autant plus vite que le gaz est plus dense. Maison voit que la couleur de la gaine doit être la même partout à son intérieur, puisque la vitesse des corpuscules est partout du même ordre de grandeur V; tandis que dans l'explication de J.-J. Thomson, on ne comprend pas qu'il puisse en être ainsi, car il attribue la luminosité de la gaine au choc des corpuscules secondaires. Sous l'influence du champ électrique, très faible dans la gaine et qui ne reprend de valeur notable qu'au delà de son extrémité, en général, les corpuscules primaires et secondaires prennent une certaine vitesse qui, dès qu'elle atteint la valeur p, leur permet de produire par leur choc la luminescence du gaz. Mais celle-ci, résultant d'un choc à une vitesse relativement faible, a la couleur correspondante : c'est le commencement de la colonne anodique. Tout le reste de la colonne s'explique de même; les chocs ayant lieu avec des vitesses qui dépassent peu r, la luminescence a partout la même couleur, qui peut être très difl'érente de celle de la gaine cathodique, qui correspond à une vitesse V.

» Les autres particularités de l'aspect des tubes ( strates plus ou moins rapprochées, plus ou moins nettement séparées; gaine cathodique parfois noyée par son extrémité dans la colonne anodique, etc.) s'expliquent très aisément, comme je me propose de le montrer dans un Mémoire d'ensemble sur ce sujet » {voir pour ce Mémoire la Revue scientifique y 5 novembre 1904). {Comptes rendus de ^ Académie des Sciences f t. CXXXVIII, p. 1206.)

3. Étade de raction du champ magnétique sur les corpuscules. —

En 1901, M. Pellat constate une action du champ magnétique sur le faisceau anodique d'un tube de Geissler, d'où l'on peut conclure que ce faisceau tend à prendre la forme des tubes de force du champ magnétique.

« Pour observer ce phénomène, le tube (long tube de Geissler cylindrique) est placé dans les trous pratiqués à l'intérieur des pièces polaires afin de laisser passer le rayon lumineux dans les expériences de polarisation rotatoire. La portion du tube placée entre les pièces polaires de l'électro-aimant se trouve ainsi dans un champ intense, suivant la direction (moyenne) de celui-ci. Dans mes expériences, ces pièces polaires étaient constituées par des cylindres de "j*^" de diamètre, terminés par des faces planes distantes de 4^" à 5*^™.

» En l'absence du champ, la portion du tube comprise entre les

pièces polaires est complètement remplie par la lumière anodique; mais dès qu^on produit un champ intense (2600 à 3ooo unités C. G. S.) on voit le faisceau anodique diminuer de diamètre et ne plus occuper qu'un tiers environ de la section du tube suivant l'axe, de façon que la lumière anodique ne touche plus les parois du tube. » [Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. CXXXIII, p. 1200.)

M. Pellat avait cru d'abord que ce phénomène ne pouvait pas s'expliquer par les lois de l'Électroma^nétisme. Ayant reconnu depuis que le faisceau anodique était dû au mouvement des corpuscules animés de vitesses v faibles par rapport aux vitesses des rayons cathodiques, il pense aujourd'hui que l'explication de ce phénomène est la suivante : Les lignes de force du champ magnétique entre les pièces polaires forment à partir de l'intérieur des ouvertures de ces pièces un tube de force comprenant une partie à peu près cylindrique au milieu, s'évasant en entonnoir du côté des pièces polaires, la large base de l'entonnoir s'appuyant sur le pourtour de l'ouverture de ces pièces. Les corpuscules, dont la trajectoire est parallèle à l'axe du tube dans l'intérieur des pièces polaires, où le champ est presque nul, font alors un certain angle a avec les lignes de force au sortir de ces pièces et vont, conformément aux lois de l'Électromagnétisme, s'enrouler autour

de ces lignes sur une surface canale dont le rayon ( R = n — ) est

de l'ordre du dixième de millimètre, même en admettant pour c la valeur lo*. Les spires se confondent donc à peu près avec la ligne de force autour de laquelle elles s'enroulent : l'ensemble des corpuscules du faisceau anodique doit donc se mouler dans le tube de force joignant les ouvertures des deux pièces polaires; c'est exactement la forme qu'on trouve, en effet, pour le faisceau anodique.

M. Pellat trouve ensuite que le flux anodique d'un tube de Geissler semble éprouver une grande difficulté à couper les lignes de force d'un champ magnétique intense.

« Un tube cylindrique ayant i™ de long et i^'°™ de ^diamètre, présentant de belles strates, est disposé de façon qu'une région illuminée par les rayons anodiques, le milieu par exemple, soit placée entre les pièces polaires cylindriques (7*^"* de diamètre) d'un électroaimant, juste assez distantes pour laisser passer le tube; l'axe du tube est ainsi normal aux lignes de force du champ magnétique. Tant que l'intensité de celui-ci ne dépasse pas J^io unités environ, il se produit le phénomène bien connu : le faisceau anodique est dévié, conformément aux lois de l'Électromagnétisme, et vient former contre

554 PELLAT.

la paroi du tube un filet lumineux d'autant plus mince et d'autant plus intense que le champ est plus fort. Mais si le champ vient à augmenter au delà de 42^ unités, le filet lumineux, au lieu de s'amincir davantage, s'élargit au contraire de plus en plus à mesure que l'intensité augmente, et, pour des intensités de 7000 à 8000 unités, la lumière anodique remplit de nouveau toute la section du tube à peu près uniformément, quoique la partie où se trouvait le lilet lumineux soit un peu plus lumineuse que la partie opposée. Cette lumière anodique ne présente plus de strates. Dans ces conditions, la résistance du tube est devenue énorme : l'étincelle équivalente dans Tair atteint 24""*, tandis qu'elle n'est que de i""* en l'absence du champ ou quand celui-ci est assez faible pour réduire à un mince filet le faisceau anodique (sur le parcours de 7*^"). »

Quand la diffusion est devenue très grande, le champ étant très in* tense, le tube s'échaufle beaucoup entre les pièces polaires là où se produit cette diffusion, tandis qu'il reste froid ailleurs (si ce n'est près de la cathode). La création de chaleur témoigne encore de l'énergie électrique consommée quand les corpuscules traversent le champ magnétique intense.

« La grande résistance qui se produit dans les champs très intenses est encore rendue manifeste par l'expérience suivante, qui est d'un curieux effet. Un tube semblable au précédent présente une dérivation formée par un tube de verre bien plus étroit (5""" à 6™"* de diamètre), qui contourne l'une des pièces polaires de l'électroaimant de façon à permettre au (lux anodique de ne pas passer dans le champ intense. Tant que le champ est faible, le flux anodique passe tout droit à travers le champ, sans que rien de visible ne passe dans le tube en dérivation. Mais, quand le champ devient intense, tout le flux anodique passe par la dérivation, en formant un filet très mince, sans que rien de visible ne passe tout droit dans le large tube à travers le champ intense.

» Si l'on place le premier tube employé dans le sens des lignes de force du champ en l'introduisant à l'intérieur des trous doat sont percées suivant leur axe les pièces polaires, celles-ci ayant la même distance et donnant entre elles un champ de 7000 à 8000 unités, le faisceau s'amincit, comme je l'ai déjà signalé, en un mince cylindre occupant seulement l'axe du tube. Malgré cela, le tube n'est pas sensiblement plus résistant qu'en l'absence du champ : l'étincelle équivalente a encore i"*". »» {Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. GXXXIV, p. 1046.)

Dans les expériences précédentes, on a vu que le faisceau anodique, après s'être rétréci en un mince filet le long de la paroi, pour des champs plus intenses s'élargit de nouveau. Le premier signe de l'élargissement est une sorte de diffusion de la lumière anodique autour du filet. M. Pellat a cherché comment variait avec la pression et la nature du gaz l'intensité H du champ où cette diffusion commence à apparaître.

« ... il y a une très grande différence entre les valeurs du champ qui donne un des aspects qui viennent d'être indiqués. On en jugera par le Tableau suivant, qui indique pour l'hydrogène et pour l'oxygène les valeurs de H suivant la pression :

Hydrogène.

Pression, mm

O j So . « . •

Oxygène.

Pression.

mm

Supérieure à 7000 G. G. S.

i58o 3oo

» Ainsi, à mesure que la pression diminue, l'intensité H du champ à partir de laquelle la diffusion commence à apparaître diminue aussi. Mais il y a une énorme différence entre les nombres correspondant à une même pression pour l'hydrogène et pour l'oxygène (si l'on excepte toutefois les pressions très faibles). J'ajouterai, pour mieux montrer la dissemblance des deux gaz, qu'avec une pression de i^'^jS de mercure et un champ de 7000 C. G. S., pour l'hydrogène la diffusion du faisceau anodique est complète, le filet n'étant plus visible, tandis que pour l'oxygène le faisceau est resserré en un mince filet très brillant sans diffusion appréciable. Pour qu'avec un champ de 7000 C. G. S. l'oxygène donne une diffusion complète comme celle qui vient d'être indiquée pour l'hydrogène, il faut, au lieu de i'°™,3, descendre jusqu'à une pression voisine de o""*,i3.

» ... Il était intéressant de voir si dans un mélange les effets sur les deux gaz se manifesteraient séparément. L'expérience a été faite sur un mélange à volumes grossièrement égaux d'oxygène et d'hydrogène; elle a montré qu'au point de vue qui nous occupe, un mé-

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lange se comportait comme un gaz unique jouissant de propriétés intermédiaires entre celles des composants : le spectroscope décelait les raies brillantes de l'hydrogène ainsi que les raies beaucoup plus pâles de l'oxygène aussi bien dans le filet que dans la partie diffusée qui l'entourait; pour les pressions totales o"",.94 et o"",46, H fut trouvé respectivement égal à 3ooo et i loo C. G. S. L'air s'est comporté d'une façon analogue. » {Comptes rendus de l^ Académie des Sciences, t. GXXXV, p. iSai.)

Pour rappeler que tout se passe dans ces expériences comme si les corpuscules éprouvaient de la part du champ magnétique un frottement considérable dans le sens perpendiculaire aux lignes de force d'un champ magnétique (création de chaleur aux dépens de l'énergie électrique, passage par le tube en dérivation), M. Pellat avait proposé d'appeler ce phénomène magnétofriction. Mais M. Villard vient de montrer récemment ( ' ) qu'aucun frottement n'agit en réalité sur les corpuscules en mouvement dans un champ magnétique; M. Pellat renonce donc à ce nom qui peut entraîner une idée fausse. Aucune explication satisfaisante n'a été donnée jusqu'ici de ce phénomène.

Si le faisceau anodique tend à prendre la forme du tube de force dans un champ magnétique intense, il en est de même, comme l'a montré M. Pellat, du flux qui s'échappe d'une cathode :

« Dans un champ magnétique intense le faisceau cathodique {flux A) qui s^ échappe d^ une cathode en forme de plateau dessine exactement le tube de force magnétique avant pour base ta surface de la cathode, les rayons cathodiques partant uniformément de toute la surface du plateau. »

M. Pellat a reconnu depuis que ce qu'il désigne dans cette Note ipdx flux A est constitué par les rayons magnéto-cathodiques, découverts auparavant par M. A. Broca et étudiés récemment par M. Viltard, qui les a désignés ainsi.

« Voici maintenant quelques détails sur ces expériences, qui achèveront de faire comprendre l'aspect du phénomène dans les différentes conditions de position du tube, d'intensité du champ et de pression du gaz.

» fj'ampoule dont je me suis servi était petite pour pouvoir être placée entre les pièces polaires d'un électro-aimant Weiss. Elle avait

( » ) Villard, Comptes rendus de l* Académie des Sciences, t. CXXXIX, 190^, p. laoo.

- gUR LKS G0RPUSCULB8. 557

ia forme d'un cylindre. Les électrodes étaient en aluminium et avaient la forme circulaire; elles étaient distantes de 2*^"*. Le gaz a toujours ete lair.

» Si là pression est d'environ o™"\ 5 de mercure et le champ de 3ooo unités, le phénomène apparaît dans toute sa beauté : le flux A forme un tube de force de couleur violette, généralement courbe, s'échappant, comme toujours, des deux faces de la cathode, et allant d'un bout à l'autre du tube de Geissler. Il est alors facile de constater que la position de l'anode est sans influence sur la position du flux A : suivant la position de la ligne des électrodes par rapport aux lignes de force, le tube de flux A peut couvrir en totalité ou en partie l'anode ou ne pas tomber dessus. Celle-ci arrête les rayons cathodiques A qui tombent à sa surface, comme un écran opaque le fait pour un flux lumineux, sans influencer la marche des rayons qui rasent ses bords.

»... Quand la pression est supérieure à 4™" de mercure, le flux A forme autour de la cathode une atmosphère d'un bleu violet si courte qu'on ne peut distinguer nettement la direction de ces rayons quand on produit le champ. Pour 4'"" le 'ube de force est déjà nettement dessiné, mais il s'arrête à quelques millimètres de la cathode .... Pour o""', 5 il atteint l'extrémité du tube de verre la plus éloignée. A partir de cette pression, le tube de rayons A continue à aller d'un bout à l'autre de l'ampoule ; mais à mesure que la pression

diminue le tube A pâlit Pour o"*'",o4 le verre a une magnifique

fluorescence verte sur toute sa surface, qui disparaît presque totalement dès qu'on produit le champ (3ooo), pour ne plus exister, mais avec une grande intensité, qu'aux extrémités du tube formé par le flux A. La netteté du contour de ces taches fluorescentes montre que le pourtour du tube de rayons A est aussi nettement délimité que pour les pressions plus élevées; mais l'illumination de l'air à l'intérieur du tube n'est plus produite avec assez d'intensité par les radiations A pour être discernée.... L'aspect ne change pas beaucoup jusqu'à la pression deo'"™,oo4, limite de mes expériences. » {Comptes rendus de r Académie des Sciences, t. CXXXIV, p. 359..)

Depuis, M. Pellat a varié la forme et la position de la cathode à rintcrieur du tube ainsi que la nature du gaz : toujours le tube de force du champ magnétique ayant pour base la cathode a été dessiné. C'est la première expérience par laquelle on rend visible un tube de force magnétique, quelle que soit sa forme.

ÉLECTRISATION DES RAYONS CATHODIQUES