E. RUTHERFORD

depuis que la radiation a été établie jusqu'à ce que ce maximum soit atteint. Dans la plupart des expériences, il y avait généralement, par seconde, 5o ruptures du primaire de la bobine d'induction, de sorle que pour le calcul nous pouvons, avec une grande approximation, supposer que l'ampoule débitait des rayons uniformément, l'intensité correspondant à la production de q ions par centimètre cube et par seconde. La vitesse avec laquelle n croît est donnée par

En intégrant cette équation, on voit facilement que le temps t nécessaire à la production de n ions par centimètre cube dans le gaz est donné par

Vf-''

(7) <=-4=log

T.yq'X

log désignant le logarithme naturel. Quand le nombre maximum N est atteint, on a

>^-=o et y = a^^

Donc

(8) <= -n^log^-^^»

si l'on pose

Si maintenant T désigne le temps nécessaire pour que le nombre des ions tombe à la moitié de sa valeur après la disparition des rayons, on a, en tenant compte de la formule (4),

t = —log ,

ou

bien

(lo) r =

Le Tableau suivant donne les valeurs de r tirées de l'équation précédente pour différentes valeurs de t :

Par exemple, dans le cas de Tair au voisinage du tube de Crookes, T est égal à o%3. Par suite, en o%i5, le nombre des ions est égal à environ la moitié de sa valeur finale. Après un intervalle de i% le nombre des ions a pratiquement atteint sa valeur maximum. Pour l'air situé à environ i" de la source de radiation, la valeur de T est beaucoup plus grande, et plusieurs secondes s'écouleront avant que le nombre n'approche de sa valeur finale.

Vitesse des ions.

La détermination de la vitesse avec laquelle les ions se déplacent à travers un gaz sous l'influence d'une force électromotrice est une question présentant un intérêt considérable, car elle nous renseigne indirectement sur la nature et les dimensions des particules transportant l'électricité par conduction sous l'action des rayons de Rontgen.

La méthode de détermination des vitesses était basée sur un calcul donné dans le Mémoire déjà cité de J.-J. Thomson et E. Rutherford.

L'auteur rappelle les équations (5) et (6) de ce Mémoire {voir ce Recueil),

réquation (6) étant obtenue quand la différence de potentiel £ est choisie de

façon que - soit petit. Se rapporter à ce Mémoire pour la signification des

symboles. L'équation (6) était

i __ EUT

Toutes les quantités qui figurent dans cette équation peuvent être mesurées, de sorte que la vitesse peut être immédiatement calculée. En pratique, la valeur de E était choisie d'un ordre tel que la valeur du courant l correspondant fût égale à environ ^ du courant de saturation L

0)30 E. RUTflERFORD.

Le rapport ■= n'est pas constant pour un même gaz et pour une

même valeur du champ électrique, car il dépend de Tintensitr de l.i radiation et aussi de la vites-^e de recomhinaison des ions, qui, à son tour, dépend dans une lar^^e mesure, pour une même intensité de radiation, de la quantité de poussières et autres matières solides contenues dans le gaz.

Bien que ces quantités soient variables, la somme U des deux mobilités est une constante, car sa valeur est tout à fait indépendante d** la valeur de T ou de l'intensité de la radiation.

Les courbes indiquant la relation entre le courant et la force électromotrice pour l'air et d'autres gaz qui ont été données dans le Mémoire cité offrent une pente très variable, car elle est difl'érenle suivant que le gaz est fraîchement préparé ou bien a été laissé en repos pendant quelque temps.

En vue d'une détermination de la \ilessc des ions, la valeur de T demande à être connue avec précision; mais ce n'est pas très facile quand on emj)loie un pendule comme interrupteur; de plus, Tintensité de la radiation émanée du tube de Crookes, qui influe beaucoup sur la valeur deT, est tout à fait susceptible de modifications pendîinl une longue série d'expériences. On a donc eu recours pour déterminer T à une méthode plus simple, qui a donné des résultats très concordants et dignes de confiance. Des équations (i) et (4) du Mémoire actuel, on tire

D'une part, si l'on vient à appliquer au récipient d'épreu\e une très grande force électromotrice aussil('>t après que les ravons ont disparu, la déviation de l'élcctromètre est proportionnelle à N. D'autre part, q est proportionnel à la vitesse de d('perdition par seconde pour une force électromotrice saturante. I^e rapport de ces deux quantités est donc aisément déterminé et la valeur de T connue.

Disposition de rexpérience.

Le récipient d'épreuve était limité par deux plateaux parallèles, le plateau inférieur en aluminium et le plateau supérieur en plond). Ce> plateaux étaient séparés et isolés l'un de l'autre par des blocs de paraffine qui, fondus ensemble, constituaient en même temps les cotés

du réripieiit. Dans l'appareil employé, les plateaux avaient 22^™' et étaient situés à 4*^'"î 7 d'intervalle. Les rayons traversaient le plateau d^aluininiuui et rendaient conducteur le gaz contenu dans cette sorte de boîte, mais étaient complètement arrêtés par le plateau de plomb. On avait soin que la radiation tombât seulement dans la région centrale du plateau où le champ électrostalicjue était sensiblement uniforme.

La disposition de l'appareil était la même que celle donnée figure 2, si ce n'est que le bocal était remplacé par la boite limitée par deux plateaux parallèles. L'un des pôles d'une batterie de petits accumulateurs était relié au plateau inférieur et l'électromètre au plateau supérieur.

Pour déterminer N, on appliquait une force électromotrice de 200 volts au plateau inférieur, aussitôt aj)rès la suppression des rayons. Les deux leviers interrupteurs étaient tout près l'un de Faulre; la méthode employée pour rompre le courant et établir la force électromotrice a été indiquée plus haut. On déterminait la valeur de q en notant la déperdition par seconde pour une force élec- Iromotrice saturante de 200 volts. Enfin, on obtenait la valeur de i en appliquant au plateau inférieur une force électromotrice de 2 volts ou davantage, et en mesurant la vitesse de déperdition.

Le Tableau suivant donne les valeurs obtenues dans différents gaz

pour T, j et LI. T est exprimé en secondes, U en centimètres par seconde. Les valeurs de j sont données pour une chute de potentiel

de 0,1 volt par centimètre entre les deux plateaux. Les valeurs de j

sont seulement approchées et sont déduites des valeurs observées, en supposant la loi d'Ohm applicable pour des forces électromotrices faibles en comparaison des forces électromotrices saturant le gaz. Les

raj)ports de r étaient déterminés pour diverses forces électromotrices

dans les dillerents gaz. Par exemple, la valeur de .- dans l'hydrogène était 0,32 pour une différence de potentiel de i,^ volt entre les deux plateaux, tandis que la valeur de - dans le gaz sulfureux était 0,066 pour une différence de potentiel de 9,8 volts entre les plateaux.

632 E. RL'THERFORD.

Tableau des vitesses.

Gaz. T. ï* U.

Az* o,3i OjO*9 3,2

Air 0,29 0,019 3,2

CO- 0,34 o,oi5 2,i5

SO* 0,17 o,co33 "î99

Cl' 0,21 o,oo85 2

HCI 0,18 0,01 2,>5

On voit que les mobilités des ions suivent Tordre inverse des denisités, à l'exception du chlore. La mobilité de l'ion hydrogène dans l'hydrogène est à peu près quatre fois plus grande que la vitesse de l'ion oxygène dans l'oxygène. Les ions de gaz sulfureux ont donné la mobilité la plus faible, égale seulement à ^ de celle des ions de Thydrogène.

On a constaté que la mobilité des ions dans un gaz ne dépend pa> de la plus ou moins grande ionisation du gaz : on a trouvé les inéMie> mobilités dans deux séries d'expériences, la radiation étant dans un cas six fois plus intense que dans l'autre; dans un cas, il y avait donc six fois plus d'ions par centimètre cube que dans l'autre, mais la mobilité restait la même. Ainsi, il n'y a pas de correction à apporter à la vitesse des ions dans un gaz comme le chlore, où l'ionisation est grande comparée à celle de l'air. Le fait que, pour une faible force électromotrice donnée, la mobilité ne dépend pas du nombre d'ions contenus par centimètre cube de gaz, montre que le mouvement des ions positifs et négatifs ne produit aucun champ électrostatique résultant entre les plateaux.

Dans la méthode employée pour déterminer la mobilité, on a supposé la conductibilité du gaz due uniquement à l'ionisation rapportée à chaque élément de volume du gaz. Cependant, J. Perrin (') a récemment montre que la vitesse de déperdition entre deux plateaux se compose de deux parties, l'une duc à l'ionisation par élément de volume du gaz, l'autre à l'ionisation superficielle à la surface de séparation du plateau métallique sur lequel tombent les rayons, et du gaz environnant. La vitesse de la décharge produite par cette action de surface est tout à fait comparable à celle que produit rionisalioii de

(*) Comptes rendusy i*' mars 1897.

volume quand les plateaux sont à i*"" l'un de l'autre, en particulier quand les électrodes sont d'argent, d'or ou de zinc.

Il semble probable que le gaz contigu à la surface du plateau sur lequel tombe la radiation présente une densilé d'ionisation bien plus grande que le gaz compris entre les plateaux; et comme cet accroissement d'ionisation est limité à une couche très mince contiguë à l'électrode, il semble que la vitesse de recombinaison des ions superficiels doit être beaucoup plus grande que pour l'air rontgenisé situé à quelque distance de la surface. L'existence de cet effet tendrait à augmenter la vitesse de déperdition q\ au contraire, le nombre N des ions, déterminé par l'application d'une force électromotrice très peu de temps après la suppression des rayons, ne serait pas modifié de façon appréciable, puisque les ions voisins de la surface se recombinent probablement avec une grande rapidité. La valeur de T, déduite de l'équation (i i), serait donc trop faible. La correction due à l'ionisation superficielle est, toutefois, probablement très faible, car le plateau inférieur était en aluminium, métal qui ne présente pas sensiblement ce phénomène de l'ionisation superficielle, et le plateau supérieur en plomb, pour lequel l'effet est faible. Ajoutons que la distance comprise entre les plateaux était d'environ 5*^"', de sorte que l'ionisation due au volume gazeux était très grande en comparaison de l'ionisation due à la surface.

Les valeurs de U déterminées sont la somme de la mobilité de l'ion positif et de celle de l'ion négatif, mais nous n'avons nullement, jusqu'à présent, démontré expérimentalement que ces mobilités soient identiques.

Dans le cas de l'air, l'expérience qui suit semble montrer que les vitesses des deux ions sont égales ou à peu près égales.

Dans les recherches précédentes, le calcul de la mobilité des ions dépendait de l'exactitude d'une équation que l'on a vérifiée autant que possible par l'expérience, mais, dans le cas de l'air, la vitesse peut s'obtenir par une méthode qui n'implique aucune théorie sur la vitesse de recombinaison des ions.

Deux grands plateaux plans A et B {^fig» 3) étaient placés parallèlement, à i6*^"' d'intervalle, sur des blocs isolants C et D. L^ampoule était disposée de telle façon que les rayons deRchitgen tojubaient sur le plateau A et sur la moitié du volume d'air compris entre A et B. Aucun rayon n'atteignait Tair situé à gauche du plan représenté par la ligne pointillée EF à 8*^*" de chaque plateau. Le plateau A était relié à l'une des extrémités d'une grande batterie d'accumulateurs,

E. Rl'THERPORD.

Taiilre pôle élanl relié à la terre. L'antre plaleaii B, par l'intermédiaire d'un levier LM à contact, monté sur un bloc isolant, était relié à Tune des paires de quadrants d\m électromètre, Tautre paire étant

Fig. 3.

ù la batterlf d * accumulateurs

reliée au sol. Le pendule interrupteur était disposé d(* façon à fermer le circuit du primaire de la bobine d'induction, rompre le circuit de r<''lectromètre en frappant le levier LM. et enfin rompre le circuit de la batterie, peu de temps après. Dans ce but, il fallait deux autres leviers en dérivation qui ne sont pas représentés sur la ligure. Un condensateur N était introduit dans le circuit de l'électromèlre pour au;j;uicnler sa capacité. On établissait une dilFérence de potentiel permanente de 200 volts entre les deux plateaux.

Qu.ind l'ampoule fonctionnait, les ions produits d'un seul coté avaient à traverser une distance de 8*''" avant d'atteindre le plal(?au B. IjC but de l'expérience était de déterminer l'intervalle de temps écoulé entre le départ des rayons et l'arrivée des ions sur le plateau B. On a trouvé que la déviation de l'électromèlre, d'abord très faible, se mettait à croître rapidement au bout d'un intervalle de temps déterminé. C'est cet instant qui fut regardé comme celui où les ions avaient atteint l'électrode. La déviation de l'électromètre était proportionnelle à la quantité d'électricité qui avait passé de A à B pendant le temps écoulé entre l'établissement du courant et la rupture du circuit de l'électromètre. L'électromètre lui-même n'était relié avec son circuit que lorsque les contacts avaient été rompus.

On a trouvé que la déviation de l'électromètre commençait à croître rapidement quand les rayons avaient agi pendant 0% 36. La différence de potentiel entre les plateaux étant de 220 volts, l'intensité du champ était de i3,';5 volts par centimètre. Par conséquent, pendant o%36, avec une chute de potentiel de i3,-5 volts par centimètre, les ions

avaîenl parcouru une distance de 8*"" : cela donne une vitesse de l'ion dans un cliamp unité ëgale à i'*'",6 jiar seconde; ce nombre représente la mobilité, soit d'un ion positif, soit d'un ion négatif, car l'intervalle tle temps mesuré a été trouvé indépendant du signe de l'ion. La somme des mobilités de l'Ion positif et de l'ion négatif est donc 3*^™.^ par seconde, résultat concordant très bien avec celui trouvé pour Tair par une méthode complètement indépendante. La concordance parfaite de ces deux résultats fournit une confirmation excellente de la tliéorie qui a servi à déterminer les mobilités des ions de diflerents gaz.

Les \ltesses avec lesquelles les ions se déplacent à travers les gaz sont énormément plus grandes que les vitesses des ions dans l'élec- Irolvse des liquides. La vitesse de Tion hydrogène dans de l'eau presque pure est de i*^'",o8 par heure sous une chute de potentiel de I volt par centimètre; de sorte que la vitesse de l'ion hydrogène dans la conduction produite par les r.iyons de Rontgen est plus de 36ooo fois plus grande.

A l'aide de considérations basées sur la théorie cinétique des gaz, on peut déterminer la vitesse avec laquelle un petit corps chargé se meut à travers les gaz sous l'influence d'un cliamp électrique.

Si l'on désigne par :

D, le coefficient de diffusion des ions dans le gaz; 71, le nombre d'ions par centimètre cube; p^ la pression partielle due aux ions; e, la charge d'un ion;

la somme des mobilités des deux espèces d'ions supposés de même masse est

(voir J.-J. TiiOMSON, Cond. of Elect. ihr. Gases, p. 3-2); p est proportionnel ù n et à m, masse de Fion.

Si l'on admet que la masse m de l'ion soit celle de la molécule et e la charge atomique de rélectrolyse, D devient le coefficient de diffusion du gaz dans lui-même, qu'on peut déduire des mesures de viscosité. Le calcul donnerait alors pour l'hydrogène

k = 340*™ par seconde, au lieu de

10*", 4 valeur expérimentale.

Ce désaccord entre la théorie et l'expérience semble conduire à l'une des deux conclusions suivantes : ou bien la charge est moindre