THOMSON ET RUTHBIIPORD. — SUR LE PASSAGE DE L'BLEGTRICITB, ETC

verte d'une bande de papier; le dispositif était tellement sensible qu'on aurait pu facilement mettre en évidence la déperdition de Tanneau de métal, si la plaque avait seulement réfléchi' j~ du rayonnement incident ; et pourtant il n'y avait pas trace de déperdition. Les résultats d'expériences sur les eflets photographiques que produisent les rayons diffusés par les plaques métalliques semblent montrer que ces rayons sont assez abondants. Rapprochant ce résultat de l'absence de tout effet électrique appréciable produit par ces rayons ayant subi la réflexion diffuse, nous pensons que ces rayons n'ont pas les mêmes caractères que les rayons incidents ( * ).

Nous n'avons pu déceler aucun effet produit par un champ magnétique sur la vitesse de déperdition ; nous avons essayé avec les ligne> de force magnétique parallèles et aussi perpendiculaires au coaranl et aussi bien avec des courants faibles qu'avec des courants saturés.

La vitesse de déperdition par l'air desséché en restant trois joon en présence d'anhydride phosphorique, nediflière pas sensiblement de celle qui est produite par l'air humide de la salle.

En terminant, faisons remarquer que la durée de rayonnement uniforme d'un tube à vide n'est pas longue; comme la plupart de nos expériences exigeaient une vitesse d'émission constante, nous avons dû en employer un très grand nombre, tous fabriqués par M. E. Everett, que nous désirons remercier à ce sujet.

( ' ) Les premières Notes de G. Sagnac. sur la transformation des rayons de Rôotfn par la matière, ont été publiées aux Comptes rendus, en juillet 1897 (t* CXXV, p. lA et 33o;. {Noie du traducteur.)

Par J.-J. THOMSON.

Traduit de Tanglais par P. LUGOL.

Philosophical Magazine, 5* série, t. XLIV, 1897, p. agS-Siô.

Les expériences discutées dans ce Mémoire ont été entreprises dans Fespoir d'acquérir quelque connaissance de la nature des rayons cathodiques. Les opinions les plus diverses ont été soutenues au sujet de ces rayons. De Tavis presque unanime des physiciens allemands, ils sont dus à un mouvement dans l'éther sans analogue dans les phénomènes observés jusqu'à présent, puisque leur trajectoire dans un champ magnétique uniforme est circulaire et non rectiligne ; suivant une autre opinion ces rayons, bien loin d'être tout à fait éthérés, sont entièrement matériels, et figurent les trajectoires de particules de matière électrisées négativement. Il semblerait à première vue qu'il ne doit pas être difficile de décider entre des opinions aussi différentes, mais les faits montrent qu'il n'en est pas ainsi, puisque, parmi les physiciens qui ont le plus approfondi la question, on peut rencontrer des défenseurs des deux théories.

Au point de vue de la recherche, la théorie de la particule élec- Irisée a un grand avantage sur la théorie éthérée, puisqu'elle a un sens précis, et que l'on en peut prédire les conséquences; avec la théorie éthérée il est impossible de prédire ce qui arrivera dans des circonstances données, puisque d'après elle on a affaire à des phénomènes ayant leur siège dans l'éther, encore inobservés, et dont nous ignorons les lois.

Les expériences suivantes ont été faites pour contrôler quelquesunes des conséquences de la théorie de la particule électrisée.

Charge transportée par les rayons cathodiques. — Si ces rayons sont des particules électrisées, ils doivent, en pénétrant dans un

78a. ... J.-I. THOMSON.

espace clos, y introduire une charge d'électricité négative. C'est ce qu'a montré Perrin (*).

Son expérience prouve que quelque chose, chargé d'éleclricilé négative, est projeté par la cathode, normalement à sa surface, et que rf quelque chose est dévié par un aimant; mais, pourrait-on objecter, elle ne prouve pas que la cause de l'électrisation de Télectroscope ait quelque chose à voir avec les rayons cathodiques. Les partisans de b théorie éthérée ne nient pas que des particules électrisées soient projetées par la cathode ; ils nient que ces particules aient plus de rapport avec les rayons cathodiques qu'une balle de fusil n'en a itk l'éclair du coup. J'ai alors répété l'expérience de Perrin sous bk forme qui ne laisse pas prise à cette objection. La disposition est indiquée dans la figure i . Lorsque les rayons cathodiques (dont la tn-

Fîg. I.

Terre

Liectpomètre

T, tampon mélallique muni d'une fenie qui laisse passer les rayons émis par U cathode A; il est relié à l'anode B et à la terre.

K, cylindres coaxiaux munis de fentes; le cylindre intérieur est relié à l'éleclroOKiit, le cylindre extérieur au sol. Les rayons cathodiques ne peuvent atteindre iefcyii^ dres que s'ils sont déviés par un aimant.

jectoire est définie par la phosphorescence du verre) ne tombaienl pas sur la fente, la charge reçue par l'électromètre après la mise en action de la bobine génératrice des rayons était faible et irrégubèrt; mais, lorsque les rayons étaient déviés par un aimant de manière a tomber sur la fente, l'électromètre recevait une forte charge négative

{^) Journal de Phys., 3» série, t. V, 1896, p. 35o; Ann. de Chim, et de P^y*- 7* série, t. XI, 1897, P* ^^^' ( ^•^"* ce Recueil.)

Je fus surpris de la grandeur de cette charge; dans certains cas il pénétra dans le cylindre intérieur, à travers la fente étroite, assez d^électricité pour faire TBoîer de 20 "vohs {en 1 seconde le potentiel d'une capacité de 1 , 3 microfarad. Si les rajons étaient suffisamment déviés par l'aimant pour dépasser la fente du cylindre, la charge introduite dans le cylindre retombait à une faible fraction de la valeur correspondant à une visée exacte. Cette expérience montre donc que, pour autant que Ton contourne et dévie les rayons cathodiques au moyen des forces magnétiques, Félectrisation négative suit le même chemin, et que cette électrisation leur est indissolublement liée. Quand les rayons sont dirigés par l'aimant de manière à pénétrer à travers la fente dans le cylindre inlérieur, la déviation de l'électromètre augmente jusqu'à une certaine valeur puis reste constante, bien que les rayons continuent à affluer dans le cylindre. C'est que le gaz de l'ampoule devient conducteur de l'électricité quand les rayons le traversent ; et alors, bien que le cylindre intérieur soit parfaitement isolé quand les rayons ne passent pas, l'air compris entre les deux cylindres devient conducteur dès que les rayons traversent l'ampoule, et l'électricité s'écoule du cylindre intérieur vers la terre. Sa charge ne va donc pas en croissant continuellement; il atteint un état d'équilibre dans lequel la vitesse de charge par les rayons est égale à la vitesse de déperdition de l'électricité par conduction à travers l'air. Si le cylindre intérieur possède au début une charge positive, il la perd rapidement et en acquiert une négative; lorsque, au contraire sa charge initiale est négative, elle diminue si le potentiel initial est numériquement supérieur au potentiel d'équilibre.

Déviation des rayons cathodiques par un champ électrique. — On a tiré argument contre la théorie matérielle de Finsuccés des premières expériences faites pour constater une déviation des rayons par un champ électrique faible, et attribué la déviation qu'ils éprouvent au voisinage d'électrodes reliées à des sources à haut potentiel non à un effet primaire du champ, mais à la décharge entre les électrodes. Cet insuccès est dû à la conductibilité communiquée par les rayons cathodiques aux gaz qu'ils traversent. Comme la mesure de cette conductibilité a montré qu'elle diminue rapidement à mesure que le vide s'améliore, on a pensé qu'en utilisant un vide avancé, on aurait des chances de constater une déviation. L'expérience a été faite au moyen de l'appareil représenté figure 2.

Quand on reliait les électrodes aux pôles d'une batterie de petits accumulateurs la trace lumineuse du faisceau se déplaçait du côté de la plaque positive, et d'une quantité proportionnelle à la différence de potentiel ; on a pu observer un déplacement pour une différence de potentiel de 2 volts.

J."l. THOMSON.

C'est seulement quand le vide était bon que la déviation se produisait; mais la preuve que l'absence de déviation est due à la conductibilité du milieu est fournie par les phénomènes obsenés

Fig. a.

Cf cathode ;

A, anode formée d'un tampon métalltqite ètroitemeot ajusté, muni d'uae fente «

relié au sol; B| autre tampon muni d'une fente et relié au sol; D, E, plaques d'aluminium de 5*"x a*", distantes de i*",S; F, échelle divisée collée extérieurement sur l'ampoule, et serTant à mtsmv la ^

viation de la trace fluorescente formée par les rayons.

quand le vide atteint juste le degré nécessaire pour que la déviatiot commence à se produire. Les rayons sont déviés dès que ron relie b électrodes aux pôles de la batterie, mais si l'on maintient les connexions la tache phosphorescente revient graduellement à son séro. C'est justement ce qui arriverait si l'espace compris entre les pUqoft était conducteur, mais peu conducteur, car alors les ions positifs et les ions négatifs qu'il renferme se diffuseraient lentement jasqu à ce que la plaque positive fût couverte d'ions négatifs et la plaqua négative d'ions positifs; ainsi le champ électrique s'évanouirait, elles rayons cathodiques seraient soustraits à toute force électrique. On eo voit une autre preuve dans ce qui se passe lorsque, à une pression assez basse pour qu'il y ait déviation, l'on établit entre les pltquesune grande différence de potentiel, 200 volts par exemple; dus ces conditions on observe une forte déviation des rayons cathodiques, mais le milieu, sous l'action de la grande force électromotrice, est assez souvent rompu et une décharge brillante jaillit entre les plaques ; quand cela a lieu, la trace lumineuse retourne d'un saulàst position de zéro; quand les rayons sont déviés par le champ électn>statique, la tache phosphorescente se décompose en plusieurs ban<les brillantes séparées par des intervalles relativement sombres ; le phénomène est entièrement analogue à celui qu'a observé BirkeM quand les rayons cathodiques sont déviés par un aimant, et qu'il a appelé spectre magnétique

Rkioya CATHODIQUES. 783

La déviation diminue quand la pression baisse, el quand par conséquent la différence de potentiel dans le tube augmente au voisinage de la cathode.

Conduotlbilltd d'un gnz traversé par des rayons cathodiques. — La conductibilité du gaz a été étudiée au moyen de l'appareil représenté par la figure -i. La plaque supérieure D était reliée à l'un des pAles d'une batterie de petits accumulateurs, dont l'autre pôle était mis au sol; la seconde plaque E était réunie à l'une des armatures d'un condensateur d'une capacité de i microfarad dont l'autre armature était au sol; une des paires de quadrants d'un électromètre était également reliée à E, l'autre paire au sol. Les deux paires de quadrants, réunies au début de l'admission des rayons cathodiques entre les plaques, sont ensuite séparées. Si l'espace compris entre les plaques n'est pas conducteur, le potentiel de la paire de quadrants qui n'est pas reliée au sol restera nul, et l'aiguille de l'électromètre ne se déplacera pas; dans le cas contraire, le potentiel de la plaque inférieure se rapprochera de celui de la plaque supérieure, et l'aiguille sera déviée. Or il se produit toujours une déviation de l'électromètre, accusant l'existence d'un courant entre les plaques. L'intensité de ce courant dépend beaucoup de la pression du gaz, au point qu'il est difficile d'avoir des lectures concordantes à cause des changements de pression qui se produisent toujours dans le tube quand la décharge le traverse.

Prenons d'abord le cas où la pression commence juste à être assez faible pour permettre à la tache phosphorescente d'apparaître au fond du tube; la figure 3 montre la relation entre le courant et la diffé-

Pig. 3.

^ La plaque supérieure est reliée au p6ie — — La plaque iotérieure est reliée au pAle -4-

rence de potentiel initiale des électrodes. Les abscisses représentent la différence de potentiel initiale entre les plaques, et les ordonnées l'accroissement de potentiel de la plaque inférieure par minute. Une

7^4 J--J- TBOIISON.

division représente 2 volts sur chacun des axes. La quantité d^electricité qui a passé entre les plaques en une minute est celle qui peut charger i microfarad à la différence de potentiel indiquée sur la courbe.

Même s'il n'j a pas de différence de potentiel initiale, la plaque inférieure acquiert une charge négative grâce au choc de quelquesuns des rayons cathodiques.

La courbe montre que le courant entre les plaques acquiert bientôt une valeur qui n'est que légèrement affectée par l'augmentation delà différence de potentiel initiale ; c'est un trait commun à la conduction des gaz traversés par les rajons de Rôntgen, les rayons uraniques.la lumière ultra-violette, et, comme on le voit, les rayons cathodiques. La vitesse de fuite est à peu près la même, que la plaque supérieure soit positive ou négative au début.

Le courant ne dure que peu de temps ; il cesse bien avant que le potentiel de la plaque inférieure approche de celui de la plaque supérieure. Par exemple, quand le potentiel de la plaque supérieure était + 4oo volts, celui de la plaque inférieure ne s'éleya jamais au-dessus de 6 volts. De même quand la plaque supérieure était reliée au pôle négatif de la batterie, la chute de potentiel de la plaque inférieure était très faible comparativement à la différence de potentiel entre li plaque supérieure et le sol.

C'est ce que l'on pourrait attendre si le gaz était bien meilleur conducteur entre les plaques et le tampon B (Jig. a) qu'entre les plaques elles-mêmes, car la plaque inférieure doit être dans un état stationnaire quand le courant qui lui vient de la plaque supérieure esl égal à celui qu'elle envoie vers le tampon ; une faible différence de potentiel entre la plaque inférieure et le tampon sera alors compatible avec une forte différence entre les plaques.

Considérons maintenant l'autre cas extrême, celui où la pression a la plus faible valeur compatible avec le passage de la décharge dans l'ampoule. Quand les plaques ne sont pas reliées à la i)alterie b plaque inférieure se charge négativement, mais avec une très grande lenteur en comparaison de l'effet observé dans le cas précédent. Lorsque la plaque supérieure est négative, ce courant qui va vers h plaque inférieure n'augmente que très peu, même si la différence de potentiel atteint 4oo volts; sous une petite force électromotrice, 20 volts environ, la vitesse de fuite paraît un peu diminuée. On ne peut pas employer de différences de potentiel dépassant beaucoup 4oo volts; en effet, bien que le diélectrique compris entre les

plaques soit capable de les supporter pendant quelques instants, un arc extrêmement brillant éclate bientôt entre les plaques et libère assez de gaz pour détruire le vide. Les raies du spectre de cette lueur sont principalement les raies du mercure; son passage laisse des traces très particulières sur les plaques d'aluminium.

Lorsque la plaque supérieure était positive, la charge négative communiquée à la plaque inférieure était amoindrie, et devenait nulle quand la difierence de potentiel entre les plaques était d'environ 20 volts; mais à la plus basse pression, quelque grande que fût la différence de potentiel (plus de 4oo volts), la déperdition d'électricité positive vers la plaque inférieure n'était aucunement comparable à la déperdition d'électricité négative (vers la même plaque) observée quand les deux plaques étaient détachées de la batterie. De fait, à cette très basse pression, tout justifie l'opinion que les effets observés sont dus à des particules électrisées cheminant le long des rayons cathodiques, tandis que le reste du gaz possède une faible conductivité. On a fait quelques expériences avec un tube semblable à celui de la figure 2, sauf que l'absence du tampon B permettait à un beaucoup plus grand nombre de rayons cathodiques de passer entre les plaques. Quand la plaque supérieure était reliée au pôle positif de la batterie une décharge lumineuse à stratifications bien marquées jaillissait entre cette plaque et le tampon relié à la terre à travers lequel s'écoulaient les rayons cathodiques; elle se produisait même avec une différence de potentiel (entre la plaque et le tampon) ne dépassant pas 20 volts. Il semble donc que si l'on envoie dans un gaz •les rayons cathodiques provenant d'une source extérieure à la cathode, une faible différence de potentiel suffît à produire la décharge caractéristique.

Déviation magnétique des rayons cathodiques dans différents gaz. — Cette déviation a été étudiée au moyen de l'appareil suivant

{fig- 4).

Les rayons pénétrant dans la cloche F à travers la fente passaient le long d'une plaque de verre verticale divisée en petits carrés. La cloche était placée entre deux grandes bobines parallèles montées comme un galvanomètre de Helmholtz. On repérait la trajectoire des rayons en photographiant la cloche pendant que les rayons la traversaient; le quadrillage de la plaque permettait de déterminer cette trajectoire. Sous l'action du champ magnétique le mince faisceau de rayons cathodiques s'étale en une large luminosité en forme d'éven- S. P. 5o

laîl. La luminosité n'est pas uniforme dans cet éventail, elle est condensée le long de certaines lignes. La phosphorescence sur le verre n'est pas non plus uniformément répartie; elle est très étalée, ce qai

Fig. 4.

C, cathode; T, tampoD métallique servant d^anode, percé d'une fente et relié à Ij terre ; F, grande cloche de verre.

montre que le faisceau est formé de rayons qui ne sont pas tous également déviés par l'aimant. La luminosité sur le verre est barrée par des bandes le long desquelles elle est plus grande que dans les partie? adjacentes (spectre magnétique de Birkcland). Les taches les pin? brillantes sur le verre ne sont pas toujours nécessairenienl d l'extrémité des lignes les plus brillantes de la luminosité dan^» le gai; il arrive quelquefois qu'une tache très brillante sur le \erre ne smi pas reliée à la cathode par une lueur appréciable, bien qu'il puisse j avoir dans d'autres parties du gaz une abondante luminosilé. Ie point très intéressant, mis en lumière par les photographies, est que dans un champ magnétique donné, entre les limites duquel existe une différence de polentiel moyenne également donnée, la trajecloÎK des rayons est indépendante de la nature du gaz. On a photographie la décharge dans l'hydrogène, l'air, l'anhydride carbonique, l'iodurt de méthyle, c'est-à-dire dans des gaz dont les densités sont coinpri>C5 enlre i et i^o; et cependant, non seulement les trajectoires d^ rayons les plus déviés étaient les mêmes dans tous les cas, mais Ift détails eux-mêmes, tels que la distribution des espaces sombres ei brillants, étaient les mêmes ; de fait, les photographies se distinguaient difficilement les unes des autres. 11 faut noter que les pression? n'étaient pas les mêmes ; elles étaient réglées, dans les différents gaz, de telle sorte que les différences de potentiel moyennes entre la cathode et l'anode fussent les mêmes dans tous. Lorsque la pression d'un gaz diminue, la différence de potentiel entre les électrodes croit et la déviation des rayons par un aimant diminue, ou en tout cas, là déviation des rayons quand la phosphorescence est maximum diminue.

RAYQNS CATHODIQUES. 787

La même chose a lieu si l'on dispose une interruption sur le circuit.

Dans les expériences avec les divers gaz, la pression avait la valeur maximum compatible avec l'apparition de la phosphorescence sur le verre, de manière à assurer la présence dans le tube de la plus grande masse possible du gaz étudié.

Puisque les rayons cathodiques transportent une charge électrique négative, qu'ils sont déviés par une force électrostatique comme s'ils étaient électrisés négativement, et qu'ils sont traités par une force magnétique exactement comme le serait un corps électrisé négativement et cheminant suivant leur trajectoire, je ne vois pas comment on peut échapper à la conclusion que ce sont des charges électriques négatives transportées par des particules matérielles. Une question se pose maintenant : que sont ces particules? Des atomes, ou des molécules, ou de la matière dans un état de division plus grand encore? Pour jeter quelque lumière sur cette question, j'ai fait une série de mesures du rapport de la masse de ces particules à la charge qu'elles transportent. J'ai employé deux méthodes indépendantes. Voici la première : considérons un faisceau de rayons cathodiques homogènes; soit m la masse de chaque particule, e la charge qu'elle transporte; soit N le nombre de particules traversant une section quelconque du faisceau dans un temps donné; la quantité d'électricité Q transportée par ces particules est alors donnée par l'équation

Q = Ne.

On peut mesurer Q en recevant les rayons cathodiques dans l'intérieur d'une enceinte reliée à un électromètre. Si ces rayons frappent un corps solide, la température de celui-ci s'élève^ l'énergie cinétique des molécules en mouvement se transformant en chaleur; si nous admettons que la transformation est intégrale, nous pourrons, en mesurant rélévation déterminée dans la température d'un corps de capacité calorifique connue par le choc de ces rayons, connaître l'énergie cinétique Wdes particules; et, si nous appelons v la vitesse de ces particules, nous aurons

i N mt'î = W.

Soit p le rayon de courbure de la trajectoire de ces rayons dans un champ magnétique uniforme H, on a

H ev = >

788 j.-i. THOiisoif.

ou

en écrivant 1 à la place de Hp, pour abréger. De ces équations nous

tirons

V^= -pT?

Si donc nous connaissons les valeurs de Q, W et I, nous pourroib

en déduire celles de t' et de — •

Pour mesurer ces quantités j'aî employé des tubes de trois type? dilFérents. Le premier que j'aie essayé est semblable à celui qui e>l représenté par la figure 2, sauf que les plaques D et E sont absenles. et que deux cylindres coaxiaux sont fixés à Textrémilé du tube. Le» rayons émanés de la catbode C tombent sur le tampon métallique B relié au sol, servant d'anode, et percé d'une fente horizontale à travers laquelle passent les rayons; ceux-ci frappent ensuite les deiii cylindres, dans lesquels sont pratiquées des fentes qui permettent aui rayons d'arriver sur la paroi interne du cylindre intérieur. Le cylindre extérieur est relié au sol; le cylindre intérieur, isolé du premier, e?l relié à un électromètre dont la déviation mesure la quantité d'électricité Q apportée dans le cylindre par les rayons. Derrière la fente, daib ce cylindre, est disposé un couple thermo-électrique fait de trèspetilc> bandes de fer et de cuivre fixées à des fils très fins de fer et de cuivre: ces fils passent à travers les cylindres, dont ils sont isolés, sortent du tube en traversant le verre, et vont à un galvanomètre de faible résistance dont la déviation fournit les données nécessaires au calcul àf l'élévation de température de la soudure sous les chocs des raTOD> cathodiques. Les bandes de fer et de cuivre étaient assez larges pour permettre à tous les rayqns cathodiques pénétrant dans le cylindrede frapper la soudure. Dans quelques-uns des tubes les bandes de fer et de cuivre étaient placées bout à bout, de sorte que certains rajon* frappaient le fer, certains autres le cuivre; dans d'autres tubes, le> bandes étaient placées l'une contre l'autre ; on n'a cependant p« trouver aucune différence entre les résultats fournis par les deui dis-

positifs. On avait pesë les bandes, et calculé la capacité calorifique de la soudure. Dans une série de soudures elle était de 5 x io~', dans une autre de 3 x lo"'. Si l'on admet que les rayons cathodiques qui frappent la soudure lui cèdent intégralement leur énergie, la déviation du galvanomètre donne W ou -Nm^'^.

On obtenait de la manière suivante la valeur de I, ou Hp : le tube était placé entre deux grandes bobines circulaires parallèles l'une à l'autre, et séparées par une distance égale à leur rayon; ces bobines réalisent un champ magnétique uniforme dont on a l'intensité en mesurant au moyen d'un ampèremètre l'intensité du courant qui les traverse. Les rayons cathodiques sont ainsi dans un champ uniforme, de telle sorte que leur trajectoire est circulaire. Supposons que, déviés par un aimant, ils frappent le verre du tube en E (^fig* 5); on a alors,

Fig. 5.

si p est le rayon de la circonférence,

on a donc, en mesurant CE et AC, le moyen de déterminer le rayon de courbure de la trajectoire des rayons.

La détermination de p est rendue quelque peu incertaine par la dispersion du pinceau de rayons sous l'action du champ magnétique, dispersion qui donne à la tache phosphorescente en E plusieurs millimètres de longueur; on aura donc des valeurs de p différant entre elles d'une manière appréciable suivant la position attribuée à E dans la tache phosphorescente. Cependant, il y avait généralement dans cette tache une région beaucoup plus brillante que les autres ; on prenait alors pour E le point le plus brillant. Quand il n'y avait pas de maximum d'éclat on prenait le milieu de la tache. L'incertitude qui en résultait pour p pouvait atteindre 20 pour 1 00 environ dans certains cas; j'entends par là qu'en prenant pour E successivement les deux extrémités, on avait pour p des valeurs différant entre [elles de cette quantité.

La mesure de la quantité Q d'électricité pénétrant dans le cylindre

790 i'-J' THOMSON.

est compliquée par le fait que les rayons cathodiques rendent conducteurs les gaz qu'ils traversent, de sorte que Tisolement, parfait en leur absence, ne Tétait plus quand ils passaient dans Tintervalle compris entre les deux cylindres; il en résultait qu'une partie de la charge communiquée au cylindre intérieur fuyait, de sorte que la charge réellement prise par ce cylindre était supérieure à la charge indiquée par l'électromètre. Pour rendre aussi faible que possible rerreor ainsi introduite, on avait réuni le cylindre intérieur à la plus grande capacité disponible, soit i,5 microfarad, et Ton n'admettait les rayoïb que pendant très peu de temps, i ou 2 secondes environ, de sorte que la variation de potentiel du cylindre intérieur ne fût pas ^nic elle était comprise entre o,5 et 5 volts dans les différentes expériences Une autre raison qui oblige à rendre aussi brève que possible la durée d'admission des rajons, est qu'il faut éviter la correction relative à b perte de chaleur de la soudure thermo-électrique par conduction le long des fils; l'élévation de température de cette soudure était de l'ordre de a® C. ; une série d'expériences a montré qu'avec le même tube et la même pression de gaz Q et W étaient proportionnels I un a l'autre quand les rayons n'agissaient pas pendant trop longlemjs.

Les tubes de cette espèce ont donné des résultats satisfaisants; leur seul désavantage consistait en ce que, le verre se chargeant d'électricité, une décharge secondaire passait quelquefois entre le cylindre et les parois du tube, et les cylindres étaient entourés d'une lueur: quand cette lueur apparaissait les lectures étaient très irrégulières; ou pouvait cependant la faire disparaître en raréfiant le gaz et lai.ssanl reposer le tube quelque temps. Les résultats obtenus avec cet appareil sont donnés sous la rubrique tube 1.

Le second type de tube était semblable à celui qu'on cmplojail pour photographier la trajectoire des rayons (/ig- 4); "^ double cylindre muni d'un élément thermo-électrique pareil à celui qui senail pour le tube précédent était placé dans la ligne de tir des rayons: l'intérieur de la cloche était tapissé d'une toile de cuivre reliée an sol. Ce tube donna des résultats très satisfaisants; on ne fut jamai> troublé par l'apparition d'une lueur autour des cylindres, et les lectures furent très concordantes ; le seul désavantage était que, certaini des joints devant être faits avec de la cire à cacheter, il n'était p»? possible d'obtenir avec ce tube les plus hauts degrés de vide, de sorte que les limites de pression sont moins étendues avec lui qu'avecle tube 1. Les résultats qu'il a donnés sont inscrits sous la rubrique tube 2.

RAYONS CATHODIQUES. 79 f

Le troisième type de tube était semblable au premier, sauf que les ouvertures pratiquées dans les deux cylindres étaient beaucoup plus petites; les fentes étaient remplacées par de petits trous de i"",5 de diamètre environ. A cause de la petitesse des ouvertures, la grandeur des effets était de beaucoup diminuée ; pour avoir des effets mesurables il fallait réduire à o,i5 microfarad la capacité du condensateur relié au cylindre intérieur et rendre le galvanomètre extrêmement sensible, car l'élévation de la température de la soudure thermo-électrique n'était en moyenne, dans ces expériences, que de o°, 5 C. environ. Les résultats obtenus avec ce tube sont donnés sous la rubrique tube 3.

Le Tableau suivant donne une série de mesures faites avec ces

appareils :

^ Valeur de -p- • — .

Gaz. Q I. e v.

Tube 1.

Air 4,6 X lo** a3o 0,57x10-' 4 x io>

Air 1,8 X 10" 35o 0,34x10-' i x 10*0

Air 6,1 X 10*1 a3o o,43 x 10-' 5,4x10'

Air 2,5 X 10** 400 0,32X10-' 1,2x10**^

Air 5,5 X 10** 23o 0,48x10-' 4,8x10»

Air I X 10** 285 0,4 X 10-' 7 X lo'

Air I X ïo** 285 0,4 X 10-' 7 x 10»

Hydrogène 6 X 10" 2o5 o,35xio-' 6 x 10*

Hydrogène 2,1 x 10" 460 o,5 x 10-' 9,2x10»

Gaz carbonique.. 8,4 X 10** 260 0,4 x 10-' 7,5 x 10»

Gaz carbonique.. i,47 x 10" 340 o, i x 10-' 8,5 x 10»

Gaz carbonique.. 3o x 10** 480 0,39 x 10-' i,3 x io*<>

Tube 2.

Air 2,8 xio»» 173 0,53 X10-' 3,3X10»

Air 4,4 xio** 195 0,47x10-' 4,1x10»

Air 3,5 X 10" 181 0,47x10-' 3,8 x 10»

Hydrogène 2,8 x 10" 175 o,53xio-' 3,3 x 10»

Air 2,5 X 10*» 160 o,5ixio-' 3,ixio»

Gaz carbonique . . 2 x lo** i48 o,54 x 10-' 2,5 x 10*

Air 1,8 X 10** i5i o,63xio-' 2,3 x io>

Hydrogène 2,8 x 10" 170 o,53xio-' 3,3 xio*

Hydrogène 4,4 x lo^* 201 0,46x10-' 4^4 x 10»

Air 2,5 xio»» 17G 0,61x10-' 2,8x10»

Air 4,2 X 10** 200 0,48x10-' 4,1x10»

Tube 3.

Air 2,5 X 10'* 220 0,9 X 10-' 2,4 X 10»

Air 3,5 X 10** 225 0,7 x ïo-' 3,2 x 10»

Hydrogène 3 x 10»* 25o 1,0 xtq-' 2,5 x 10»

79^ ).-i. THOMSON.

On remarquera que la valeur de — est beaucoup plus grande pour

le tube 3, où l'ouverture est un petit ti'ou, que pour les tubes 1 eli où l'ouverture est une fente de surface beaucoup plus considérable, it

crois que les valeurs de — obtenues avec les tubes 1 el 2 sont trop

faibles, à cause de la déperdition entre le cylindre intérieur et le cylindre extérieur, due à la conductibilité donnée au gaz par le passade des rayons cathodiques.

On voit par ces tableaux que la valeur de ~ est indépendante ck

ia nature du gaz. Ainsi, avec le premier tube la valeur moyenne est o,4 X io~^ pour l'air; 0,42 x lo"^ pour l'hydrogène, et 0,4 x 10"' pour le gaz carbonique; avec le second tube la moyenne pour l'air est 0,52 X lo"^; pour l'hydrogène o,5 X 10^, et pour le gaz carbonique 0,54 X 10^.

Un changement dans la nature des électrodes modifie Taspect de la décharge et la valeur de (^ à la même pression^ mais n'altère pas celle de — •

Dans toutes les expériences qui précèdent on commençait par écarter les rayons du cylindre au moyen d'un aimant, et l'on consultait alors qu'il n'y avait de déviations ni à l'électromèlre ni au galvanomètre, de telle sorte que les déviations observées étaient entièrement dues aux rayons cathodiques; quand la lueur précédemment mentionnée entourait les cylindres, l'électromètre déviait même lorsque les rayons cathodiques étaient rejetés à côté du cylindre.

Avant de procéder à la discussion des résultats de ces mesures, jt^

décrirai une autre méthode de détermination des quantités — et r.

complètement différente de la précédente par son principe : elle e>i fondée sur la déviation des rayons cathodiques par un champ élertrique. Si l'on mesure d'une part la déviation éprouvée par les rajoii> quand ils traversent une longueur donnée dans un champ électrique uniforme et d'autre part leur déviation quand ils franchissent une distance donnée dans un champ magnétique uniforme, on poum

trouver de la manière suivante les valeurs de — et de «-' :

Soit / la distance parcourue par les rayons dans un champ électrique uniforme d'intensité F; le temps correspondant est -* la ^i-

tesse dans la direction de F est donc

Fe l

de sorte que l'angle 0 dont les rayons sont déviés quand ils quittent le champ électrique et pénètrent dans une région où il n'y a pas de force électrique est donné par l'équation

A Fe / 6 = — X —•

Si, au lieu d'une force électrique, c'est une force magnétique H qui agit sur les rayons perpendiculairement à leur direction sur une distance /, la vitesse normale à la trajectoire initiale des rayons a pour

valeur

Hep /

de sorte que l'angle * dont les rayons sont déviés quand ils quittent le champ magnétique est donné par l'équation

De ces équations on tire

et

^ He /

Dans les expériences faites, H était réglé de façon à rendre O égal à 0 ; les équations deviennent dans ce cas

m UU

L'appareil employé pour mesurer par ce procédé ç et — est représenté figure 2. On produisait le champ électrique en reliant les deux plaques d'aluminium aux pôles d'une batterie d'accumulateurs. Comme il était nécessaire de faire l'obscurité dans la chambre pour voir la tache phosphorescente, une aiguille recouverte de peinture lumineuse était disposée de manière à pouvoir être déplacée le long de l'échelle F au moyen d'une vis; elle était visible dans l'obscurité.

et on la déplaçait jusqu'à ce qu'elle coïncidât avec la tache phosphorescente. La déviation pouvait ainsi être mesurée lorsqu'on rendall la lumière.

On produisait le champ magnétique en plaçant le tube enire deui bobines dont le diamètre était égal à la longueur des plaques: elles cobvraient Téspace occupé par ces dernières, et leur distance était égâlf à leur rayon. On déterminait de la manière suivante la valeur moYeane de la force magnétique sur la longueur /; une petite bobine C de longueur /, reliée à un galvanomètre balistique, était placée entre lebobines; le plan des spires de C était parallèle à celui des bobines, ei sa section était un rectangle de 5*^" sur i*^'". On envoyait un courant connu dans les bobines extérieures, et Ton observait TimpulsioDi du galvanomètre quand le courant était renversé. La bobine Célajl ensuite placée au centre de deux très grandes bobines, de manière qu'elle fût dans un champ uniforme : on renversait le courant daib les grandes bobines et Ton observait l'impulsion ^ du galvanoraèlif; de la comparaison de a et 3, on pouvait déduire la valeur movennf de la force magnétique sur la longueur /; on a trouvé qu'elle était

i désignant le courant dans les bobines.

Une série d'expériences a montré que la déviation éleclroslatique est proportionnelle à l'intensité du champ entre les plaques; le courant était réglé de façon que les déviations électrostatique et magnétique fussent égales

fit

Gar. 6. H. F. /. 7 t-

Air — 5,5 i,5xio'« 5 i,3xio-' 2,8xio»

Air ^ 5,4 i,5xio»o 5 i,ixio-^ i,^^^^

iio '

Air — 6,6 i,5xio«o 5 1,2 xio"^ a,3xif*

Hydrogène -^ 6,3 i,5xio»o 5 i,5xio-" 2,3xio*

Gaz carbonique 6,9 1,5X10**^ 5 ï,5xio'' a,2Xio*

Air — 5 i,8xio«o 5 i,3xio--' 3,6x10»

Air -^ 3.6 I xio»o 5 i,3xio-^ 2,8x1»'