W — IV

ïi.

8,8 X io-«

8,5xio-«

Tablk\u III. — Oxygène — produit par électrolyse d'une solution

de potasse caustique.

/ij.

pi»

o,oo35

6,8 X lu-»

o,oo35

1 ,oo;6

17 X io-«

2,5l X IO-»

Le Tableau 1 donne les résultats obtenus avec Toxygène positif. Dans chaque expérience un courant de i4 ampères était employé, et le courant gazeux traversait F pendant 20 minutes.

Le Tableau II donne de semblables résultats pour l'hydrogène chargé négativement.

Le Tableau III a trait à l'oxygène négatif provenant de Télectrolyse d'une solution de potasse caustique, le courant gazeux traversant F pendant i5 minutes dans chaque expérience.

Les expériences ont été elfectuées avec des dillérences de densité d'électrisation p très accentuées, afin de trouver la façon dont le nuage

variait avec Félectrisation; le rapport de — — — est donné par la

dernière colonne pour chaque expérience. Les variations de p étaient obtenues en faisant varier la température du voltamètre d'où le gaz se dégageait quand Télectrolyte est Tacide sulfurique dilué, ou une solu-

9o8 J.-S. TOWNSEND.

lion de potasse caustique; la charge du gaz libéré par un couraat donné augmente lorsque la température de Félectrolyte est élevée.

4. Les nombres des Tableaux montrent, dans tous les cas, la proportionnalité du poids du nuage à la charge, et qu'entre o" et î4"C. cette proportionnalité ne varie pas avec la température de Teau qui forme le nuage. Dans le cas de l'oxygène négatif, la relation n'est pas aussi exacte que pour les autres gaz; la seule différence chimique constatée était que le premier présentait un caractère alcalin et le second un caractère faiblement acide. Comme la vapeur s'élevant d'une solution de potasse caustique chaude ne change pas en bleu le tournesol rouge, l'alcalinité du gaz doit être due à des petites particules Je potasse caustique entraînées de l'électrolyte par le gaz, et qui lui donnent un caractère alcalin même après avoir barboté à travers l'acide sulfurique ; ceci pourrait, d'ailleurs, être recherché à toute température du voltamètre, en faisant traverser à l'oxygène ou à l'hydrogène un tube rempli de tournesol rouge.

L'oxygène préparé par électrolyse de la potasse caustique n'a pas de charge appréciable jusqu'à ce que la température du voltamètre soit d'environ 20" C, et le nuage commence à apparaître en même temps que la charge du gaz, de façon que la présence de l'humidité alcaline peut avoir seulement un effet très faible, aucun nuage n'étant observé dans l'oxygène venant du voltamètre à une température de io"C., quoique la présence de potasse caustique dans l'humidité qui charge le gaz peut être facilement mise en évidence.

o. Les expériences suivantes, très simples, montrent comment sont reliées d'une façon intime l'une avec l'autre la charge du gaz et la formation du nuage :

L'appareil employé est représenté {Jig* 2). L'oxygène mis en liberté par un courant de 10 ampères, traversant un voltamètre rempli de potasse caustique de densité i,3, barbotait dans une solution d'iodure de potassium contenue dans le flacon A, pour enlever toute trace d'ozone. Avant d'entrer dans l'inducteur I, le gaz traversait une couche d'eau B; I était relié aux quadrants d'un électromètre de façon à ce que la déviation lue sur l'échelle de cet appareil mesurât la charge du gaz. Comme le gaz, avant d'entrer en I, ne traversait aucun tampon de coton de verre, une quantité aussi grande que possible d'humidité était entraînée du voltamètre.

Le voltamètre était à basse température (11**) pour commencer, et

SUR LES PROPRIETES ELBCTRIQtES DES GAZ RECEMMENT PREPARES.

un courant de 10 ampères y était lancé, qui graduellement chauiTait rélectrolyte. Durant les premières 9 minutes que le courant passait et que le gaz entrait dans l'inducteur, on n'observait aucune électrisalion et aucun nuage ne se voyait au-dessus de l'eau en B; pendant ces 9 minutes la température s'élevait de 1 1" à 18**. Pendant les 5 minutes suivantes, avait lieu une déviation de neuf divisions dans le sens négatif, la température du voltamètre s'était élevée à 21", 5. A une température comprise entre 22" et aS" un nuage fin commençait à se montrer au-dessus de l'eau en B, et l'on observait sur l'échelle (le Télectromètre une déviation de quatre divisions par minute, de

Fig. a.

^orte qu'une faible électrisation d'environ 2 x 10"* unités électrostatiques est nécessaire avant que le nuage devienne distinctement visible. (^)uand le courant continue à passer, que le voltamètre devient plus chaud, Téleclrisation du gaz augmente et le nuage devient plus dense.

6. Afin de montrer que le nuage disparait quand la charge du gaz est enlevée, la température du voltamètre était élevée à 48", et, à laide du même appareil que celui employé pour les dernières expériences, les trois résultats suivants ont été obtenus :

a. Quand le gaz passe du voltamètre à l'inducteur sans filtrer à travers du coton de verre, un nuage dense est observé dans B audessus de Teau, et une déviation de vingt-neuf divisions par minute >e produit dans le sens négatif quand le gaz entre dans 1.

b. Le tube reliant A à B est enlevé et un tube contenant du coton de verre y est substitué. Avec le même courant traversant le voltamètre, un léger nuage a été vu au-dessus de l'eau en B, et la déviation réduite à six divisions par minute. L'électrisation du gaz a été réduite ainsi d'un cinquième de sa valeur primitive en passant à

travers 15*^" de coton de verre. Celte longueur de coton de verre n'a pu laisser passer qu'une faible proportion de particules alcalines {voir Section 4); mais le nuage était distinctement visible.

c. Le tube contenant le coton de verre était chauffé avec un bec Bunsen et son pouvoir de décharge était considérablement accru, ce qui était mis en évidence par le fait que la déviation n'était plus que de deux divisions par minute et qu'aucun nuage ne se voyait audessus de Teau en B. Il est ainsi évident que la formation du nuage et la présence de la charge sont des phénomènes qui s'accompagnent l'un l'autre.

7. Les nuages formés sont à peine différents en apparence et, pour des électrisations égales, ceux formés dans l'oxygène sont plus blancs que ceux formés dans l'hydrogène; il faut aussi signaler une difl'érence entre les nuages formés dans l'oxygène positif ou négatif, celui formé dans le second étant plus blanc. Ceci montrerait que dan^ l'oxygène négatif les gouttes sont plus grandes que dans l'oxygène positif et, dans les deux cas, plus grosses que dans l'hydrogène. Lne valeur très approchée du rayon de la goutte peut s'obtenir en observant la vitesse avec laquelle le nuage tombe dans le récipient. La vitesse de la goutte dans le gaz s'obtenait en prenant deux photographies du nuage à des moments séparés de quelques minutes. La figure 3 représente deux photographies prises d'un nuage formé par de l'oxygène préparé par électrolyse d'une solution d'acide sulfurique qui a barboté dans de l'eau. Entre les deux photographies, 3 minutes se sont écoulées, et l'échelle montre que pendant ce temps le nuage «st tombé entre 9™" et 10'""'. Des expériences semblables ont été faites avec les autres gaz, mais dans le cas de l'hydrogène la limite du nuage n'était jamais aussi distincte que dans l'oxygène.

Les dimensions des gouttes ont été obtenues à l'aide de la formule

6ir;jLaV = \ Tza^ g (L4mb, Motion of fluids^ p. 2-29).

Ceci donne pour le rayon de la goutte dans l'oxygène positif 6,8 X io~', la vitesse de chute étant 10™"' en 3 minutes, et le rayon de la goutte dans l'oxygène négatif 7^9 x io~*, la vitesse de chute ^lant de 18™*" en 4 minutes.

Nous connaissons le poids de chaque goutte, et, divisant par ce nombre le poids du nuage correspondant, nous avons le nombre de gouttes par centimètre cube. En divisant par le nombre de gouttes la charge par centimètre cube, on obtient la charge portée par 'Chaque goutte.

ÉLErTHiglihS 0KB GAZ RErEUHEFiT PREPARES. gil

La charge portée par le véhicule positif était ainsi trouvée égale à 3,4 X iO~"* et celle portée par le négatif a.g X io~'». En tenant compte des erreurs eipériiiienlales, ces deux charges peuvent

Fis. 3.

être considérées égales et ayant approiimativenient comme valeur 3 X 10 "'". La charge portée par l'hvdrogéne a été trouvée n'être qu'un liersou les deux tiers de cette valeur, mais elle n'a pu être mesurée avec beaucoup de précision, étant donnée la difficulté de déterminer le diamèire de la goutte. Pour le cas présent, on prendra pour cette chaîne - X lo"'*.

Tit«su dn Tshicolo sonmis à une force électromotrice.

8. On a montré que le rayon de la goutte formant le nuage est de 8x lo"' dans le cas de l'oxygène chargé négalivement, de telle façon que son poids est de 2 X io~" grammes, et que, lorsqu'il est soumis à l'inRuence de la pesanteur, il tombe avec une vitesse de rS""" eu i secondes, La force qui agitsur la goutte est pratiquement a x lo', de façon qu'il faudrait, pour produire une vitesse équivalente, une

force électrique de ^^ï unités absolues, c'est-à-dire 3ooo volts

par centimètre. Quand le gaz a harhoté à travers l'acide sulfurique. le rayon du véhicule est tellement réduit qu'il est facile de voir l'etl'et de mutuelle répulsion des particules portant la charge.

912 J.-S. TOWNSENU.

9. La méthode suivante est générale pour la recherche du mouvement d'un gaz dans un récipient de forme quelconque, la distribution étant uniforme. Si p est la densité d'électrisation en un point quelconque du gaz, si «, v et w sont les vitesses des véhicules le long des axes des x^y et z, l'équation de continuité est

I ôp du dv dw

p 8< djr dy dz ~ '^

la notation étant la même que celle employée par l^amb dans son

ouvrage Moiuemenl des fluides. Si ^ est le potentiel électrique,

/T<i> d^ d^ — -j-i — -j- » ji sont les forces qui agissent sur les véhicules

chargés, et leurs vitesses «/, i^ et w sont données par les équations

dx dy dz

où e est la charge du véhicule et k une constante qui doit être déterminée expérimentalement. Substituant ces valeurs pour w, ç et «'dans Téquation de continuité, nous avons

- V-, — cA** =o.

p tt

mais comme A^<ï> = — 4''^?

— :r- = ^TZe.

En intégrant nous avons

Po

OÙ p,i est la densité initiale, uniforme à travers l'espace considéré.

L'équation (2) montre que le mouvement a lieu de telle façon que la densité p est une fonction du temps seul, et ne varie pas en différents points du gaz; par suite, aucune variation n'a lieu dans la

pression du gaz chargé, et les termes ^ » -7^ » ^ dont il faut tenir

compte quand on considère le mouvement des gaz, peuvent être supprimés dans les équations (1). puisque y> ne varie pas d'un point à un autre.

Quand le gaz est dans un récipient clos, la répulsion mutuelle des véhicules de l'électricité les amène aux parois contre lesquelles ils

SCR LES PROPBIÉTBS ÉLECTRIQUES IlES GAZ RÉCEMMENT PRÉPARÉS. Ql^

peuvent se décharger ou contre lesquelles ils restent si près qu'ils ne peuvent en être chassés par le courant gazeux. L'équation (2) donne lîi densité du gaz chargé restant dans le récipient, et, si ce dernier est ronslitué par un conducteur isolé relié à une paire de quadrants «l'un électromètre, la déviation de Taiguille sera proportionnelle à p ijuand le gaz chargé sera chassé du récipient.

10. Afin de chercher expérimentalement avec quelle vitesse le gaz perd sa charge contre les parois d'un inducteur ou, en d'autres termes, afin de trouver comment varie la densité p avec le temps, un cjlindre <le métal c {fig. 4) long de 30*^", 2 et de i*^",6 de diamètre a été em-

Fig. 4.

ployé, les deux extrémités du cylindre étant fixées dans les blocs de paraffine P| et P2 ^-^ même temps que les tubes de verre T| et Tj. Le lube T| qui servait à remplir le cylindre avait plusieurs couches de loile métallique de cuivre fine au travers de l'extrémité large, qui tendait à distribuer le gaz uniformément. Tout l'appareil était contenu dans un écran, les extrémités A et B des tubes conduisant au cylindre ^e projetant en dehors de l'écran ; de cette façon le gaz chargé pouvait être introduit dans l'appareil sans déplacer un assemblage de tubes à l'intérieur de l'écran; de sorte que la déviation lue sur 1 échelle de l'électromètre, quand c était relié aux quadrants isolés^ S. P. 58

9l4 J--S. TOWNSEND.

était seulement due à Fenlèvement de la charge à l'intérieur de c. Tout effet dû à la gravitation sur le mouvement des véhicules >ers les parois du tube était supprimé en plaçant le tube verticalement.

H. Les gaz examinés étaient l'oxygène et l'hydrogène dégagés par l'électrolyse d'une solution d'acide sulfurique dilué. Le voltamètre était porté à une température d'environ 20" au-dessus de celle de la salle, il pouvait être maintenu ù cette température en faisant passer le courant. Au moyen d'un ampèremètre et d'une résistance variable dans le circuit, le courant pouvait être maintenu constant.

On possède de cette façon une méthode permettant de remplir le cylindre plusieurs fois d'un gaz ayant une électrisation constante par centimètre cube; quand on remplit le cylindre d'hydrogène il vaut mieux amener le gaz par le haut et, quand on fait cette opération avec l'oxygène, amener le gaz par le bas, afin de chasser l'air dans le moins de temps possible, car il vaut mieux ne pas faire passer le courant plus de 5 minutes chaque fois, quand un certain nombre d'opérations réclamant la même électrisation doivent être faites.

Les gaz barbotaient d'abord dans de l'iodure de potassium, puis dans de l'acide sulfurique concentré de façon à entrer dans D parfaitement secs. Le cylindre et le tube qui lui étaient reliés étaient séchés en les chauffant avec un bec Bunsen et en les faisant traverser par de l'air sec. Cette précaution est absolument nécessaire, car il faut une très faible quantité d'humidité pour former un nuage, ce qui entraverait la marche des véhicules.

12. Une série d'expériences du genre suivant ont été faites. Le cylindre était relié à une paire de quadrants d'un électromètre, celle dernière était mise au sol pendant que le cylindre était rempli et isolée avant qu'on ne chassât le gaz afin de faire les lectures dans la même parlie de l'échelle. Le tube A fermé, D relié au tube d'arri\ée du laveur à acide sulfurique, un courant de i4 ampères était lancé dans le voltamètre. 11 fallait seulement 5 minutes pour remplir c complètement avec le gaz chargé, le circuit était alors ouvert et B fermé, en même temps un chronomètre était mis en mouvement. Après t minutes les extrémités A et B étaient ouvertes, et de l'air sec non électrisé envoyé dans c pour expulser le gaz chargé; on observait alors une déviation de n divisions sur l'échelle de l'électromètre, cette déviation était proportionnelle à p, p étant la densité d'électrisalion après que le gaz a séjourné un temps t du gaz dans le cylindre.