LA FORMATION DES RAYONS CATHODIQUES

ioa5

uffisammcnt le leinps de pose. On constate alors les phénomènes

iiivanls :

Avec des lames d'aluminium très minces (moins de o'"",i d'épais-

.eur) un faisceau de rayons 3 passe sans déviation ni difVusion nota-

îles. Avec deux feuilles d'aluminium battu tout se passe à peu près :omme s'il n'y avait rien.

Mais il en est tout autrement quand les lames d^aluminium attei- [jnent quelques dixièmes de millimètre d'épaisseur. Dans ce cas les rayons, supposés obliques à la lame, sont déviés par cette dernière et se rapprochent de la normale. La déviation est d'autant plus considé-^ rable que l'épaisseur est plus forte. Avec des lames dépassant i™"*,

le faisceau émergent, d'ailleurs assez diffus, est sensiblement normal

à la lame.

On réalise aisément l'expérience au moyen du dispositif représenté

Fig. II.

fomh

Aluminium

Pië^9 sênsiMû

Aluminium bëHu (éêuM feui/fes)

A/, épstss': û'^Pû

AI. ép' cr^o

AI. épr âT95 ou

Séparalîoa des rayons ^ et y du radium par leur passage au travers de lames

de diverses épaisseurs.

fi;i;:ure 1 1 ; la partie supérieure est une coupe verticale indiquant la marche des rayons; la partie inférieure est une projection horizontale sur laquelle le résultat photographique a été seul représenté, calqué sur un des clichés ainsi obtenus. La trace des rayons v non déviables indique la région de la plaque que devraient atteindre les rayons ^ s'ils se propageaient en ligne droite au travers de l'obstacle. On voit que pour des épaisseurs croissantes d'aluminium les rayons sont de plus en plus déviés.

La figure 12 représente le résultat d'une expérience analogue : sur S. P. 65

iv |^U<^u«r fAwlytfapiiJfju*-- *-ii>*-l(-p(.M- dt jniï>îer noir, est poséf o

kprturt fih'itiifr afiliiqtie fI fiir-Hmile monlrliil la srp*r»tioD do r«tna> in par lrin>(ini>«i'in au tn*Frs d'une limr tpai»«. — Faàoean Irc» obliqK. Iliapliniiiiif ciri^uliiire (grandeur oalurrllc).

ruve originale au majeo de laquelle ■'•nlcir I non déviables (rayons f) du radiam. — l^> ii'tmlre la plaque photographique suivant vot lel liirn en évidence la propagatïoo rectiligar iiirm l'inipresiiion produite par les rayons ^i' un ofaanip magnétique produit au nio^m

[ibratriiie de pUmili iuMVi.runooiivciliii-*

uLaire, Les rayons ïeli' ileiiï impression-; ^ur

LA FORMATION DES RAYONS CATHODIQUES. lOIJ

i plaque, Kune très nette et elliptique correspond aux rayons y qui assent en ligne droite, l'autre circulaire est donnée par les rayons ^ ui ont traversé la laine d'aluminium presque normalement. Cette race circulaire est légèrement diffuse.

Il y aurait donc lieu de considérer une couche de passage, assez 'paisse pour les rayons ^ du radium, très mince probablement pour es rayons des ampoules de Crookes, à partir de laquelle la transmission se ferait normalement à la lame traversée.

Sur la décharge électrique dans les gai raréfiés.

Une ampoule de Crookes (tube à croix, ou mieux tube de Braun pour pouvoir observer facilement la déviation magnétique des rayons) «st excitée par une bouteille de Leyde qu'on alimente par une machine statique, source à débit régulier et, en raison de son voltage élevé, à peu près indépendant de la charge de la bouteille (*). bans ces conditions l'émission cathodique ordinaire apparaît dès que la différence de potentiel aux électrodes dépasse une certaine valeur V C|ui dépend de l'état de l'ampoule.

Le nombre de rayons émis par seconde (intensité) augmente avec l'excès du voltage sur la valeur V. Si l'on arrête la machine l'émission continue pendant un certain temps, une demi-minute par exemple, et s'arrête quand on est redescendu à la valeur V ou à peu près, la bouleille restant ainsi chargée. Il s'est produit dans le diélectrique une fuite réparable et dont le débit est limité par Tampoule elle-même, indépendamment des résistances extérieures, nulles ici. Mais si, au moyen de la machine, on surmonte cette fuite, et qu'on élève le voltage jusqu'à une nouvelle valeur particulière V, supérieure à V, le condensateur se décharge instantanément et complètement dans l'ampoule avec un bruit sec; en même temps le gaz résiduel s'illumine en masse. On peut cependant, surtout avec de faibles capacités, constater la présence de rayons en majeure partie plus déviables que dans la première partie de l'expérience, ce qui est aisé à prévoir, le voltage descendant de V jusqu'à zéro.

Le premier mode de décharge est l'analogue de l'aigrette bruissante qui, à la pression ordinaire, s'échappe des armatures d'une bouteille de Leyde fortement chargée.

(') Pour une simple expérience (ie dénionstratioii ii est plus commode de charger la bouteille avec une bobine de Bulimkoriï munie d'une soupape électrique.

IO-28 p. VILLARD. — LA FOBHATiœC lES WLATWOa

Le second inode constitue une ruplare irréparable da diélectrique. il rquivaut à un court-circuit, et le débit n'est limité qoe par les résistances extérieures. Avec le condensatear. des ctscillation^ se produisent et le voltage tombe à zéro en an temps extrêmement court. Il est évident que si le condensateur, réservoir à faible capacité, était remplacé par des accumulateurs. c*est an arc qui s'établirait.

Ou réalise cette seconde forme de l'expérience avec une batterie capable de donner Soo""'''"^ continus, et une ampoule peu résistante. Kn élevant peu à peu le voltage on a d'abord des rajons cathodiques (|ui rendent le verrre fluorescent [débit - j^ ^ ji d'ampère < * ;]. Si Ton c!ontinue à élever la différence de potentiel, brusquement un arc s^allunie, faisant sauter les plombs fusibles etpuhérisant l'ampoule si Ton n'a |)as mis en série un rhéostat sufBsant.

Il en (;sl encore de même avec une lampe â mercure dans laquelle on a, à volonté, soit la fluorescence cathodique sous Soooo^*****, ou encon;, en cliauflant fortement le mercure, une pâle luminescence de la vapcîur sous .'^oo*"'^* à 4^0****% î^vec un débit insignifiant, puis, en élevant le voltage, l'allumage de Tare qui se maintient sous i5^"''*à ,^.yuiu ^»| débile autant d'ampères que Ton veut.

Dans l'air raréfié à 5*^'" ou 6*^"* de mercure on observe également deux formes de décharge : l'étincelle non oscillante en forme de ruhan de feu très sensible à l'aimant, ou au contraire un trait de feu, non (léviable, très brillant (dix ou quinze fois plus long qu'à fair libr(*), à caractère oscillant et à débit instantané considérable; en niéiiie temps la gaine négative violette disparait. Il suffit pour avoir ce trait d(* feu de joindn; à la source (bobine ou machine statique) une iMMileilIr de Leyde dont on laisse le voltage s'élever en intercalant un p(*lil intervalle explosif entre elle et le tube à gaz raréfié.

l'in abaissant la pression on voit ce trait de feu se transformer (Tahord par endroits, puis totalement, en une nébulosité de plus en pliiH dil)'iis(*« mais toujours très p^u sensible à l'aimant et à caractère iieMenii*nl os(*illant. Sa couleur est également très difl'érente de celle de lu (Milonut* anoditjue ordinaire. Le défaut de sensibilité magnétique «le celle th^eliarge hrustpie s'explique peut-être par son peu de durée.

( ' ) ( ,0 (Irliii «'imniH' on rôaliio à ((Mê de celui des bobines explique la fluorescence tl«'>t pdioit MMit un iiussi l);is Noilagc.

RFXHERCHES EXPERIMENTALES

SUR LA VITESSE ET SUR LA DÉVUTION MACtNÉTIQUE

Par E. WIECHEHT.

Traduit de rallemand par Eugène BLOGH.

Annaien der Physik und C hernie, t. L\IX, 1899, P- 7^9 ^ 7^^-

(Elirait des Nachrichten de la Société royale des Sciences de GôUingen, Classe Mathéin.-Ph\s., Cahier III, 1898, p. 'j6o, comiiiuniqué avec quelques inodifications par !*auleur.)

§ 1. — Introdnction.

L'origine des expériences décrites ci-après fut la découverte par Rôntgen des rayons qui portent son nom. De leur mode de formation et de leurs propriétés, je crus pouvoir conclure qu'ils consistent en ondes électromagnétiques de très courte période, ou, plus vraisemblablement encore, en une suite d'impulsions produites par le choc des particules cathodiques lancées par la cathode contre les particules matérielles qu'elles rencontrent. Cette conception, que j'ai développée de plus près dans un Mémoire (') publié au printemps de 1896, présume l'exactitude de l'hypothèse de l'émission pour les rayons cathodiques, et elle suppose à ceux-ci des vitesses bien supérieures à celles qui existent en moyenne dans les mouvements d'agitation thermique, même aux plus hautes températures accessibles à nos expériences. Il me fallait, par suite, essayer de consolider l'hypothèse de l'émission, encore contestée alors à maintes reprises et par des physiciens éminents, et essayer d'obtenir un résultat décisif sur la vitesse des rayons. En combinant dans ce but des observations sur la chute de potentiel dans le tube à décharges et sur la déviation magnétique des rayons cathodiques (^), j'obtins, pour la vitesse, des valeurs

(') E. WiECHEUT, Abh. d. physikal.'Okonom. Gesellsch. à Konigsbcrg, t. XXXVII, 1896, p. I.

(') C/. le rapport cité plus loin du 7 janvier 1897.

1030 E. WIEGHERT.

extraordinairement élevées, valeurs qui n'étaient pas très éloignées de la vitesse de la lumière. Ceci est assurément en accord parfait avec l'hypothèse initiale sur les rayons de Rontgen ; mais je trouvai, de plus, que la déviation des rayons cathodiques est beaucoup plus grande qu'il ne serait possible, s'ils consistaient en traînées d'atomes ou de groupes d'atomes chimiques ordinaires. Si l'on voulait conserver l'hypothèse de l'émission, il ne restait plus qu'à conclure que les particules lancées par la cathode possèdent une masse beaucoup plus faible que les alomes d'hydrogène. Par là la question de la nature des rayons cathodiques prenait une importance fondamentale pour la théorie de l'électrodynamique que j'ai développée en accord étroit avec H. -A. Lorentz : il devenait, en effet, présumable que, dans les rayons cathodiques, se meuvent librement ces mêmes atomesmatériels spéciaux chargés d'électricité, dont la théorie avait besoin pour classer en un système satisfaisant la conductibilité métallique et les différences dans les charges moléculaires.

Dans ces conditionsy je me suis proposé de mesurer la vitesse des rayons cathodiques directement, sans utiliser l* hypothèse de rémission, et de soumettre ainsi la nouvelle conception à une épreuve décisive.

Mes travaux à l'Institut malhématico-physique de l'Université de Ronigsberg, qui durent être interrompus au début de i^yj, ne conduisirent pas de suite au but. Je réussis seulement à mettre hors de doute que la vitesse est si grande que l'hypothèse d'ions chimiques ordinaires est totalement exclue. Les résultats provisoires et les conséquences qui s'y rattachent furent exposés dans le rapport (*) intitulé : I. Sur la nature de l'électricité; II. Recherches expérimentales sur les rayons cathodiques, le 7 janvier 1897. J'indiquai là que la masse des particules qui composent les rayons cathodiques était de 2000 à 4ooo fois moindre que celle des atomes d'hydrogène ►

Grâce à l'aide de M. le conseiller privé Prof. D' Voigt et à l'appui de la Société royale des Sciences de Gottingen, je pus reprendre les expériences pendant l'été de 1897, et j'arrivai cette fois au résultat désiré : Il fut possible de mesurer la vitesse, et les valeurs obtenues se placèrent réellement dans ^intervalle prévu par des considérations théoriques.

( ' ) Imprimé in extenso dans les Sitzungsber, d. physikal,-okonom, Geseltsch., à KônÎKsberg, t. XXXVIIÏ, 1897. P- « à 16; première partie imprimée dans la NaturwissenschaftL Bundschau, mai 1897. Une analyse se trouve dans les BeibL, t. XXU 1^97» P- W (^ ^^ ^i"« il y a deux fois à tort 300 au lieu de 2000).

LA VITESSE ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. Io3l

A la Réunion des IValurforscher à Braanschweig , en septembre 189^. je fis une communicalion provisoire (*). Un exposé plus détaillé, où l'on a tenu compte d'observations ultérieures, occupe les pages qui vont suivre. En particulier, on a refait des mesures plus exactes sur la dé\iation magnétique afin d'obtenir sur la masse des particules en mouvement un résultat plus silr que dans la première publication du ^janvier 189^.

Le résultat positif de ces recherches (si on les rapproche des nouvelles découvertes et mesures connexes faites d'autre part) fournit une base expérimentale solide aux conceptions suivantes, que je n'osais exprimer dans des travaux antérieurs (=*) qu'avec la plus grande réserve :

La charge électrique de toute particule matérielle ri est autre chose i/u'une liaison électrodynamique avec l\Hlier j qui dépend essentiellement de la nature spéciale de la particule et qui ne varie jamais.

Tout changement de charge d'un corps matériel est en même temps un changement de sa composition matérielle, et tout courant électrique est une convection d'électricité par des particules matérielles. Dans la conductibilité métallique, il y a mouvement de certaias atomes électriques, qui existent à côté des atomes de la chimie, et ce sont ces atomes qui s'échangent quand, dans les phénomènes d'électrolyse, les charges moléculaires varient. fJ électricité devient ainsi, dans une certaine mesure, elle-même de la matière^ ou tout au moins une forme des manifestations de la mat ière.

Les rayons cathodiques prouvent l'existence d'atomes négatifs spéciaux. Nous ne possédons, autant que je puis voir, aucune indication précise qui nous porte à admettre aussi l'existence d'atomes positifs correspondants. Même le phénomène de Hall dans les métiux n'exige pas cette hypothèse, car il n'est pas nécessaire, pour son explication, d'admettre un mouvement des particules positives dans un sens invariable, mais il suffit d'un mouvement de va-et-vient. Il

(' ) E. WiEcHERT, Verhandl. d. Gesellsch. Deutscher .Xalur/orscher u. Aerzte 9 éuriiun de Braunschweig, II' Parlie, première inoilié, iHij^, p. 5o à 5'i.

{- ) E. WiKCHERT, Sitzungsber, d. physiknl.-ôAonom, Gesettsch., Kônigsbcrg, . WXV, 1894, p. 4; Abh. de la même GeseUych., t. VXWll, 1896, p. i; NaturvissenschafU. /tundschau, l. VI, 1896, n» 47. Cf. aussi les travaux plus récents : \^achrichten d. kgl. Gesellsch. d. Wiasensch., à Gôttinj;cn, \faik -phys. Ktasse 898, p. ly et Festschrift pour la féie de linausuraLioa du monument de Gauss et ^Veber à Gôttingen, il* Partie. Leipzig, chez Teuboer, 1899.

I«32 E. WIECHERT.

est néanmoins naturel de faire l'hypothèse beaucoup plus large que la matière peut se résoudre entièrement en deux sortes d^atomes électrisés, les uns négatifs, les autres positifs.

C'est pour moi une grande joie que de pouvoir exprimer à celtt* place aux directeurs des Instituts physiques de Kcinigsberg et de GiHtingen, MM. les Professeurs Volkmann, Voigt et Riecke, ainsi qu'à la Société royale des Sciences de Gôltingen^ ma profonde reconnaissance pour le bienveillant concours qu'ils ont prêté à mon tra\ail.

M- — Méthode de mesure de la Titesse.

Des évaluations et des mesures antérieures de la vitesse des rayons cathodiques sans l'emploi de l'hypothèse de l'émission ont été faile> parGoldstein (*), Spottiswoode etFletscher Moulton (^), J.-J. Thomson (') et Th. Des Coudres (^). Les méthodes de Goldstein et de Spottiswoode et Fletscher Moulton, qui utilisaient les déviations des rayons cathodiques par une seconde cathode, ne peuvent pas être considérées comme rigoureuses d'après nos connaissances actuelles (-*); il en est donc de même de leurs résultats. D'après Goldstein, la vitesse serait plus grande que 800 000'" par seconde ; d'après Spottiswoode et Fletscher Moulton, elle serait notablement plus petite que la vitesse de la lumière. J.-J. Thomson s'est servi du miroir tournant pour mesurer la différence entre les époques d'illumination de deux surfaces phosphorescentes situées à des distances différentes de la cathode. 11 trouva une vitesse de 200000™ par seconde, mais il a renoncé de lui-même récemment à ce résultat qu'il considère comme beaucoup trop faible. Th. Des Coudres a employé pour la mesure du temps les oscillations électriques et a établi que la vitesse était certainement supérieure à 2000000" par seconde; on donnera plus loin des détails plus complets sur la méthode.

(*) E. GoLDSTEi^ff Monatsber. d. k. Akad. d. Wissensch, de Berlin, année i^'^-î, p. 122; Wied. Ann., l. \1I, i«8o, p. loi.

(') W. Spottiswoode et PLFiscHEn Moulton, Phil. Trans, Roy. Soc., t. CLXXI. 1880, p 627.

(3) J.-J. Thomson, Phii. 3fag., l. XXXVIII, 189^, p. 358.

{*) Th. Des Coron i;s, Verhandl. d. phrsikal. Geselhch. de Berlin, t. XÏV, i8o5, p. 86: I. XVI. 1897. P* '^7î Verhandl. d. Gexellsch. Deutscher Aatur/orscher u. AeF'zte, réunion de Francforts. -Af., 2* Partie, i" moitié, 1896, p. 6»».

f*) Cf. la discussion pins approfondie dans le Mémoire original, Golt. /Vachrichten : Math.-phys. Klasse, Cahier 1, 1898.

LA VITKSSE KT L\ DÉVIATION IIAGNKTIQL'K DES HAYONS CATHODIQUES. lo33

Pour inos propres mesures, il m'a semblé (|ue le miroir tournant n'oflVait que peu d'espoir de succès pour les vitesses extraorainaireinent grandes auxquelles il fallait s'attendre; et je me suis décidé par suite à employer, en conformité avec Des Coudres, les oscillations électriqu^'s.

La mesure de la vitesse e\\^e que l'on évalue l'intervalle de temps pendant lequel les rayons parcourent un chemin déterminé. Dans notre cas il faut donc ra|)porter le début et la fin du parcours aux phases de la vibration du système électrique qui sert à la mesure. Pour ce qui est du début, le proc^édé le plus naturel est de simplifier la méthode d'observation, comme l'a du reste fait Des Coudres dans ses mesures, en chargeant le système même qui sert à la mesure de rémission des rayons cathodiques. On peut alors placer l'origine de la distance à mesurer à Télectrode elle-même, et le début du parcours du rayon est déterminé par ce fait, qu'il se produit pendant que le système en\oie de l'électricité négative à l'électrode. Pour situer dans le temps l'arrivée des rayons, on peut utiliser soit, avec Des Coudres, la modification subie par le rayon sous l'influence magnétique d'une portion du système de mesure qui transporte le courant, soit la modification sous rinlluence électrique d'une seconde électrode.

Des expériences de ce genre dans l'automne de 1 896 me montrèrent qu'il y avait peu d'espoir d'atteindre ainsi le but, car il n'était pas possible d'obtenir des rayons cathodiques de longueur même approximativement suffisante. Dans l'intérêt de ce qui va suivre il est nécessaire de développer ceci d'un peu plus près.

Soil T la durée d'une oscillation complète du système de mesure,

L la longueur de l'onde électrodynamique correspondante, de sorte

que