LA VITBSSK ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES

(les rayons cathodiques de raideur (* ) moyenne (Hr = 200 à 4^o) pl"s loin que So*^" ou 4o*^"' avec une intensité suffisante; le parcours indispensable n'était donc pas atteint à beaucoup près.

Dans ces conditions il paraissait désirable de revenir à une méthode plus générale et de renoncera confier au système de mesure l'émission même des rayons cathodiques. Jl résulte de là une complication : il faut en effet se préoccuper, en plus, d'établir une relation entre l'entrée des rayons cathodiques dans le domaine de mesure et les oscillations (lu système de mesure. Dans ce but il est nécessaire de soumettre le point pris pour origine, au moyen d'une électrode auxiliaire ou d'un (il traversé par un courant, à des forces électriques ou magnétiques dérivées du système de mesure; on crée ainsi artificiellement la périodicité dans le parcours ultérieur des rayons, qui est nécessaire à la mesure de la vitesse, et qui s'établissait d'elle-même dans le cas le plus simple examiné auparavant, 011 le système de mesure provoquait lui-même l'émission des rayons.

La véritable difficulté du dispositif réside dans le rapide amortissement des systèmes électriques à ondes suffisamment courtes pour être employés à la mesure de la vitesse. Ceci a pour conséquence, que seuls peuvent entrer en ligne de compte pour la mesure les rayons cathodiques qui sont émis pendant un intervalle de temps exlraordinairement petit. Pour une longueur d'onde de 10'" par exemple, qui correspond à une période de — de microseconde, les dix premières oscillations complètes, qui peuvent encore fort bien être toutes employées si l'arrangement est bon, ne fournissent pour la mesure qu'un intervalle de j de microseconde. Pour arriver néanmoins au but, on peut, ou bien songer à déclancher le système de mesure un nombre extrêmement grand de fois par seconde, ou bien essayer de condenser l'émission principale des rayons cathodiques dans le petit intervalle de temps où les oscillations du système de mesure sont suffisamment fortes. Comme la première voie paraissait offrir de trop grandes difficultés expérimentales, j'ai suivi la seconde. J'ai pu employer dans ce sens les décharges directes d'une batterie de bouteilles de Leyde à travers un circuit court, et les courants de Tesla produits par les décharges de la batterie. On pouvait au premier

(') Par raideur il faut entendre le produit Hr caractéristique comme on sait de cha4|ue espèce de rayons cathodiques; r représente le rayon de courbure de la trajectoire, H le champ magnétique déviant; il faut désigner d'une manière correspondante l'expression -rr- par Ue\iabilité.

10i6 E. WIECIIKRT.

abord trr)uver délicate la condilion. que les deux systèmes servant à la iiHîsure de la vitesse et à J'émission des rayons cathodiques dussent <Ure dëdanchés avec une concordance rigoureuse; j'ai pu résoudre la difficuilté en employant r artifice de déclancher les deux systèmes a\'ec la même étincelle; pour le reste ceux-ci doivent et peuvent être entièrement indépendants.

On remarquera qu'il s'agit de nouveau, exactement comme dans la méthode simplifiée décrite tout d'abord, d'employer pour la production des rayons cathodiques des systèmes à jeu rapide. On se trouve donc ici aussi limité, pour un système de mesure donné, dans la longueur qu'il e>l possible de communiquer aux rayons cathodiques, et ici encore la longueur devient d'autant plus petite que le système de mesure vibre plus rapidement. Mais on a toujours, sur la disposition antérieure, le ^^nd avantage, que le système d'émission peut être pluâ lent que le svsième de mesure, et, de fait, si l'expérience est montée a\ecs«oiîn. il devient possible sans grande difficulté d'eU'ectuerla mesure de U vîiesc^.

§ X. — liipHîiMB en Myériencas pour la mesure de la vitesse.

fui >ÀNfe»e .ft« SKStèflie de mesure des longueurs d'onde comprises «raicrtf *>* et ^v" euvm>o. Dans la construction il fallait d'abord se vfT'Vvc'i ?•? r -it ^mèrt- le> oscillations simples, c'est-à-dire d'éviter les :Kiruiott:»^uf>. J'ai cfcp>isi pour cette raison le dispositif de Lécher, aaa> itf»^urft «ieux rv^oKiens^Ateurs c\ c i /ig^ i) sont réunis d'un côté

Kij:- I.

^Kir IVtincelh' de dérhar«;e F, de l'autre métalliquement.

Knsuite il fallait obtenir de très grandes intensités de courant, jHuir rendre forte l'action sur les rayons cathodiques. Dans ce but on dmuiait aux (!on<lrnsateurs la plus grande capacité possible, et aux connexions entn' <*ux la plus petite self-induction possible.

Kniiii il était nécessaire de diminuer le plus possible l'ai!iorli>>enient des oscillations, afin d'a;j;raiidir le plus possible dans le temps le domaine <les mesures. Pour celte raison j'ai utilisé pour la mesure.

LA VITESSE BT LA DÉVIATION MAGNÉTIQl'E DES RAYONS CATHODIQUES. Io37

non pas l'action électrique sur les rayons cathodiques, qui eût exigé dans le tube de décharge la présence d'électrodes fortement amortissantes appartenant au système de mesure, mais Taclion magnétique, pour laquelle il suffit d'amener au voisinage du tube de décharge les fils qui transportent le courant du système de mesure.

Le tube de décharge renfermait une cathode concave (K, fi*^, 2); les décharges étaient réglées de telle sorte que les rayons cathodiques formassent un cAne délié à pointe assez fine, comme cela est indiqué dans la figure schématique 2. Le trajet des rayons à l'intérieur du tube était rendu apparent par l'illumination du gaz : aussi était-il visible au- moins jusqu'à la pointe et même un peu plus loin.

Fig. 3.

Près de la pointe du cône de rayons le tube portait un diaphragme métallique Bi muni d'une petite ouverture correspondant à la pointe. A une dislance variable après B| était disposé un second diaphragme B2 muni d'une fente, et, quelques centimètres derrière celui-ci, une lamelle de verre G perpendiculaire à la fente. Les rayons cathodiques qui ont traversé B| et B^ formaient sur G une tache fluorescente verte.

Pour exercer au moyen du système de mesure une action magnétique sur les rayons cathodiques, et pour fixer ainsi tout d'abord le point de départ du parcours à mesurer, un fil réunissant les condensateurs c {fig- 1) était placé auprès du tube, comme la figure 3 le montre clairement en abcde.

La portion abcd est plane et située dans une section passant par Taxe du tube. Pour rendre la représentation plus commode, nous admettrons que cette section est horizontale. Les courants alternatifs, que le système de mesure envoie à travers abcd^ produisent alors un champ magnétique alternatif, dont les lignes de force traversent verticalement le plan méridien horizontal du tube; les déviations du faisceau de rayons se produisent donc dans le plan horizontal. En recourbant abcd de plus en plus près du tube, et augmentant ainsi progressivement l'action, on remarque d'abord que la pointe s'étale dans le plan horizontal. Si l'action est plus forte et si le réglage de tout l'appareil est convenable, le faisceau semble se diviser en deux,

I038 E. WIECHKRT.

comme Findique la figure 3. La séparation n'est qu'une apparence, qui s'explique facilement, si Ton considère que le faisceau oscillant traverse la position centrale avec une vitesse assez grande, et ne subit aux extrémités pendant des temps relativement longs que des déplacements faibles. La division fait voir clairement que les rayons cathodiques ne sont en somme émis que pendant que le système de mesure vibre énergiquement, et que, pendant ce temps, l'amplitude des vibrations ne diminue pas beaucoup. Si l'émission des rayons a lieu pendant une période plus longue, l'espace entre les positions limites de la pointe parait aussi rempli d'une lumière intense; si enfin une grande partie des rayons est émise quand le système de mesure est déjà sans action, on aperçoit au milieu un faisceau de rayons non dévié et fortement lumineux, et latéralement les portions déviées plus faiblement lumineuses. Ces dernières disparaissent aussitôt que le système de mesure est mis hors d'action. Comme les rayons cathodiques non déviés sont inutilisables et gênants pour la mesure, il faut chercher à les éviter le plus possible en disposant convenablement le système qui fournit les rayons.

Imaginons autour du tube de la figure 2 le fil abcd en place. La lamelle de verre G n'est atteinte que par les rayons non déviés. Par suite du mode spécial de mouvement du faisceau oscillant décrit ci-dessus, ces rayons restent peu nombreux, aussi longtemps que le système de mesure agit avec intensité. Dans le cas particulièrement favorable, où il n'y a pas de rayons cathodiques inutiles et où le faisceau paraît divisé, ceci se manifeste aux yeux par le fait que la lame de verre G devient obscure. Comme l'effet du système de mesure doit être observé non seulement au début, mais à la fm du parcours des rayons cathodiques, notre arrangement est d'après cela insuffisant.

Pour l'améliorer, nous plaçons auprès du tube entre K et B| un petit aimant en fer à cheval M ( Jig. 4 ^^ 5). Si, comme on l'a supposé

Fig. 4.

dans la figure 4, le système de mesure n'agit pas, la pointe du faisceau des rayons n'atteint plus maintenant l'ouverture de B, la tache lutninescente sur G s'éteint. Si l'on met alors en action le svslème de me-

LA VITESSE ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. lO'iQ

sure {fig' 5), et si IM est convenablement placé, les rayons déviés par abcd en sens inverse de M traversent B^ et Ba et illuminent G. Ainsi est réalisé un arrangement qui est utilisable de la manière la plus commode pour mes mesures de vitesse.

Pour connaître l'époque de l'arrivée des rayons en B2, G, on place auprès du tube en B^ et en G un nouveau fil a' b' c' d' e' appartenant au système de mesure et disposé de la même manière que abcde^ et l'on observe son effet sur la position de la tache luminescente sur G, par exemple en l'approchant et en l'éloignant tour à tour du tube.

Nous admettrons que la disposition est telle que les courants alternatifs dans a' b' c' d' soient toujours en accord avec ceux de abcd. Il est alors évident que, si la vitesse était infiniment grande pour notre disposition expérimentale, l'effet de a' b' c' d' serait le même que celui de abcd. Dans le cas représenté sur la figure 5 la tache sur G devrait donc se mouvoir sous l'influence de a' V dd* du côté de cêb' , Un écart d^avec ces préi^isions montrerait que la vitesse reste dans les limites accessibles à notre disposition expérimentale.

Dans mes observations, B2, G et a' b' d d' étaient mobiles, et les résultats furent les suivants :

Si a' b' c' d' et Bj, G étaient très voisins de abcd^ a' b' c'd' produisait la même déviation que abcd. Si l'on retournait l'aimant M, le déplacement de la tache phosphorescente sur G changeait de sens en même temps.

Pour un certain éloignement plus grand du système (B2, G, a! b'dd') la tache était étalée en largeur des deux côtés également ou bien divisée en deux parties; ce phénomène ne changeait pas par retournement de M. On pouvait en conclure que les rayons cathodiques parcouraient alors la distance de abcd à a' b' c'd' pendant le temps où le système de mesure accomplissait un quart d* oscillation complète : les rayons cathodiques qui avaient passé en abcd au moment de l'intensité maximum du courant, arrivaient en <Jb' dd» au moment du changement de sens du courant. Le fait d'un élargissement de la tache luminescente ou même d'une division de celle-ci provient du mode particulier d'oscillations pendulaires du faisceau dont on a déjà parlé. En raison de ce mode d'oscillation, les rayons traversent B^ pendant un temps relativement long, pendant un temps qui, dans mes expériences, pouvait être évalué le plus souvent à environ un quart de la période du système de mesure.

Suivant que l'on déplaçait le système depuis le point neutre dans un sens ou dans l'autre, la déviation l'emportait d'un côté ou de

Io4o E. WIKCHBRT.

i'aiiire. En augmentant Véloignement, on arrivait fie nou%^eau finalement à produire la déviation tout entière d\in seul côtr, mais dans le sens opposé à celui de abcd, A ce moitienl le retournement de Taimant M entraînait de nouveau l'inversion de la déviation. Les rayons cathodiques trouvaient alors en alVdd^ la phase opposée à celle qui existait en abcd.

Pour poursuivre aussi loin l'expérience avec l'arrangement très simple que l'on a décrit, il fallait beaucoup de précautions et une étude des plus soignées de toutes les conditions expérimentales. Autrement l'intensité des rayons cathodiques arrivant en G et intervenant dans les observations devenait trop faible pour qu'on piît les mettre en évidence nettement au milieu de la lumière étrangère inévitable. Les phénomènes deviennent beaucoup plus intenses et vraiment trt*s faciles à observer, si l'on s'aide de forces magnétiques pour diminuer le plus possible la dispersion des rayons entre B, et Ba. Dans ce but, j'entourais le tube de verre entre B^ et B^ d'une spirale de fil, dans laquelle on envoyait un fort courant électrique. Le champ magnétique a lignes de force parallèles a Taxe du tube qui est produit a l'intérieur du tube de décharge, oblige alors les rayons peu inclinés sur l'axe à traverser le tube en spirales très allongées; et une grande partie des rayons parvient en Bj qui aurait sans cela atteint la paroi de verre. Le petit accroissement du parcours n'entre pas en ligne de compte, à cause de la nature toujours assez grossière des expériences.

En se servant de la spirale auxiliaire et en étudiant de nouveau avec le plus grand soin les conditions de Cexpérience, on réussit, à une distance de ¥^ de i"' environ, à atteindre et à dépasser nettement le second des points neutres prévus par la théorie.

Avant d'aborder dans le paragraphe suivant la description détaillée des appareils employés, on va dire encore quelques mots de la disposition générale des deux systèmes éleclnques et de leur connexion.

Comme il faut s'eflbrcer de donner au système de mesure une selfinduction aussi petite que possible, il ne serait pas pratique d'intercaler les fils abcde et a' b'cfd'e' l'un derrière l'autre sur la même ligne entre les condensateurs c. 11 vaut mieux employer deux lignes séparées, disposées en parallèle. Dans mon cas celles-ci étaient construites presque pareilles et placées symétriquement par rapport à l'étincelle.

Pour le second système électrique j'ai employé dans les deux cas, dans l'application des courants de Tesla comme dans celle des

LA VITESSE ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. Io4l

décharges directes de batteries, une disposition correspondant à la figure I.

Pour le cas des courants de Tesla le schéma complet de Inexpérience est alors représenté par la figure (). Dans cette figure L et L'

sont deux bouteilles de Leyde isolées, dont les armatures extérieures sont séparées par la distance explosive F, et les armatures intérieures par la bobine primaire PP du transformateur de Tesla. De la bobine secondaire SS du transformateur des fils conduisent aux électrodes du tube à décharges. Si Ton emploie les décharges directes, on laisse SS de côté, et Ton amène Télectricité aux électrodes du tube à décharges, par des fils qui partent de la ligne de réunion des armatures intérieures, des deux cotés de la spirale PP qui y est insérée. Il n est pas pratique d'enlever cette spirale et de réunir les armatures intérieures des bouteilles de Leyde par le tube à décharges seul : dans ce cas, en effet, lors de la charge de la batterie avant Tétincelle et lors de la décharge après l'étincelle, le tube est traversé par une trop grande quantité d'électricité inutilisable pour la mesure, et le phénomène important est ainsi par trop masqué.

Avec l'arrangement choisi il se produit des oscillations dans le système qui fournit les rayons cathodiques. Chose remarquable, je n'ai le plus souvent obtenu les rayons cathodiques groupés en cône qui sont nécessaires à l'expérience, que lorsque c'était non pas la première oscillation produite par l'étincelle, mais la seconde, qui amenait de l'électricité négative à la cathode concave K. L'action du fil abcd montrait alors que cette seconde oscillation restait aussi S. P. 66

io42

E. WIECIIEET.

la spule pour laquelle le faisceau conique se produisît. Tout se passe donc comme >i le tuhe a\ait besoin dune certaine préparation, avant qce les rayons cathodiques ne s'y développent de la manière ré«;uliêre utilisée ici. et comme si bientôt les conditions nécessaires cessaient à nou\eau d'être réalisées.

.$ 4. — Appareils poor la mesure de la vitesse.

Le iube de décharge pour les expériences définitives a reçu la disposition suivante :

In tuLe de verre d'en\iron 4o""" de diamètre porte, à une exlré- Biité que j'ap[»elle la léle, tout d'abord l'électrode concave K d'envi-

ruu io"* de diamètre, a"*" d'épaisseur et à peu près 10*^'" de ravon lie iourbure. Par frottement sur un verre de lunette, il était facile d\>l)lenir la forme voulue avec l'exactitude requise ici.

L\»uverlurede i""* O pratiquée dans le diaphragme B, est éloignée do K de î>' '" et se trouve à l'endroit où le faisceau de rayons cathodiques tiioutre son plus i;rand rétrécissement. Celui-ci se produit a\aul le poiut de con\er«:ence des normales géométriques, qui est à 10'" lU* K : re fuit s'explique complètement par le calcul, en vertu dt* rdclii»u iiiai^uôtique du courant très considérable qui traverse le lubo peudaut la formation des rayons cathodiques. On peut faclleuu*ul <e faire une idée de son intensité, en étudiant l'action magnétique du til i|ui Tamèue en K sur le faisceau cathodique, et en lacoiiiparaut a\ee Telfet de forces magnétiques connues. Dans mes expériences, j'ai tnMi\é des \aleurs allant de 20 à 4o ampères.

Connue l'anode exerçait une influence perturbatrice sur le dé\eloppcmenl el la propagation des rayons cathodiques, je lui ai donné la forme diin anneau A V el je l'ai placée dans le plan de O. P<)iir rendre ceci |)ossihle, le diaphragme B.> dut recevoir la forme d'un (!(jne. l/auiieau \\\ réuni à B, a seulement pour but tle donner à H, une position bien assurée.

Sitôt (|ue les électrodes viennent trop près de la paroi du verre, il

LA VITESSE ET LA DÉVIATION MAGNÉTIQUE DES RAYONS CATHODIQUES. lO^S

se forme pendant le passage de Félectrieité dans l'espace interposé des points brillants, d'où partent des décharges spéciales fortement perlurhatrices. On a pris soin, pour celte raison, qu'il restât de toutes parts autour des électrodes un espace libre de quelques millimètres. Comme matière pour les électrodes, j'ai pris de l'aluminium; coiuine matière pour les diaphragmes, du laiton. 11 n'est pas avantageux d'exposer de suite les électrodes neuves aux décharges puissantes emplovées dans les expériences; dans ce cas, en effet, certains points deviennent généralement privilégiés, car la décharge part d'eux principalement et sous une forme inutilisable. Il est recomman- (lable, au contraire, d'envoyer d'abord pendant un certain temps à travers le tube les décharges directes d'une bobine d'induction.

Au delà de B| se trouve dans le tube un système aisément déplaçable de trois plaques de laiton Bj, B^, B* . Au milieu de B^ se trouve un trou rectangulaire de 4""" sur y"»"»; B!j porte perpendiculairement à la grande dimension de l'ouverture de B^ une lame G en verre de Thiiringe, fabriquée par aplatissement d'un petit tube ou d'une petite baguette; B".^ porte une petite tige plate en fer E. d^ et B'^ sont rendus solidaires par un fil de laiton; un fil parti de B^ traverse librement un petit tube soudé à B!^, qui sert à le guider et forme une boucle large autour du fil de réunion de B!, et B^ ; de sorte que Bj peut être déplacé par rapport au système B!^, B^ sans tourner sensiblement. Au moyen d'un petit électro-aimant on peut, grâce à la petite pièce de fer en B^, mouvoir le système du dehors, et l'on arrive ainsi aisément à amener Bj à une place quelconque et G à la distance voulue en arrière.

Dans uies expériences, le tube à décharges restait en permanence en communication avec la pompe à mercure par l'intermédiaire d'une canalisation en verre, il reposait en B', sur un support de caoutchouc durci, auquel il était attaché pour plus de sûreté, et il n'était porté pour le reste que par la canalisation en verre, soutenue de son côté dans un support et par un cordon de ficelle. Ce dernier était accroché à un fléau de balance très primitif et supportait la charge du tube d'un côté de la canalisation en verre.

Pour relier le tube à la canalisation en verre, j'employais au début la cire à cacheter; lorsque plus tard, en hiver, par suite du retour incessant des fuites causées par les chutes de température trop considérables dans la salle, j'eus manqué quelques expériences, je n'employai plus que la soudure directe de tubes de verre, qui est très facile à réaliser avec un bon bec Bunsen.

loii

E. WIECIIKRT.

Pour le remplissage du tube on a toujours pris de l'hydrogène qui, à cause de l^absorption assez faible qu'il exerce sur les rayons cathodiques, se montra d'un emploi bien plus favorable que les autres gaz, La pression variait de 7^ à -j millimètre.

La spirale magnétisante destinée à rassembler les rayons cathodiques au delà de B| était formée d'un assemblage de diverses parties séparées. Pour le tube de décharge décrit ci-dessus, chaque partie se composait d'un morceau de tube de laiton de 10*^" de long et d'environ 55""' de diamètre, à bords relevés, sur lequel était enroulé en trois couches un fil de cuivre de o"*"',8 d'épaisseur a gaine C jton. Les di\ erses parties entouraient le tube à décharge, sans le toucher, et reposaient sur une planche en bois placée sous le tube à décharges, sur laquelle on pouvait les déplacer à volonté.

J'utilisais pour la spirale des courants de 2 à 4 ampères, d'où résultaient dans rintérieur des champs magnétiques de 60 à 1 20 unités.

Le système de mesure esquissé schématiquement dans les figures 1 et 6 était formé par l'assemblage de deux condensateurs à air. Dans le svslème employé pour les expériences définitives, qui est représenté sur la figure 8, chacun des condensateurs se composait de trois

pLucaux plans de laiton de 3™'" d'épaisseur, i5*"" de hauteur et 5o'" vie lui iicur* disposés parallèlement et verticalement, et dont les arêtes \\ Ion Nouuuets étaient arrondis. Les deux plateaux extérieurs, réunis cutr\^ eux jvar les élriers de laiton a et/, forment ensemble l'une des anuatmv<. le tivisiènie plateau, placé dans l'intervalle des autres. Iv»inu' la Mvoiule. Les plaques sont soutenues par le socle en bois (!•' loui Ir N\>ième et par le cadre R forme de tubes de verre et de boi> |»!Ma(lini\ |Mr rinlernicdiaire des étriers a, dont deux s'appuient sur iirvi j»i tito tiiics do caoutchouc durci A, tandis que les autres sac-