COMME CENTRE DE CONDENSATION

Par C.-T.-R. WILSON.

Traduit de l'anglais par P. LAN6EVIN.

Philosopkical Transaction^ A, t. CXCIII, i8y«j, p. 289 à 3o8.

Le travail dont les résultats sont donnés ici forme une partie des recherches relatives à l'électricité atmosphérique ([ue j'ai entreprises sur l'invitation du Meteorological (^louncil.

La relation enlre la pluie et l'électricité atmosphérique est une des questions dont Fétude expérimentale m'a été proposée. L'importance à ce sujet du point particulier traité dans ce Mémoire a été déjà indiquée par le professeur J.-J. Thomson qui dit ( * ) : « Si les ions négatifs, par exemple, différaient des positifs dans leur propriété de condenser la vapeur d'eau, nous pourrions obtenir un nuage formé autour d'une seule espèce d'ions. Les ions sur lesquels s'est produit le nuage tomberaient alors sous l'action de la pesanteur et nous pourrions ainsi obtenir la séparation des ions positifs et négatifs et production d'un champ électrique, le travail nécessain? pour la création de ce champ étant fourni par la gravitation. »

Pour rendre vraisemblable cette hypothèse sur l'origine de l'éleriricité atmosphérique, il est nécessaire de donner des raisons justifiant : i" que l'air atmosphérique contient des ions libres dans les régions où la pluie se forme ; 2" que les ions positifs et négatifs diffèrent dans leur pouvoir comme centres de condensation.

Des expériences antérieures rendent très vraisemblable le premier

(•) J.-J. Thomson, Phil. Mag., décembre 1898; voir aussi ce Volume.

lo88 C.-T.-n. WiLSON.

de ces fails : quand on détend brusquement de l'air privé de pous> sières, une légère condensation en forme de pluie se produit toujours si la sursîTturation dépasse une certaine limite. Cette limite coïncide avec celle qui correspond à la formation des nuages dans Tair ionisé par les rayons de Rimtgen ou autrement. On a montré que, dans ce cas, les centres de condensation sont les ions mêmes auxquels est diit^ la conductibilité du gaz exposé aux rayons. L'égalité des délentes nécessaires pour produire les quelques gouttes visibles en l'absence de rayons et pour condenser la vapeur sur les ions est si précise qu'elh* parait presque suffisante pour démontrer que Tair humide ordinairi*> est toujours faiblement ionisé. Le nombre des centres de condensation y est si faible que l'absence de conductibilité sensible dans les conditions ordinaires ne contredit nullement Thypothèse que ces centres sont des ions. Je décris à la fin de ce Mémoire quelques expériences tentées pour vérifier si ces centres sont chargés ou non.

Je m'occuperai surtout, cependant, de la deuxième des questions posées plus haut; les expériences qui vont être décrites prouvent qu'il existe une grande différence entre les ions positifs et négatifs au point de vue de leur influence sur la condensation de la vapeur d'eau ; une sursaturation beaucoup moindre est nécessaire pour condenser Teaii sur les ions négatifs que sur les positifs. Ces expériences fournissent donc une explication possible pour la prédominance des pluies chargées négativement (*) telle que l'exigent les théories qui attribuent aux précipitations le rôle essentiel dans la charge négative du sol.

Pour ed'ectuer la comparaison on cherche à produire des détentes dans de l'air humide contenant des ions tous, ou presque tous, de même signe, alternativement positif et négatif.

L'auteur emploie d'abord un appareil {Ji/^. i) analogue à ceux des Mémoires antérieurs, mais où le récipient supérieur A où se produit la détente contient deux plateaux métalliques parallèles, dont l'un ferme le récipient à la partie supérieure et entre lesquels on établit, au moyen d'une pile cl d'un inverseur, un faible champ électrique de sens variable. L'air n'est ionisé que dans une couche mince au voisinage du plateau inférieur par un faisceau étroit de* rayons de Hontgen que limite un écran de plomb épais. Le champ déplace vers la masse du gaz les ions d*un certain signe, tandis qu'il amène les autres vers

(^) Les premières observations d'Elster et Geitel ont semblé démontrer cette prcdominance des pluies négatives {Sitzungsber, d, k. Akad, in Wien, 1899,11 A. p. ^21), mais elle ne se retrouve pas dans leurs observations ultérieures ( Terresiriaf Magnetism^ Vol. IV, p. i5).

le plateau voi ripalement <l(

LBPFICAGITé BELATIVe OES IONS POSITIFS ET SÉOATIKS. 1089

iin qui les absorbe iminédialcmenl. 1^ ^a£ renferme iloncprjn-

Toules les surfaces niôulliques inlôricu le papier filtre humide pour maintenir l'air

atur

poui

■viler que des centres de condensation soîeiil »^ii

V ciHient couvertes : (le vapeur d'eau et

is par

1er

lal

lui-mt^nie.

Il y a un avantage considcrable à disposer les plalcnux horizontalement et la couche ionisée par les rayons au voisinage du plateau inft'rieur, car les gouttes formées stir les ions qui soni en moindre nombre (et qui se tron\enlù la partie inférieure) n'ont qu'une faihle distance à franchir en lomhunt et, si la condensation se produit seulement sur ces ions, les };oultes ne se trouvent qu'à la parlic inférieure du récipient.

Dans les premières expériences efrectuées inei: rot appareil la déteate était produite sans qu'on ait auparaMtul roupé les rayons.

L'appareil élanl n'-ylé de manière .1 donner des délcnles légèrement

supérieures à la limite ~ ^i,ri5. <Ies nuages retativcnient denses

S. p. fi,j

étaient o!>toaus quuml le plateau supériearétaicouiîiiteiiu à iia.c*:4intiol plus êle\ê lie quelt^ues \olts que cdai du pbtknu inivrecr. les ious nôgulil's étant alors en excès; tand» ^f»^. aprr»- Lin'ersîra di champ« les ions positifs prêilominant, on oe |M««a£t iibs*ïrvf*r if /one lê^èrt^oomle usât ion « localisée principaleiDCBla« «oÛHiuipî «iu pliieai où iloî\ent se tr\>u\er les ions négatifs. A\ec <ic» éét^nt^t» lie Ll sran-

ifeur V ~ > * ^^^'^ 1^^ nuages obtenus ne dépendaical pis» lie la diifc-

tion ilu cliamp et il en est ainsi jusqu'à la délmte i.l$. pour bqofllr des nuages abondants se protluisent même en Fakience de raToiis.

V\tv le oliamp dans la direction qui donne an e%eis d'ioiis ncgalifs dans le ^u«« la densité des nuages obtenus après detenle rv?»iait sensi-

blouiout iu\ariable |H>ur toutes les valeurs de -^ comprises entre i,)8

et u^^S, Au contraire* quand le plateau supérieur était relié au pôle négatif de la pilo de manière* que les ions positifs soient en excès, les

goullcs restaient rares juqu^à ce que -^ devienne égal à i.3i, valeur

pour laipicllc le nombre des gouttes commence à augmenter avec h

détcute* Pour-;^ = \^M\ on obtient des nuages déjà denses avec les

iou^ pitsiùls^ quoique beaucoup moins qu'avec les ions négatifs. Enfin, au-do'ius de u^k), on ne peut plus distinguer les nuages positifs des iic^allfs.

( V> ivsullats n\ulmet(cnt iprunc interprétation : la condensation se

proilnil sur quelques ions négatifs pour -^ = i,a5; presque tous les

i«)n^ né^alifs sont utilisés quand -^ dépasse i, a8; tandis que pour

produin* la coiulrnsation sur les ions positifs la détente doit dépasser i,«M cuxiron; tous les ions positifs et négatifs sont utilisés quand *' » I • i *

hcH e\p/'ricares furent ensuite faites où la détente était produite HpiVH suppression des rayons, et donnèrent avec plus de netteté eniiin» tics ivsullits conformes aux prcccdents : les gouttes, quand le rli iitip l'ail prédominer les ions |)()sihrs el que la détente est iofêrieure 1^ i,.W, nt'IaiciU pas plus noinhrcuscs que si les rayons n'a\ aient pas tij'i du tout.

l'iiiih'iir «.'rsi ;i«<<iirô tout «l'abord (|ur Iji^poot du iiuaire ^ar •; pi^ii paU'i l'ini. I x.illr riiln; la su|)|)res>iuu des ravous et la déicule du c^îi *ar::; •:•! l r-* l'i • T'iindt'-.

sua l'efficacité relative des ions positifs et négatifs. Le Tableau suivant donne un exemple des résultais.

Rayons supprimés avant la détente (i élément Leclanché entre les deux plateaux).

Hésultut.

Plateau supérieur négaiif

(ions -+- en excès).

I , -iîS . . . .

I on -x gouttes

1 ou '1 gouttes

très peu de gouttes

peu (le gouttes

pluie

léger nuage

nua

ge aussi dense que les négatifs

Plateau supérieur positif (ions — en excès).

nuage nuage nu4ge nuage nuage nuage nuage

Un appareil double fut ensuite construit pour observer simultanément les effets produits par les ions des deux signes.

Le récipient A est remplacé par Tappareil {Ji/^. 2) où la détente est produite dans un récipient sphérique séparé en deux portions par une cloison

Fig. 3.

SJZJ

métallique médiane au-dessus de laquelle une feuille d'aluminium mince mastiquée sur le verre laisse passer un faisceau de rayons qui ionise le gaz dans deux couches minces de part et d nuire de la cloison. Deux plateaux métalliques triangulaires pour laisser entre eux et la paroi la place pour ruspiralion permettent de créer des champs entre eux et la cloison médiane dans des sens tels que, dans les deux moitiés, prédominent des ions désignes contraires. La symétrie étant réglée de manière que, en l'absence de ces champs, les nuages obtenus soient identiques et tombent avec la même vitesse des <leu\ côtés, il en e>t autrement une fois les champs établis. Pour éliminer toute dissymctrie accidentelle, on inverse les deux champs et la dillerence se produit en sens inverse.

1092 C.-T.-H. WiLSOX.

La «Jurée de chute indiquée dans le Tableau suivant est le temps nécessaire an sommet du nua^e pour descendre au-dessous d'un faisceau de lumière dirigé dans l'appareil au moyen d'une leniille.

Champs produits par quatre éléments Leclanché fermés sur 'loo ohms

dont le milieu est à la cloison médiane.

Temps mis par le aua|;e à tomber Rapport des temps