LA MOBILITÉ DBS IONS ET LEUR VITESSE DE RECOMBINAISON

Le Tableau suivant donne les valeurs de r tirées de réquation précédente pour différentes valeurs de t :

Par exemple, dans le cas de l'air au voisinage du tube de Crookes, T est égal à o',3. Par suite, en o*,i5, le nombre des ions est égal à emiron la moitié de sa valeur finale. Après un intervalle de i% le nombre des ions a pratiquement atteint sa valeur maximum. Pour l'air situé à environ i" de la source de radiation, la valeur de T est beaucoup plus grande, et plusieurs secondes s'écouleront avant que le nombre n'approche de sa valeur finale.

Vitesse des ions.

La détermination de la vitesse a\ec laquelle les ions se déplacent à travers un gaz sous l'influence d'une force électromolrice est une question présentant un intérêt considérable, car elle nous renseigne indirectement sur la nature et les dimensions des particules transportant l'électricité par conduction sous l'action des rayons de Rontgen.

La méthode de détermination des vitesses était basée sur un calcul donné dans le Mémoire déjà cité de J.-J. Thomson et E. Rutherford.

L'auteur rappelle les équations (5) et (6) de ce Mémoire (voir ce Recueil), l'équation (6) étant obtenue quand la différence de potentiel E est choisie de

façon que - soit petit. Se rapporter à ce Mémoire pour la signification des

sjmboles. L'équation (6) était

i EUT I ~ /* *

Toutes les quantités qui figurent dans cette équation peuvent être mesurées, de sorte que la vitesse peut être immédiatement calculée. En pratique, la valeur de E était choisie d'un ordre tel que la valeur du courant i correspondant fût égale à environ ^ du courant de saturation I.

63o E. RUTHKRFORD.

Le rapport r n'est pas constant pour un même gaz et pour une

même valeur du champ électrique, car il dépend de l'intensité de la radiation et aussi de la vitesse de rerombinaisoh des ions, qui, à son tour, dépend dans une large mesure, pour une même intensité de radiation, de la quantité de poussières et autres matières solides contenues dans le gaz.

Bien que ces quantités soient variables, la somme U des deux mobilités est une constante, car sa valeur est tout à fait indépendante de la valeur de T ou de l'intensité de la radiation.

Les courbes indiquant la relation entre le courant et la force électromotrice pour l'air et d'autres gaz qui ont été données dans le Mémoire cité offrent une pente très variable, car elle est différente suivant que le gaz est fraîchement préparé ou bien a été laissé en repos pendant quelque temps.

En vue d'une détermination de la vitesse des ions, la valeur de T demande à être connue avec précision; mais ce n'est pas très facile quand on emploie un pendule comme interrupteur ; de plus, l'intensité de la radiation émanée du tube de Crookes, qui influe beaucoup sur la valeur deT, est tout à fait susceptible de modifications pendant une longue série d'expériences. On a donc eu recours pour déterminer T à une méthode plus simple, qui a donné des résultats très concordants et dignes de confiance. Des équations (i) et (4) du Mémoire actuel, on tire

D'une part, si l'on vient à appliquer au récipient d'épreuve une très grande force électromotrice aussitôt après que les rayons ont disparu, la déviation de l'électromètre est proportionnelle à N. D'autre part, q est proportionnel à la vitesse de déperdition par seconde pour une force électromotrice saturante. Le rapport de ces deux quantités est donc aisément déterminé et la valeur de T connue.

Disposition de rezpérience.

Le récipient d'épreuve était limité par deux plateaux parallèles, le plateau inférieur en aluminium et le plateau supérieur en plomb. Ces plateaux étaient séparés et isolés l'un de Tautre par des blocs de paraffine qui, fondus ensemble, constituaient en même temps les cotés

LA MOBILITÉ DES I0N8 ET LEUR VITESSE DE REG0MBINAI80N. 63 f

du récipient. Dans l'appareil employé, les plaleaux avaient 22*"*' et étaient situés à 4*^"? 7 d'intervalle. Les rayons traversaient le plateau d*aluininium et rendaient conducteur le gaz contenu dans cette sorte de boîte, mais étaient complètement arrêtés par le plateau de plomb. On avait soin que la radiation tombât seulement dans la région centrale du plateau où le champ électrostatique était sensiblement uniforme.

La disposition de l'appareil était la même que celle donnée figure 2, si ce n'est que le bocal était remplacé par la boîte limitée par deux plateaux parallèles. L'un des pôles d'une batterie de petits accumulateurs était relié au plateau inférieur et l'électromètre au plateau supérieur.

Pour déterminer N, on appliquait une force électromotrice de 200 volts au plateau inférieur, aussitôt après la suppression des rayons. Les deux leviers interrupteurs étaient tout près l'un de l'autre; la méthode employée pour rompre le courant et établir la force électromotrice a été indiquée plus haut. On déterminait la valeur de q en notant la déperdition par seconde pour une force élec- Iromotrice saturante de 200 volts. Enfin, on obtenait la valeur de i en appliquant au plateau inférieur une force électromotrice de 2 volts ou davantage, et en mesurant la vitesse de déperdition.

Le Tableau suivant donne les valeurs obtenues dans différents gaz

pour T, I et U. T est exprimé en secondes, U en centimètres par seconde. Les valeurs de -z sont données pour une chute de potentiel

de o, I volt par centimètre entre les deux plateaux. Les valeurs de j

sont seulement approchées et sont déduites des valeurs observées, en supposant la loi d'Ohm applicable pour des forces électromotrices faibles en comparaison des forces électromotrices saturant le gaz. Les

rapports de j étaient déterminés pour diverses forces électromotrices

dans les différents gaz. Par exemple, la valeur de z dans l'hydrogène «^lait 0,32 pour une différence de potentiel de 1,4 volt entre les deux plateaux, tandis que la valeur de -. dans le gaz sulfureux était 0,066 pour une différence de potentiel de 9,3 volts entre les plateaux.

632 E. RUTBERFORD.

Tableau des vitesses.

f Ga*. T. ï* U.

Az» o,3i 0,019 3,2

Air 0,29 0,019 3,2

CO' .... 0,34 o,oi5 2,i5

SO' 0,17 o,oo33 0,99

Cl* 0,21 o,oo85 2

HCI 0,18 0,01 2,55

On voit que les mobilités des ions suivent l'ordre inverse des densités, à l'exception du chlore. La mobilité de l'ion hydrogène dans l'hjdrogène est à peu près quatre fois plus grande que la vitesse de l'ion oxygène dans l'oxygène. Les ions de gaz sulfureux ont donné la mobilité la plus faible, égale seulement à ^ de celle des ions de l'hydrogène.

On a constaté que la mobilité des ions dans un gaz ne dépend pas de la plus ou moins grande ionisation du gaz : on a trouvé les mêmes mobilités dans deux séries d'expériences, la radiation étant dans un cas six fois plus intense que dans l'autre; dans un cas, il y avait donc six fois plus d'ions par centimètre cube que dans l'autre, mais la mobilité restait la même. Ainsi, il n'y a pas de correction à apporter à la vitesse des ions dans un gaz comme le chlore, où l'ionisation est grande comparée à celle de l'air. Le fait que, pour une faible force électromotrice donnée, la mobilité ne dépend pas du nombre d'ions contenus par centimètre cube de gaz, montre que le mouvement des îons positifs et négatifs ne produit aucun champ électrostatique résultant entre les plateaux.

Dans la méthode employée pour déterminer la mobilité, on a supposé la conductibilité du gaz due uniquement à l'ionisation rapportée à chaque élément de volume du gaz. Cependant, J. Perrin (^) a récemment montré que la vitesse de déperdition entre deux plateaux se compose de deux parties, l'une due à l'ionisation par élément de volume du gaz, l'autre à l'ionisation superficielle à la surface de séparation du plateau métallique sur lequel tombent les rayons, et du gaz environnant. La vitesse de la décharge produite par cette action de surface est tout à fait comparable à celle que produit l'ionisation de

(') Comptes rendus, 1" mars 1897.