LK8 BATONS DB L^URANIUM ET LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE

§ 14. — Mobilité des ions.

La niélhode employée (voir /^AiV. Mag.^ nov. 1897, Mémoire tra- Juil dans ce Recueil) pour déterminer la mobilité des ions dans la conduction produite par les rayons de Rtinlgen ne peut être employée pour les rayons de Turanium. Il n'est pas pratique de mesurer la viles>e de recombinaison des ions entre les plateaux dans ce cas, à cause de la très grande faiblesse de la conductibilité rémanente; et, de plus, linégalité de l'ionisation entre les deux plateaux trouble beaucoup la distribution du champ électrique entre ces deux plateaux.

On peut cependant facilement comparer les mobilités des ions, dans des conditions identiques, dans l'air nintgenisé et dans l'air rendu conducteur par l'uranium. Les résultats montrent que, dans les deux cas« les ions sont identiques.

Pour comparer les mobilités, on a employé un appareil analogue à celui de la figure 10. Les ions étaient entraînés par un courant d'air le long d'un fil chargé A, et Ton mesurait la conductibilité du gaz aussitôt après à l'aide d'une électrode B, fixée tout près de A. I/élec- Irode A était cylindrique et fixée suivant l'axe du tube L, relié à la terre. Nous ferons le calcul en supposant le champ électrique identique, dans l'espace compris entre les deux cylindres, à ce qu'il serait si ces derniers étaient infiniment longs.

Soient :

a le ravon de l'électrode A ;

h le ravon intérieur du tube L ;

V le potentiel de Télectrode A (supposé positif).

La valeur du champ X, à une distance r du centre du tube, est donnée par (les Log désignent les logarithmes népériens)

rLog ( -

Soient W|, u^ les mobilités des ions positifs et négatifs. Si la vitesse est proportionnelle à la valeur du champ électricjue en un point quelconque, la distance rfr parcourue par l'ion négatif pendant le temps rf/

est donnée par

dr = X M| dt^

658 E. RUTtlERFORD.

OU bien

Log f -j rdr

dt =

Vm,

Soit 1-2 la distfince du centre à partir de laquelle Tion néj;atif peut juste atteindre Télectrode pendant le temps t mis par Tair pour lon^^er cette électrode

,= (£iz:iil)Log(*).

Soit 02 le rapport du nombre des ions négatifs qui atteignent Télectrode A au nombre total des ions qui passent le long de celte électrode;

on a

ri — a«

Par suite,

De même, en désignant par pi le rapport du nombre des ions positifs qui abandonnent leur charge au cjlindre extérieur au nombre total de ces ions, on a

.o,(6«-a«)Log(^)

<'^) "«= ïvr^^-

Dans les équations précédentes, on suppose que le courant d'air est réparti conformément à travers toute la section du tube, et que la distribution des ions est uniforme à travers toute la section, par suite, que le mouvement des ions ne trouble pas sensiblement le champ. Comme la valeur de t peut être calculée d'après la vitesse du courant d'air et la longueur de l'électrode, on peut immédiatement déterminer les valeurs des mobilités des ions.

L'équation (2) montre qae p2 est proportionnel à V, c'est-à-dire que la vitesse de déperdition de l'électrode A varie directement comme le potentiel de A, pourvu que la valeur de V ne soit pas assez grande pour enlever tous les ions contenus dans le gaz pendant qu'il passe le long de l'électrode. C'est ce qui a été \érifié par rexpérience.

Pour la comparaison des mobilités, le potentiel \ a reçu une \aleur

telle que ps= - environ. On la déterminait en cherchant la vitesse de déperdition de B pour une force électromotricc saturante. La reconi-

LES AATONS DE l'uRANIUM ET LA CONDUCTION ÉLECTHIQIE. 669

binalsondes ions entre A et B était très faible et pouvait être négligée. En laissant le reste de Tappareil identique, on enlevait alors le cylindre d'uranium; on lui substituait un cylindre d'aluminium sur lequel on faisait tomber les rayons de Rontgen. Ampoule et bobine d'induction étaient placées dans une boîte métallique pour faire écran éleclriquc complet contre toutes les perturbations électrostatiques. On ne faisait tomber les rayons que sur la région centrale du cylindre. On réglait leur intensité de façon à obtenir, avec le même courant d'air, une vitesse de décharge du même ordre que celle que produisait l'uranium. On trouvait alors une valeur de p2 à peu près la même que dans le cas de la conduction produite par les rayons de Turaniuin. Par exemple, la vitesse de décharge de B était réduite de 38**'^ à i4''" par minute en chargeant A à un certain potentiel faible, quand on soufflait de Tair ionisé par l'uranium. Avec Pair rontgenisé, dans les mêmes conditions, la >itesse de décharge était réduite de i^o^'"" à iS**" par minute. Les valeurs de p2 étaient respectivement o,()3 et 0,64. Cette concordance est plus parfaite qu'on ne pouvait l'espérer, car Tampoule n'est pas une source bien constante de radiation.

Ce résultat montre que les ions, dans les deux cas, air rontgenisé et aira uranisé », se déplacent avec la même vitesse et sont probablement identiques. La mobilité d'un ion à travers un gaz est proportionnelle

à—, e étant la charge portée par Fion et m sa masse. A moins que

e et m ne varient dans le même rapport, il en résulte que la charge portée par l'ion et sa masse sont identiques dans les deux cas.

On a trouvé que la vitesse des ions négatifs était un peu plus grande que celle des ions positifs. Zeleny ( ' ) a montré que tel est le cas pour les ions des gaz runtgenisés. On met facilement en évidence cette différence de vitesse des particules chargées des deux signes. On mesure la \itesse de déperdition de B pour des charges positives et négatives. Quand B était chargé positivement, la vitesse de déperdition mesurait le nombre des ions négatifs qui échappaient à Télectrode A ; quand B était chargé négativement, elle mesurait le nombre des ions positifs. Or elle était toujours légèrement plus grande quand B était chargé négativement. Cela est vrai, que A soit chargé positivement ou négativement, et montre qu'il y a un excès d'ions positifs dans le gaz après qu'il a passé auprès de l'électrode A.

On peut aussi montrer facilement la différence des mobilités des

(') Phit, Mag.^ b* série, t. XLVI, juillet 1898 (voir plus loin).

66o E. RUTHERFORD.

Ions en appliquant à Tel eclrode Aune force électromotrice alternative suffisante po}ir enlever une grande partie des ions quand Pair passe au voisinage. On trouve toujours que le gaz, à la sortie, est chargé positivement, preuve d'un excès d'ions positifs.

On a fait un grand nombre de déterminations des mobilités des ions de l'air soumis aux rayons de l'uranium, avec des forces électromotrices constantes ou alternatives, l'air passant entre des électrodes cylindriques ou des plateaux plans rectangulaires. Par suite des inégalités dans la vitesse du courant d'air aux différents points d'une même section et aussi par suite d'autres causes perturbatrices impossibles à déterminer, on ne pouvait faire cette mesure avec toute la précision désirable. Pour une détermination exacte, une méthode indépendante des courants d'air est tout à fait nécessaire.

§ 15. — Chnte de potentiel entre les deux plateanz.

La modification produite par le déplacement des ions dans la distribution du potentiel entre deux plateaux parallèles, quand Tun d'eux est recouvert d'uranium, a été étudiée soit avec un fil métallique explorateur relié à rélectromètre, soit par Télectromètre à écoulement d'eau (les deux plateaux étant verticaux, dans ce cas). Les deux méthodes donnent des résultats concordants : Si les deux plateaux étaient chargés à des potentiels égaux et de signe contraire, le plan de potentiel zéro est déplacé; il s'éloigne du plateau couvert d'uranium, et son déplacement est d'autant plus grand que la force électromotrice est 'plus faible et que l'ionisation est plus forte. De la distri-

bution du potentiel on peut déduire la distribution de la force électrique — -7-

et celle de la densité — r— t-t*

Comparaison avec les résultats de C.-D. Child {^) et de J. Zeleny {^) pour les rayons de Rôntgen. — Dans le cas de l'uranium, l'ionisation décroit d'un plateau à l'autre, et c'est cette inégalité qui produit surtout la modification du champ. Dans le cas des rayons de Rontgen, l'ionisation est uniforme, la modification du champ est due surtout à l'accumulation des ions au voisinage des électrodes, d'où résulte une variation rapide du potentiel près des plateaux (>).

(») Wied, Ann,, t. LXV, avril 1898, p. i5a.

(») Phil. Mag., t. XLVI, juillet 1898, p. 120.

(') Voir le Mémoire théorique de J.-J. l'homson traduit également dans ce Recueil et paru dans le même volume du PhiL Mag. Ce mémoire est reproduit aussi dans Cond. of Elect, thr, Gases, {Note du traducteur.)

s DE L'i'KANIl'll ET LA CONDUCTION ELECTRIQUB.

Relation entre le coortnt at la force électromo triée.

On 1 les mêmes résultats généraux que dans le cas des rayons de ROnigen : lecoaranl, d'abord à peu prés proportionnel à la force électromotrice, croit ili plus «D plus lentement et tend vers une limite (courant de saturation). Uâgare ii indique lj ni<-iliode employée : l'élcclrométre ne sert que d'insiniBCDl de léro, T esl une résistance considérable eu xylol (looooohms). On ■liniicDt le potentiel du plateau B nul, en lui fournissant uu courant qui

ni proportionnel à ^ '-g- , par sjite à R|, si l'on maintient la somme R] + Ri

roiuUate. Pour les gaz autres que l'air, les deux électrodes cylindriques C, D

Ipiriie inférieure de la figure ii] remplaçaient les plateaux A et B, le cylindre iûltrifur C étant recouvert d'oxyde d'uranium. La figure la indique quelques-

lÇa3 Mli2^

Air

Him

voe.

lis

fflCS

des

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'cm.

Volt'

uni des résultats (l'échelle des courants y est arbitraire). Od voit qu'il y a ane caleur définie du courant quand la force électromolrice est nulle. Cec

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i"^ if nnanun -attfra*^ *iika:s^ lui n^ipient rr^oatiiL ïe nttae -Àipue qn^ ljk charge ïé^ imnirun. I*r^ r-^aiUrfâ- - fsnûnusu iimleaiffnjt tijn^ t«i tbêi>rie de ' ofu-^.'-o- ?'«r r*iir»^ tif / ia.*=»Tn lui IL nouÂf ie ui r*iwlîoa par l air, »• zr*z ' ».-»a i#» ji -^"ir^ètT:*- Df / inrumiL ■??=€ p^is^ f*.»rtenient ionisé que •.^Mii rii ^n ■'r^. ^cMt i ri*^»ni*f âstimri»- Sapp>îOD5 par exemple m in ni r-^iii i* irmi»jm. zmàcs^t p«>HthefBifat. soil placé à l'intérieur

;>^ '-^r-iû'aCfUM 'i:»fri!iM?a£aû» •)•£ été £ûics depvis poar les gaz rônt^cnisés, (lACwtrtufn* >*r /. ZfiUiAj *t P. Lanwenn. {Xote du traducteur.)

' R'..«* .'4 *Xf: par M:. C*««^ 'lyy.' ^> > trooTé an coefficient de recombin^.^^M i.'W^^p'eikiaAt ^ U preM*Mi, résiliât sealement approché, d'après Langevin.

( \ote du traducteur. ) f'f f'hU. Mtag., t. XLIV, jvjllet 1897, p. loa.

LES BAYONS DB l' URANIUM ET LA CONDUCTION ÉLECTRIQUE. 663

d'un vase métallique relié à la terre, et traversé par un courant d'air. Sous l'influence de la force électromotrice, les ions négatifs se déplacent vers l'uranium, et les ions positifs en sens contraire, vers les parois du vase. Comme l'ionisation est plus grande au voisinage de l'uranium, il y aura excès d'ions positifs dans l'air à quelque distance de l'uranium. Une partie de ces ions sont entraînés parle courant d'air et abandonnent une charge positive à un tampon d'ouate. Le nombre total des ions négatifs entraînés pendant le même temps est beaucoup moindre, car la valeur du champ, et par suite la vitesse de l'ion est beaucoup plus grande près de l'uranium que près du cylindre extérieur. Par suite il y a un excès d'ions positifs entraînés, et l'on obtient un gaz chargé positivement. Quand la diflerence de potentiel entre les électrodes augmente, la quantité d'électricité ainsi mise en liberté dépend de deux influences opposées. En premier lieu la vitesse des ions aupnente : par suite la proportion des particules chargées entraînées diminue. Mais, si le gaz n'est pas saturé, le nombre des ions qui se déplacent entre les deux électrodes augmente quand la force élec- Iromolrice augmente, et, pour de faibles forces électromotrices, cette augmentation compense et au delà la diminution due à l'accroissement de vitesse. Donc la quantité d'électricité obtenue croîtra d'abord en même temps que le voltage, passera par un maximum, puis décroîtra; car, lorsque le gaz est saturé, l'accroissement de la force électromotrice n'ajoute plus de nouveaux ions. C'est exactement le résultat de Beattie; c'est aussi celui que j'ai obtenu dans le cas de la séparation des ions de l'air nintgenisé. Le fait qu'on obtient plus d'électricité positive que d'électricité négative tient à la plus grande mobilité des ions t^égatifs. (Voir § 14).

Les propriétés de ce gaz électrisé sont semblables à ce qui a été

obtenu dans le cas de la conduction par les rayons de Rcintgen. Le

signe contraire des électrisations obtenues d'une part par Beattie

dans le cas de l'uranium, et d'autre part par moi-même (•) dans le

cas des gaz rontgenisés, peut s'expliquer par la dilférence des méthodes

employées. Pour obtenir de l'électrisation à l'aide d'air nintgenisé, un

courant d'air rapide était dirigé tout près du fil chargé. Dans ce cas,

I électricité obtenue est de signe contraire à celle du fil, car ce sont

les particules chargées de signe contraire au fil qui sont entraînées

avant de l'avoir atteint. Dans le cas de l'uranium, le courant d'air

remplissait toute la section de l'espace compris entre les électrodes;

(») Phil. Mag., avril 1897.

atr -*iiî- r- •mr--.zLy-. •!! tuÎL ?*iftltenclre à obtenir d^

métalUques.

..' - iiiL.- à -wTi*.- JT ~ cmiuiim 3*»r»i toute trace de con-

-Il '1- - "^iiLi X r — r".«*-7ri!fr m timipon d'ouate ou n'im-

••-"r - -. - .;: — -.-i.T - nïr*TLvîi:. fi-.îf—, Cette propriété de fouale el

- — *— .1 .-:-?- zi?T- — z r'-'-oirt" U3«iri surprenante, car il e>t

.- -1 --■ - - — . I2- -^r— XT^ar^ «or Uf^ tiiiL«fB>ions moléculaires

- -- .i.- z^'.- *T'z.. -^êST^" \*r if» ifîic? orifices ; mais un peu

- ^■: -zi. z-Z" ~^z :— ■- j>. 'inuit^ >•> 3D}Iêcules, sont conti- :. - - -in-;. '-!^r-3- ^^^i.:r. -'. ii* JLU^îv ^aC des charges libres,

- ■'. r^ -ji .1. ^ * -■'i--* , vzr- r-iàiiii; di?G4ii':^* J'un corps solide

I =--!- c.uj*-î- '-rf* m *'. iiL ii]«ta^i«>anent leur charçe

- : -•:i . -» -ir*^.^ P'^r -iiiit* ce a npûîilè de diflusion des

Lr - L r .- Lr-'^L^-^»- i" lue uiîe ui^ciLiique, présentant dcs

. -.- ..- - r-- ^-^ - -r ijiiî*ni>'a ii;> inuwt^ry^ des ions, peut

-:*- 1- ^ ,r"::i :. -.- T.^.i'-iti i— tf>?*»us- tiianje .{o^tiues résultats obte-

:i L.- K -- : — , .*,-^ i:ie^ o* "ii — ?. L-i uiie i^^ut nîeux fils par milli-

11'- ^— . t -i.— .«*-- ■•■ ■!.;:•— j,d- H nt-ou -îCiiic £c^ï?iîiênpment égale à la

>i "T..- - : "r- -i '^-^ir"->. -~rfï* ?.'iie>». -riT'tiœaiiiîic >ifrwes les unes contre

'^ Ki :•— . :-"n :t:i->ii«-aL a ^c^.'-i'a t»x rjje <a A ifjT. i)\ On main-

■*i-à ". ■■ '"*^-?<* :i : .i""i-r- :" iiT ,•? j OiÇ i'x mii* ^ p^u près constante,

'"- - - -LL-^'ii^f : ^ :■ tx»n*^C-:il.t'e w L iir vipnJf* >>a passage à travers

-'T : -..'^T zi'---^ tii't^, *^jt Ti-:t«fxi iranut l<r;< i{i:«;^>cs^> de déperdition

I lo.S

Apre.H avoir traversé cinq toiles, l'air avait perdu les f de sa con-

(') J.-S. TowNSKHii, /Vi/7. Mag., t. XLV^juin 1898.