MUI
dans le gaz traversent celte région de champ intense et par suite en 'ibÈrent de nouveaux. Si le champ est inversé, seuls les ions négatifs produits <lans un cjlindre de petite dimension agiront. L'inverse a 'ifu pour les ions (msitifs.
Ces expériences conduisent à penser que les ions négatifs, qui se "^placent avec une vitesse convenable, peuvent dissocier les molé- *^''les par choc et que les ions positifs ne semblent pas avoir la même action.
Cependant, la décharge disruptive paraît se produire plus tôt quand '^ Cylindre d'aluminium est posilif que lorsqu'il est négatif, ce qui ^^mble indiquer que, lorsque — (') atteint une certaine valeur, les 'ons positifs peuvent, dans certaines conditions, produire d'autres 'ons par collision. Cette hypothèse pourrait rendre compte de tous 'es faits, y compris la décharge disruptive. D'autres expériences ieront entreprises pour éclaircir ce point.
(') Voir 1rs premiers Mém< ODS négatifs.
s de M. Tnwnsend s
n par les chocs des
«L^EVrÉE^S A L ACADEMIE DES SOENŒS
Pa« Patl LAXGEVLX.
Comptes^ rendu» de l' Académie de* Sciences, t. CXWIV, 1Q02. p. 414
I. Je me propose de donner d'abord quelques indications théoriques au sujet des méthodes qui m'ont permis d'apporter de nouvelles confirmations expérimentales à la théorie de l'ionisation des gaz.
Des travaux importants, principalement ceux des physiciens de réroie du Professeur J.-J. Thomson, ont montré que l'on représenle ln'*s hifii tous le^ faits relatifs à la ronductibilitë électrique arquise par les f^az sous laction des radiations nouvelles, en admettant que la radiation produit dans le gaz des nombres égaux de centres chargés, les uns |)ositi\ement, les autres négativement. Ces centres possèdent chacun une charge égale en valeur absolue à celle qu^ transporte l'atome d'hydrogène dans Télectrolyse, et s'entourent par attraction électrostatique, si la pression du gaz est suffisante, d un C(»rlège (le niolécules électriquement neutres.
IjCs agghunéralions ainsi constituées, que Ton nomme des ions, se meuvent en tcnis sens comme les molécules du gaz, et leur déplacement d'enscînible est nul en l'absence d'un champ électrique, en iM'servanl ce (|ui est dû à la dill'usion. Si Ton crée un champH.ee (l(''plac(M!ient s'eirectue avec une vitesse/, H dans le sens des lignes de force pour les ions positifs, et A'^H en sens inverse pour les ions négatifs.
EXTRAITS DE DIVERSES NOTES. 3ll
Les coefficienls k\ el k^^ auxquels nous donnerons le nom de n^obilités, sont généralement diilerents.
Si la pression ne descend pas au-dessous de quelques millimètres de mercure, le déplacement des ions sous l'action du champ se prod iiit sans que leurs chocs contre les molécules du gaz créent de nouveaux centres chargés; mais les ions positifs et négatifs peuvent se i^ecombiner au moment de leurs collisions.
11 est naturel d'admettre avec J.-J. Thomson, pour cette recombitiaison, une loi analogue à la loi d'action de masse de Guldberg et Waage : la quantité d'électricité recombinée par unité de volume et par unité de temps est proportionnelle au produit des densités en xolume/7 et n des charges portées par les ions positifs et négatifs
dn dp
^ ^ =-^pn
fit dt
a étant le coefficient de recombinaison. Je préciserai plus loin la signification de cette loi.
IL Dans cette théorie, les quantités A*!, k^ et a doivent être des constantes pour un gaz donné, dans des conditions données de température et de pression. Il en est de même du rapport
\n{kx^kt)
Or, la méthode suivante m'a permis une mesure expérimentale directe et précise de ce rapport e, et m'a fourni des valeurs effectivement constantes dans des conditions d'expérience très variées.
Entre une lame métallique AB munie d'un anneau de garde et une lame parallèle CD en aluminium, on établit dans le gaz un champ H qui nécessite sur chacune des lames une densité superficielle
f-es rayons de Rcintgen provenant d'une seule décharge d'une bobine dans un tube de Crookes traversent la lame CD et, en un lemps très court, libèrent dans le gaz, par unité de surface des lames, des quantités d'électricité positive et négative égales à Qo. Ces charges >ont se mouvoir en sens inverses dans le champ, les ions d'un signe filtrant en quelque sorte au travers des ions de signe contraire. Une recombinaison partielle aura lieu, d'autant plus importante que le champ sera plus faible, c'est-à-dire que la durée de la filtration sera
3ia p. LANGBVIN.
plus grande. La lame A.B recueillera donc, par unité de surface, une quantité Q, inférieure à Qo et tendant vers cette valeur à mesure que le champ augmente.
La théorie montre que, si Qo est assez faible pour que la présence des charges dans le gaz ne modifie pas sensiblement le champ H, la quantité recombinée ne dépend pas de la répartition initiale de rionisation entre les lames, et l'on a
e se déduira de la mesure des rapports 77- et pr-» J'indiquerai ultérieure-
ment comment j'ai pu réaliser cette méthode de mesure.
IIL En dehors de la confirmation résultant de la constance du rapport e, j'ai pu en obtenir une autre en déduisant de la théorie des ions une signification importante de ce rapport.
J'ai calculé dans ce but le nombre des collisions entre les ions positifs et négatifs : il est naturel d'admettre qu'elles sont dues exclusivement, en l'absence de poussières, à l'attraction des charges opposées. En effet, la distance moyenne des ions est toujours très grande par rapport à celle des molécules du gaz (au moins 10 000 fois plus grande aux pressions ordinaires) et, s'ils ne s'attiraient pas, leurs collisions seraient plus de 10" fois moins nombreuses qu'elles ne sont réellement.
Il en résulte aussi que deux ions de signes contraires, même très rapprochés par rapport à leur distance moyenne, se meuvent sous l'influence de leur attraction avec la même mobilité que dans le ciiamp H. Si P et N sont les nombres d'ions positifs et négatifs par unité de volume, e la charge de chaque ion, on obtient facilenienl pour le nombre de collisions par unité de volume pendant le temps (^//
4r:(A-,-+-Xj) \*^edt.
Si chaque collision était suivie d' une recombinaison, on aurait, pour la quantité recombinée,
^TAk^^ k^)?^e^dt = \tA kx^ kt) pn dt,
d'où
dp dn , ,
Le rapport
\T.{k^^kt)
EXTRAITS DR DIVERSES NOTES. 3l3
représente donc le rapport du nombre des recombinaisons au nombre des collisions entre des ions de signes contraires, II doit, si la théorie est exacte^ rester toujours inférieur à l'unité et s'en rapprocher vraisemblablement d'autant plus que la mobilité des ions est plus faible.
L'expérience confirme ces prévisions.
J'ai réalisé également une méthode nouvelle de détermination des mobilités k^ et Ar^ dans des limites de pression très étendues et pour différents gaz. La connaissance de e permet d'en déduire la valeur absolue du coefficient a.
SUR LA RSCOMBIHAISON DES lOHS DAHS LES SAZ.
Comptes rendus de l'Académie des Sciences^ t. CWXIV, 1902, p. 533.
L Dans une Note antérieure (*) j'ai donné le principe de la méthode qui m'a permis de mesurer directement le rapport
où a représente le coefficient de recombinaison des ions positifs et négatifs, kx eX. k^ les mobilités de ces ions dans un champ électrique. J'ai également indiqué que e représente le rapport du nombre des recombinaisons au nombre des collisions entre des ions de signes contraires, et doit par suite rester toujours inférieure l'unité. La méthode expérimentale consiste à créer un champ uniforme dans le gaz compris entre deux lames métalliques parallèles et à déterminer : i" la quantité d'électricité a* induite sur l'une de ces lames au moment de la création du champ; 2" la quantité d'électricité Q recueillie par cette lame après le passage dans le gaz des rayons de Rontgen provenant d'une seule décharge dans un tube de Crookes; 3" la quantité d'électricité Qo libérée dans le gaz par la radiation et que l'on recueillerait dans un champ infini : la ditt'érence entre Q et Qo étant due à la recombinaison des ions.
(') Comptes rendus, t. CXXXIV, 17 février 1902.
3l4 p. LANGUVIN.
La théorie indique enlre ces quantités la relation suivante, indépendante de la répartition initiale de r ionisation dans le gaz,
La quantité Qo ne pouvant être obtenue directement, j'ai mesuré les quantités Q et Q' recueillies dans deux champs différents produits parles charges d et 0^= m t. La valeur de s résulte de rélimination de X entre les équations
— =log(.-h^), = log(^i-^-j.
Un procédé graphique simple permet d'effectuer rapidement cette opération. Les quantités Q, Q', a-, t' figurant par leurs rapports, aucune mesure absolue n'est nécessaire.
La relation (i) suppose la quantité Q© assez petite par rapport àî pour que la présence des ions dans le gaz ne modifie pas sensiblement le champ. Un calcul tenant compte de cette modification donne, pour l'erreur relative qui en résulte sur la mesure de e, une valeur inférieure à ^Y" dans le cas d'une répartition initiale uniforme. La correction reste donc inférieure au centième tant que Q© ne dépasse pas -•
IL Les quantités Q© libérées par deux décharges consécutives dans un tube de Crookes n'étant jamais identiques, même après qu'on a supprimé complètement, ainsi que j'ai réussi à le faire, l'étincelle de rupture du primaire de la bobine, j'ai dû mesurer sur une même décharge les quantités Q et iV, ou plutôt Q et Q' — Q, car l'erreur relative sur s est sensiblement l'erreur relative sur Q' — Q, et il importait de mesurer directement cette quantité par une méthode différentielle.
Enfin, la difFérence ()' — (pétant toujours petite par rapport à (J (intérieure au dixième) et plus encore par rapport à t, il nv a fallu augmenter la sensibilité en passant de la mesure de Q et t à celle
111. Ces conditions sont réalisées par la disposition suivante : Deux appareils ABCD, A'B'C'D' {/ig. i) reçoivent simultanément les rayons de Kiintgeu [)rovenant du tube de Crookes T. Les lames métalliques AB, \'B', entourées d'anneaux de garde, peu\ent être reliées à I électromètre E par l'intermédiaire de condensateurs à capacité variable LM, L' M' destinés à faire varier la sensibilité.
Chacun de ces condensateurs est conslitué par un système de lames parallèles L soigneusement isolé, dans lequel peut venir s'emboîter, sans le toucher, un systcme semblable M relié à l'enceinte métallique générale S, et mobile perpendiculairement au plan de la figure sur
deux glissières GG. On peut, de l'eitérieur, éloigner ou rapprocber les systèmes L et M, ouvrir ou fermer les condensateurs. Les systèmes L et L' peuvent, au moyen de leviers I manœuvres à distance, élre reliés à l'enceinte ou à l'une des paires de quadrants de l'électromètre.
On règle d'abord la position du tube C de manière à obtenir des quantités libérées Qj identiques dans les deux appareils : les cbamps en ABCD, A'B'Cry créés par les batteries P ei P' étant égaux et de sens inverses, et l 'électromètre étant relié à L et L', le passage de la
3l6 p. LANGBVIN.
décharge ne doit produire aucune déviation. Les deux lames \B
et A'B' recueillent alors des quantités égales et de signes contraires Q'.
Le champ restant fixe dans A'B'C'D', on le diminue dans ABCD.
a. Les deux condensateurs LM, L'M' sont fermés; L est relié à Télectromètre, L' est isolé. On fait passer la décharge : Félongation de Télectromètre est proportionnelle à Q.
b. Cette élongation lue, on met l'électromètre en communication avec \J et Ton ouvre les condensateurs pour diminuer la capacité du système LEL' qui porte maintenant Q' — Q. Deux élongations successives donnent la déviation proportionnelle à Q' — Q. Le rapp^»rt des sensibilités dans les mesures de Q et Q' — Q est détemain* à l'avance.
c. Pour mesurer a-, on revient à la position (a) et l'on supprime le champ en reliant directement CD à l'enceinte S. La quantité i se répartit sur le système LE et l'élongation lue lui est proportionnelle. 0^ se mesure de la même manière.
IV. Résultais. — Bien que j'aie fait varier dans de larges hmites l'épaisseur de la lame de gaz, le champ, la répartition et l'intensité de l'ionisation, les valeurs obtenues poure dans l'air sec sous la pression atmosphérique à 17° sont restées comprises entre o,a6 et 0,28. La valeur moyenne 0,27 coïncide avec celle qu'on peut déduire d'une détermination du coefficient de recombinaison a faite par M. Townsend (*) à l'aide d'une méthode entièrement différente.
Il y a donc dans Tair, sous la pression normale, environ une recombinaison sur quatre collisions entre des ions de signes contraires.
Le rap[)ort £ tend vers l'unité quand la pression augmente.
(') TowNSKND, Phil. Trans., A. 242, 1899, p. iS-.
EXTRAITS DE DIVERSES NOTES. 3l7
SUR LA MOBILITÉ DES lOHS DANS LES ftAI.
Comptes rendus de r Académie des Sciences, l. CWXIV, 190a, p. 646.
I. J'ai montré, dans une Note antérieure (*), qu'il est possible d'efiectuer les mesures relatives aux gaz ionisés en n'utilisant pour créer Fionisation que les rayons de Rontgen produits par une seule décharge d'une bobine dans un lube de Crookes. La durée extrêmement courte de cette décharge (io~* seconde environ) permet de mesurer les mobilités des ions plus directement et dans des conditions plus variées qu'on ne l'a fait jusqu'ici.
Les rayons passant à travers une lame d'aluminium plane CD ifig» i), joints aux rayons secondaires qu'ils produisent sur CD et sur une lame métallique parallèle AB, ionisent le gaz compris entre
Fig. I.
! cT ? b,
c^s lames. Si un champ H y existe, les ions positifs se déplacent dans '^ sens du champ, vers AB par exemple, avec la vitesse A^jH, et les '^ns négatifs en sens inverse avec la vitesse A'aH. On a en général
