SUR LES I0V8 DE L'ATMOSPHÈRE

Comptes rendus de l'Académie des Sciences, t. C\L, igoS, p. a3-i.

I. Les travaux de MM. Elster et Geitel d'une part, C.-T.-R. Wilson d'autre part, ont démontré la présence permanente dans l'atmosphère d'ions des deux signes, identiques à ceux que produisent les rajons de Rontgen et dus à l'action des substances radioactives dont l'existence constante en petite quantité dans l'air est expérimentalement établie.

La détermination du nombre de ces ions et de la conductibilité qu'ils communiquent à l'air est de première importance pour la météorologie, tant au point de vue des phénomènes de condensation de la vapeur d'eau, de l'origine des pluies et des orages, de la cause du champ électrique terrestre qu'au point de vue des variations du champ magnétique dues, en partie au moins, aux courants que produit le déplacement des ions sous l'action du champ électrique ou dos mouvements d'ensemble de l'atmosphère.

II. Aussi des recherches systématiques dans ce sens sont-elles eflectuées depuis 2 ans, principalement en Allemagne, par deux procédés distincts.

L'un, dû à MM. Elster et Geitel, consiste à suivre la déperdition électrique dans l'air d'un cylindre chargé relié à un éleclroscope d'Exner; malheureusement, s'il a Tavantage de la simplicité, sa sig^nification théorique est incertaine.

L'autre procédé, de signification plus précise, est dû à M. Ehcrt cl consiste à mesurer les quantités d'électricité des deux signes disponibles dans un volume connu d'air, c'est-à-dire une grandeur proportionnelle au nombre des ions présents, l'expérience ajant montré que

( ' ) P. Lanqevin, Ann. de Chim. et de Phys., t. XX VIII, 1908, p. 36o.

ceux-ci portent tous la même charge en valeur absolue, égale à 3,4 X io~"'® unité électrostatique.

L'air passe à cet effet sous l'action d'un aspirateur dans un condensateur cylindrique chargé dont l'armature intérieure communique avec un électroscope dont la cage est reliée à l'armature extérieure. Si le condensateur est assez long et le champ assez intense pour qu'on soit certain de recueillir tous les ions d'un signe déterminé sur l'électrode intérieure, la déperdition mesurée à l'électroscope est proportionnelle au nombre de ceux-ci.

m. J'ai commencé, avec l'aide de M. Moulin, depuis le mois de mai 1904, au sommet de la Tour Eiffel, des expériences de ce genre dont je donnerai ultérieurement les résultats et qui m'ont conduit à préciser la signification des mesures ainsi faites.

Il était en effet important de s'assurer, par des procédés électromébriques de laboratoire, dans quelles limites on peut admettre que les mesures faites avec l'appareil d'Ebert donnent bien tous les ions présents dans l'air qui passe, toutes les charges électriques disponibles. On va voir quUl en est autrement, dans une proportion tout à fait inattendue.

J'ai utilisé dans ce but une méthode de courant gazeux (* ) sous une forme qui permet d^ étudier la répartition des ions contenus dans un gaz entre les diverses mobilités^ problème important en pareille matière.

Soit/? la densité par unité de volume du gaz des charges portées par les ions d'un signe déterminé; ceux dont la mobilité est comprise entre k et k -\- dk correspondent à une densité élémentaire :

dp:=f(k)dk,

et le problème de la répartition consiste à déterminer la fonction /"( A") pour toutes les valeurs de la variable.

Pour résoudre ce problème, faisons passer le gaz sous le débit U dans un condensateur cylindrique de capacité C chargé par une batterie d'accumulateurs de force électromotrice V dans un sens tel que l'électrode intérieure E recueille les ions du signe considéré. Si la saturation est atteinte pour les ions de mobilité Xr, c'est-à-dire si tous ces ions sont recueillis par E, le courant correspondant sur celle-ci

(*) On trouvera dans le travail de M. E. Bloch {Ann, de Chim. et de Phys., janvier igoS, p. 6S à 71) Texposition que j*ai donnée de ces méthodes au Collège de France en 1903-1904.

330 p. L4NGBVIN.

sera

dl = Ddp= Vf{k)dk\

Mais les ions de mobilité assez faible pour que la saturation ne soil pas atteinte donneront seulement :

ce qui suppose, puisque di ne peut être supérieur à rfl, que /r est

inférieur à -; pour k supérieur à cette limite, la saturation est atteinte

et di est égal à rfl.

Le courant total i recueilli par E sous la différence de potentiel V est donc donné par

i=l]x f kf{k)dk'^\^ f* f(k)dk,

/ est une fonction de x que l'on peut obtenir expérimentalement en mesurant, au moyen d'un électromètre relié à E, le courant / qui corresponde différentes valeurs de V et en construisant une courbe S avec i en ordonnées et en abscisses la quantité x proportionnelle à V.

Cette courbe expérimentale permet de déterminer la fonction /(Ar). La relation (i) donne facilement, en effet.

don

fi l.\ -f- —

On déduit do là qu^il existe dans le gaz des ions de mobilité A, seulement si la courbe expérimentale S présente une courbure au

point d'abscisse x ^= j- Les mobilités des ions présents dans le gaz

correspondant aux régions incurvées de S ci f(k) peuvent se déduire (le la mesure de celle courbure.

En appliquant cette méthode à l^air atmosphérique, foi obtenu seulement deux régions de forte courbure : l'une correspondant aux ions ordinaires, de mobilité égale à environ i'^",^ pour I volt par centimètrcy Vautre à des ions de mobilités plu-

sieurs milliers de fois plus faibles (k ^= j^ environ), de même ordre que celles absentées par A/. Townsend dans les gaz réccm^ ment préparés et par M, Bloch pour les ions du phosphore.

Un point essentiel est que, dans les conditions où j'ai opéré, au niveau du sol, la quantité totale d^ électricité portée par ces derniers ions peut être cinquante fois plus grande que celle portée par les ions ordinaires et seule mesurée dans C appareil d^Ebcrt. Je crois donc important d'appeler l'attention des physiciens qui s'occupent d'électricité atmosphérique sur l'existence de ces centres chargés, beaucoup plus nombreux en général que les ions ordinaires. Je reviendrai sur leur origine probable et sur leur rôle.

SUR LUrOSSIBIUTÉ PHTSiaUE DE KETTRE EN ÉVIDENCE LE MOUVEMENT DE TRANSLATION DE LA TERRE.

Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXL, 1906, p. M71.

I. On sait que toutes les expériences tentées pour mettre en évidence le mouvement de translation de la Terre par rapport à l'éther électromagnétique ont donné des résultats négatifs. M. Lorentz a montré récemment (*), en complétant des résultats antérieurs obtenus par lui-même et par M. Larmor(^), que la théorie des électrons prévoit de manière complète et pour tous les ordres d approximation l'impossibilité de mettre en évidence par des mesures \ statiques, observation dépositions d'équilibre ou de franges noires en ; optique, le mouvement d'ensemble d'un système d'électrons si l'observateur est entraîné avec lui. Le raisonnement suppose que toutes » les actions intérieures au système sont d'origine électromagnétique, | et démontre que dans ce cas le système entraîné subit dans le sens du mouvement une contraction qui multiplie toute dimension linéaire

parallèle au mouvement par y/i — ji^, si p est le rapport de la vitesse

(») H.-A. Lorentz, Akad. v. Wetensch. te Amsterdam, 23 avril 1904. (') J. Larmor, Aether and Matter,

33a p. LANGBVIN.

d'entraînement à la vitesse de la lumière, les dimensions restant inaltérées dans toute direction perpendiculaire. X^ L'application de cette théorie au mouvement de la Terre oblige à supposer que les forces élastiques ou de cohésion qui déterminent k configuration des appareils de mesure sont d'origine électromagnétique ou se comportent comme telles, la même conclusion ne s'imposant pas pour la gravitation, qui ne joue aucun rôle appréciable dans les expériences tentées jusqu'ici.

II. Soil qu'on la considère comme une conséquence de l'origine électromagnétique des forces de cohésion ou comme une liaison imposée aux systèmes matériels, la contraction parallèle au mouvement sufAt pour expliquer de manière complète le résultat négatif d'une expérience récente de MM. Trouton et Noble (* ), d'après laquelle un condensateur plan, chargé électriquement et suspendu à un fil de loi^ sion, conserve une position d'équilibre invariable quand la direction du mouvement de translation de la Terre se déplace par rapport au plan vertical des plateaux. La théorie prévoit que, si le condensateur garde une configuration invariable, il doit au contraire tendre à s'orienter avec ses plateaux parallèles au mouvement.

Le raisonnement suivant montre que cette tendance disparaît de manière complète, si l'on admet la contraction de M. Lorenlx comme une liaison imposée au système, et permet de localiser dam le condensateur lui-même, abstraction faite du système de suspension, la cause compensatrice du couple prévu en l'absence de contraction.

III. Une méthode générale pour résoudre le problème de la Dynamique électromagnétique consiste dans l'application d'un principe analogue à celui d'IIamilton en Mécanique et d'après lequel la manière dont un système électromagnétique évolue entre deux configurations données aux instants /q et t^ est déterminée par la condition que rintégrale {'^)

\\\\-^\\,n)dt

soit stationnaire pour toute variation virtuelle compatible avec les liaisons, si W^ et W^ sont les énergies électrique et magnétique du système. Pour une configuration d'équilibre, W<. — W^i, l%j(PS^"^'^

( ' ) Trocton and Noble, Phil. Trans., A, t. CCII, igoS, p. i65. (') Jî Laiuiur, Aether and Matter {voir ce Recueil, p. 337).

ie Lagrange {^) ne varie pas avec le temps et la condition d'équiibre est simplement que cette quantité soit maximum ou minimum.

L'explication du résultat négatif de MM. Trou Ion et Noble nécessite que, pour le condensateur considéré, la fonction L =W<. — W,„, calculée en tenant compte des liaisons, de la contraction de Lorentz en particulier, soit indépendante de Torientation des plateaux par rapport à la direction du mouvement d^entraînement.

IV. Si Ton considère un condensateur plan chargé, ou d'une façon plus générale un système électrisé quelconque dont la translation produit un champ magnétique, il est facile de montrer, en calculant les énergies électrique et magnétique, que, si Ton suppose ce système

contracté dans le rapport ^i — p^, la fonction de Lagrange L', pour le système en mouvement, a pour valeur

L'=Lv/i— p«,

L étant la fonction de Lagrange pour le système en repos et non contracté. L' est donc rigoureusement indépendante àe^ l'orientation du système, et il ne résulte, par suite du mouvement, aucun couple tendant à orienter le condensateur; Texpérience de MM. Trouton et Noble doit bien donner un résultat négatif à tous les ordres d* approximation et quel que soit le système employé pour suspendre le condensateur. La compensation se produit à l'intérieur même du système électrisé supposé soumis à la contraction de Lorentz.

(*) P. Lanoevin, Revue générale des Sciences, 3i mars iqoS. ( Cf. Max Abraham Ann. d. Physik, t. X, i9o3, p. io5. )