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Submitted on 1 Jan 1910
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Travaux néerlandais
E. Mathias
To cite this version:
E. Mathias. Travaux néerlandais. J. Phys. Theor. Appl., 1910, 9 (1), pp.844-864.
�10.1051/jphystap:019100090084400�. �jpa-00241596�
TRAVAUX NÉERLANDAIS
H.-A. LORENTZ. - La liquéfaction de l’hélium. - Archives Née~~landaises,
21 série, t. XIII, p. 492.
Exposé magistral du développement de deux questions intime-
ment unies dans l’histoire de la science : la liquéfaction des gaz et la continuité des états liquide et gazeux, questions personnifiées dans
le professeur K. Onnes, de Leyde, et le professeur J. D. Van der Waals, d’Amsterdam, dont le dernier vient de prendre sa retraite,
tandis que le premier a récemment liquéfié l’hélium.
H. KAMERLINGH ONNES. - La liquéfaction de l’hélium.
-Communications
fT’o1n the Physical Labol’atoTY of Leiden, n° 108, ’et A1’chives Née~°landaises,
2, série, t. XIII, p. 289.
L’hélium a été liquéfié par la méthode du cycle. Imaginons une
canalisation rigoureusement étanche contenant un gaz rigoureuse-
ment pur et dans la canalisation fermée sur elle-même une pompe,
aspirante d’un côté, foulante de l’autre, construite de façon à n’ap- porter au gaz qui remplit la canalisation aucune impureté. Le gaz,
comprimé à 75 atmosphères par exemple, et refroidi à la tempéra-
ture de l’hydrogène solide (- 2Õ9°), se détend à travers un robinet, puis est de nouveau aspiré, comprimé et refroidi, etc. Pour que l’ap- pareil réalise la liquéfaction statique du gaz expérimenté, plusieurs
conditions sont nécessaires. Il faut d’abord que le point d’inversion de l’effet Joule-Kelvin pour les petites densités soit supérieur au point de fusion de l’hydrogène, sans quoi la détente du gaz com-
primé pourrait donner lieu à un réchauff’ement. Il faut en outre que l’on soit suffisamment au-dessous du point d’inversion précédent
pour que la détente donne un refroidissement sensible que l’on puisse
accutnuler en f’aisant en sorte que le gaz comprimé commence sa
détente précisément à la température à laquelle celui qui l’a précédé
a fini la sienne.
On concevra sans peine que la réussite d’un tel problème ait exigé
des études préparatoires de plusieurs années, si l’on se rappelle les
échecs de sir J. Dewar et du professeur K. Olzewski dans leurs tentatives de liquéfaction de l’hélium, malgré des détentes du gaz de
plus de 100 atmosphères ; le point critique de ce gaz devait donc
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019100090084400
845 être situé excessivement bas ou pouvait même ne pas exister. fl est intéressant de rappeler que sir J. Dewar, se fondant sur la forte
absorption de l’hélium par le charbon aux basses températures,
avait estimé à environ 8 degrés absolus sa température critique, laquelle était dès lors située nettement plus bas que le point de
solidification de l’hydrogène. Même dans ce cas, la méthode de fa détente accompagnée de celle de l’accumulation du froid était néces- saire à appliquer pour aboutir.
Or, cette méthode est précisément appliquée dans les appareils
que von Linde et Hampson ont employés pour liquéfier l’air et que
sir James Dewar- a employés pour liquéfier l’hydrogène. Dans ces appareils, la détente se produit à une température r(,,duite qui est
environ la moitié de la température réduite du point d inversion de l’effet Joule-Kelvin pour les petites densités ; et il se trouve que la
température réduite de cette détente correspond à une température
réduite un peu plus basse que le point de Boyle, qui est la tempéra-
ture à laquelle le produit~v passe par un minimum pour ~ _ ~o .
Appliquant à la liquéfaction de l’hélium les idées de correspondance
que J.-D. Van der Waals a introduites dans la science, on en déduira que l’hélium pourra être liquéfié d’une façon statique dans un appa- reil semblable à celui qui permet de liquéfier l’hydrogène, pourvu que la température la plus basse dont on dispose soit inférieure au
point de Boyle de l’hélium.
Il fallait donc de toute nécessité déterminer ce dernier point à
l’aide des isothermes de l’hélium. Ce n’est qu’en 1907 que l’on réalisa la détermination de celles-ci. Ces isothermes indiquèrent que la température critique de l’hélium devait être comprise entre 5 et
6 degrés absolus ; enfin, l’isotherme de
-~~9°, peu de temps avant la liquéfaction du gaz, confirma que le point de Boyle était effecti- vement un peu supérieur à cette limite du refroidissement prélimi-
naire ; la liquéfaction statique était donc possible avec les ressources expérimentales du laboratoire cyogène de Leyde.
L’hélium, qui servit pour l’expérience de liquéfaction, fut extrait
de la monazite par chauffage, détoné par l’oxygène et refroidi dans l’air liquide. Puis on le fit passer sur de l’oxyde de cuivre et on
enleva l’oxygène ainsi que des traces de gaz de même volatilité en
le refroidissant dans l’hydrogène liquide. On le comprima ensuite
de nouveau et on le fit passer sur du charbon, d’abord à la tempéra-
ture de l’air liquide, puis à celle de l’hydrogène liquide ; ces opéra-
tions furent répétées jusqu’à ce que le gaz absorbé par le charbon et recueilli ensuite séparément ne contînt plus d’impureté en quantité appréciable.
Pour que l’hélium liquide pût être observé, on le détendait jus- qu’au vide (1) dans un tube en verre-vacuum non argenté dont la partie inférieure était protégée contre le réchauffement extérieur par
une couche d’hydrogène liquide. Ce nouveau liquide était égale-
ment contenu dans un verre-vacuum non argenté entouré d’un dis-
positif analogue contenant de l’air liquide, celui-ci étant protégé
contre la chaleur extérieure par un verre contenant de l’alcool qui
se renouvelait sans cesse. Ce dispositif s’est montré d’une efficacité
parfaite le jour de la liquéfaction de l’hélium ; après cinq heures de fonctionnement, cette partie de l’appareil était encore d’une trans-
parence parl’aite et l’on pouvait observer ce qui se passait dans le
tube le plus intérieur.
L’hélium fut liquéfié pour la première fois le 10 jnillet 1908. La
veille de ce jour mémorable, la provision d’air liquide fut augmentée jusqu’à être de 75 litres.
Le 10 juillet, à 5" J /4 du matin, on commença à préparer l’hydro- gèneliq~aide, dont 20 litres, recueillis dans des verres à vide argentés,
étaient prêts à i 11 30rn. A i h 301ll on cornmença à refroidir les parties
devant recevoir l’air liquide, en s’arrangeant pour que, ce liquide
introduit, tout fût bien transparent. A 2h 30m on commença à refroidir
le verre-vacuum devant contenir l’hydrogène liquide ; l’hydrogène liquide fut introduit avec beaucoup de précautions à 3 heures et à
4h 20m on commença à transvaser l’hydrogène liquide dans l’éprou-
vette à vide et dans le réfrigérant du cycle de l’hélium.
En méme temps, l’hélium fut mis en circulation à travers le li-
quéfacteur et la pression sous laquelle l’hydrogène s’évaporait fut
abaissée graduellement jusqu’à 6 centimètres de mercure, où elle
resta à partir de 5~’ ~0,11. Entre temps, la pression de l’hélium fut élevée lentement et, de 5’’ 3~111 à 6h 33t1l, elle monta de 80 atmosphères
.à 100 atmo5plières.
L’abaissement du thermomètre à hélium qui indiquait la ternpé-
(1) On ne devait pas considérer comme impossible que l’hélium eût une pression, critique inférieure ~, 1 atmosphère. Si tel avait été le cas, des expériences dans lesquelles la détente n’eîit été poussée que jusqu’à la pression atmosphérique
n’auraient pas pu décider de la possibilité de liquéfier l’hélium, si la conclusion
1’(>lzex;sk; y~m la température critique était supérieure ii 2 degrés absolus s’était
trouvée vérifiée.
847 rature au-dessous du robinet de détente fut très lent jusqu’à 6h 35111,
où une détente plus forte fit baisser la température au-dessous de celle de l’hydrogène. Dans les détentes suivantes, de plus en plus rapides, on observa chaque fois des tendances de la température à s’abaisser, surtout lorsque la pression n’était pas trop élevée. A un certain moment, on évaluait la température à 6 degrés absolus.
Lorsque la dernière bouteille d’hydrogène liquide fut reliée à l’appa- reil, on constata seulement un peu d’agitation dans le voisinage du
robinet de détente ; cependant la température, après quelques relè-
vements provenant de ce que la pression avait été portée trop haut,
s’était abaissée légèrement au-dessous de 5 degrés absolus et com- .
mença à se maintenir constante d’une façons remarquable. C’était
comme si le thermomètre était plongé dans un liquide. Le professeur Schreinemakers, qui assistait à cette partie de l’expérience, le re-
marqua. Tel était en effet le cas, la première apparition du liquide
avait échappé absolument à l’attention des expérimentateurs, ainsi qu’on l’avait prévu.
La surface liquide fut rendue très nette en y faisant réfléchir de la lumière venant par-dessous, et il n’y avait pas à s’y tromper, car on
la voyait parfaitement traversée par les deux fils de l’aiguille ther- moélectrique.
Il était alors 7h30111. Une fois la surface aperçue, elle ne fut plus perdue de vue. Elle se dessinait contre la paroi de verre, fine comme
le tranchant d’un couteau ; le liquide présentait l’aspect d’un corps
qui est presque à la température critique, comme le professeur Kuenen qui était présent le remarclua.
La liquéfaction étant bien constatée, on arrêta la circulation de l’hélium en essayant si l’hélium pourrait se solidifier par évaporation
sous pression réduite. A 8h30111 le liquide était réduit par évaporation
de 60 centimètres cubes à 10 centimètres cubes. La pression était
inférieure à 1 centimètre de mercure : la solidification ne se produisit
pas. A 9h40m il ne restait plus que 2 centimètres cubes de liquide et l’expérience fut arrêtée.
Propriétés cle Z’heZiz~~32.
-Le point d’ébullition de l’hélium liquide
donné par le thermomètre à hélium est de 4,3 degrés absolus. Cette
température devra être corrigée à l’aide de l’équation d’état de l’hé- lium pour être ramenée à l’échelle absolue; le point d’ébullition nor-
male sera alors probablement 4,5 degrés absolus.
La pression au triple point est inférieure à 1 centimètre de mer-
cure ; d’après les états correspondants, la température correspon- dant à la pression de 1 centimètre est d’environ 3 degrés absolus et cependant le liquide est encore parfaitement mobile.
L’hélium liquide a une trèsfaible densité, savoir 0,15 ; elle conduit
à une valeur de b qui est provisoirement de 0,0007 : celle-ci fournit immédiatement pour la pression critique une valeur probablement
voisine de 2 ou 3 atmosphères.
Au point d’ébullition normal, le rapport de la densité de la vapeur à celle du liquide est d’environ il 1 ce qui indiquerait une tempéra- ture critique à peine supérieure à 5 degrés absolus et une pression
critique un peu plus forte que 2,3 atmosphères.
Enfin, la valeur provisoire du coefficient de pression et est 0,00005;
c’est la plus petite des valeurs de fi relatives aux différents corps,
plus faible en particulier que celle de l’hydrogène, qu’on a pu croire
longtemps nulle.
J.-D. VAN DER WAALS. - Contributions à la théorie des mélanges binaires.
Archives ll~rée~°la~zc~aises, t. XIV, pp. 181 et ~Î89.
Dans ce long travail, particulièrement difficile à analyser, l’illustre
savant traite un certain nombre de points particuliers, qui consti-
tuent les chapitres du mémoire.
Il est revenu sur la questions de la relation qui peut exister entre
les quantités cc, ~, ~,, a,, qui interviennent dans la théorie d’un
mélange binaire. Il a, en effet, tracé à diverses reprises l’allure des courbes thermodynamiques dans le cas où un système binaire pré-
sente un minimum de température critique, c’est-à-dire où la gran- deur a~ passe par un minimum pour une certaine valeur de ~. On
bx
peut considérer comme connues, dans ce cas, l’allure des isobares ainsi que des courbes ’ ~~’ ==0et(~’) ~=0. L’expérience ad’ailleurs
B~A " x
Il appris que l’allure prévue par la théorie est exacte, qualitativement
du moins. Le professeur Van der Waals montre que l’allure de ces
courbes, dans le cas en question, ne s’accorde pas avec l’hypothèse : a2 - a~ a~. Il indique, chemin faisant, les considérations théoriques qui s’opposent à l’adoption de cette relation qui, si elle était exacte,
simplifierait considérablement l’éqnation de la courbe spinodale d’un
mélange binaire.
849
Les autres chapitres du mémoire sont consacrés à la rencontre
des courbes ~2~ - 0 et ~~ ~ 0, des courbes 1~ - 0 et ~~‘~ - 0
des àvàx ~ 0 et , == 0, des
~ x ~
== 0
)r2 v ~ 0
et des courbes ~~ 0 et (12- 0
et des courbes, 2 == 0 àx2 et 1 ‘~ - 0.
-
()t?’
SCHREINEMAI~ERS. - Equilibres dans les systèmes quaternaires.
Archives NéerLandaises, 2e série, t. XIV, pp. 3~!~ et 478.
Dans la première partie du travail, l’auteur examine théoriquement quelques cas simples d’équilibre dans les systèmes quaternaires.
Dans le premier chapitre, on suppose que les composantes seules existent comme phase solide et on passe en revue les trois sous-cas
d’un solide et trois solvants, de deux solides et deux solvants, de
trois solides et d’un solvant. Dans le deuxième chapitre, on admet
l’existence de combinaisons binaires et on considère le cas où il y a une, ou deux ou plusieurs de ces combinaisons. Enfin l’auteur dit un
mot de l’influence d’une variation de température ou de pression, les chapitres précédents supposant que l’étude est faite à une tempéra-
ture déterminée, sous la pression atmosphérique supposée constante.
.
Dans la seconde partie du mémoire, faite en collaboration avec
Mlle de Baat, les auteurs ont étudié, à la température fixe de 30°,
un cas simple dans lequel il ne se présente que trois phases solides,
savoir NaCI, BaCl, BaCrB2H20 et CuClz,~H20. Ils ont d’abord
étudié les quatre systèmes ternaires :
eau - chlorure de sodium - chlorure cuivrique ;
eau - chlorure de sodium - chlorure de baryum ;
eau - chlorure de baryum - chlorure cuivrique ;
chlorure de sodium - chlorure de baryum - chlorure cuivrique,
’
puis le système quaternaire dont l’étude est rendue très simple par
le fait qu’il ne se forme pas de sel double dans les conditions où l’on
opère.
Les auteurs ont ensuite étudié deux systèmes quaternaires présen-
tant des sels doubles et présentant par suite des circonstances plus compliquées, à propos desquelles le professeur Schreinemakers a
exquissé une méthode graphique de résolutions des diverses ques-
tions qui se présentent dans l’étude des équilibres quaternaires.
H. KAMERLINGH ONNES. - Isotherms of monoatomic gases and their binary
mixtures : III. Data concerning neon and helium (Isothermes des gaz monoato-
miques et de leurs mélanges binaires : 111. Données concernant le néon et
l’hélium).
-Communications from the Physical Laborato~°,~ of Leiden, n° ’l’12.
Le professeur Kamerlingh Onnes, à l’aide de néon extrait de l’air par distillation fractionnée (méthode de G. Claude), puis convena-
blement purifié, a déterminé la pression du triple point : pour cela il a solidifié partiellement le néon à l’aide de l’hydrogène liquide ; la pression qui règne lorsque les phases solide, liquide et gazeuse sont
en équilibre est estimée à 35 centimètres de mercure.
La pression critique du néon aété déterminée en faisant apparaître
et disparaître le ménisque dans la région médiane du volume occu-
pée par le fluide : on a trouvé 29 atmosphères.
_On peut reconnaître le néon à la propriété caractéristique sui-
vante : supposons le gaz collecté dans la pompe à mercure de Topler :
toutes les fois que le mercure tombe du réservoir de la pompe dans le tube inférieur, le ménisque au contact du verre se montre entouré
d’un étroit anneau lumineux orangé.
En recommençant l’expérience de la liquéfaction de l’hélium, le professeur K. Onnes a pu abaisser la température de l’hélium liquide
au point que la pression n’était plus que de 2mm,2 de mercure, sans que la solidification apparût; la température était alors de 21,5
absolus ou 2,5 Kelvin, peut-être même ~?° K.
Une première. détermination expérimentale de la pression critique
a pu être faite comme pour le néon ; elle a donné 2,75 atmosphères.
La température critique paraît être 5° K. et le point d’ébullition nor- male .~° K.
’
Dr H. KA111ERLINGH ONNES et Dr C. BRAAIL. - lsotherms of diatomic gases and
their binary mixtures : VIII. The breaking stress of glass and the use of glass
tubes ôn measurements under high pressures at ordinary and low temperatures (Isothermes des gaz diatomiques et de leurs mélanges binaires : VIII. L’effort de rupture du verre et l’emploi de tubes de verre dans les mesures à haute pression à la température ordinaire et aux basses températures). -- Co~n~nuni-
cations f~°om the Physical Lczborato~~y of’ Leiden, n° 106.
Désirant faire à l’avenir l’étude expérimentale des isothermes à des pressions pouvant atteindre quelques centaines d’atmosphères,
le professeur K. Onnes a voulu étudier l’effort de rupture du verre de
851
l’hïiringer, avec lequel sont faits les tubes piézométriques et mano- métriques employés à son laboratoire. Commele prince B. Galitzine,
les auteurs ont déterminé la pression intérieure maxima à laquelle
des tubes de verre cylindriques peuvent résister; ils ont opéré avec
des tubes soigneusement recuits, à parois éparses, à diamètre inté-
rieur grand ou petit et avec des tubes à parois minces et à large
diamètre intérieur. Les pressions de rupture étaient déterminées à 2 0/0 près par un manomètre métallique qui, dans certains cas, a
marqué jusqu’à 1 200 atmosphères. Le coefficient de Poisson était
pris égal à 1 et la pression maxima Tm supportée par le verre au
moment de la rupture calculée par une formule donnée par la théorie de l’élasticité. T"t, exprimée en kilogrammes par millimètre carré, varie de 4 à 5 pour les tubes épais à large diamètre intérieur, de 6
à 15 pour les tubes capillaires à parois épaisses et de 4 à 7 pour les tubes larges à paroi mince.
Dans une seconde série d’expériences, les auteurs ont étudié,
comme Winkelmann et Schott, la résistance à la rupture par trac- tion de baguettes filiformes de verre recuites ou non, dont les dia- mètres variaient de omm,i à Om~,6. A la température ordinaire, la
traction de rupture en kilogrammes par millimètre carré variait de 15 à 23 avec les fils non recuits et de 9,5 à 23 avec les fils recuits.
Dans leurs grandes lignes, les expériences de M. H. Kamerlingh
Onnes et Braak sont d’accord avec celles du prince B. Galitzine et de M. Winkelmann et Schott, elles donnent toutefois pour la limite de résistance du verre des nombres sensiblement plus élevés que
ceux de leurs devanciers.
Il est intéressant de constater que la résistance à la rupture aug- mente très vite lorsque la température s’abaisse. A la température
de l’air liquide huit expériences ont donné des charges de rupture
variant de 24 à 35kg,9 par millimètre carré.
Dans l’hydrogène liquide, une seule expérience fut faite sur un fil
de verre de O~In,~’~1 de diamètre, qui donna une résistance à la rup-
ture de 52~,1 par millimètre carré.
Dr H. KAMERLINGH ONNES et DI’ C. J3RAAK. - On the measurement of very low temperatures : XXI. On the standardizing of temperatures by means of boiling points of pure substances. The determination of the vapour pressure of oxygen at three températures (Sur la mesure des très basses températures : XXI. Etalonnage des températures par les points d’ébullition de substances pures. Détermination de la pression de vapeur de l’oxygène à trois tempé- ratures).
Dr H. KAMERLINGH ONNES et J. CLAY. - On the measurement of very low
temperatures : XXII. The thermoelement gold silver at liquid hydrogen tempe-
ratures (Sur la mesure des très basses températures : XXII. L’élément thermoé-
lectrique or-argent aux températures de l’hydrogène liquide).
-Co~n~nunica- fions f~~o~~z éhe Physical Labol’atory of Leiclen, n05 107 a et 101 b.
Il est très désirable de connaître exactement les points d’ébullition de substances pures sous des pressions connues, parce que ce sont des points fixes qui ne dépendent pas du thermomètre employé et qu’ils facilitent les comparaisons entre les thermomètres employés
dans les différents laboratoires.
A cause de cela, M. Kamerlingh Onnes et Braak ont déterminé
trois points d’ébullition de l’oxygène pur à l’aide de deux thermo- mètres à résistances de platine, comparés autrefois directement au
thermomètre à hydrogène.
En faisant bouillir l’oxygène pur sous des pressions voisines de
760 millimètres, on mesura les résistances thermométriques en ohms
et par une interpolation on en déduisit la résistance qui correspondait
à la pression 760 millimètres et par suite la température correspon- dante.
On trouva ainsi pour le point d’ébullition de l’oxygène pur sous la
pression de 760 millimètres au niveau de la mer et à 45, de latitude nord : t - - ~83°,03 î dans l’échelle d u thermomètre à hydrogène
et 6 = - 1$~°,986 dans l’échelle absolue. L’erreur probable paraît
ne pas devoir dépasser 0°,03.
De la même façon, les auteurs ont obtenu, dans l’échelle absolue : 0’ - - 186~542 à la pression p’ - 516,19 millimètres de mercure;
6" ^ - 189°,442 à la pression p" i 366,24 millimètres de mercure.
Ces deux dernières mesures, comparées à celles de Travers,
Senter et Jaquerod, montrent que les températures mesurées à Leyde
sont plus basses de 0°,~3 que les températures mesurées sous les
mêmes pressions par Travers, Senter et Jaquerod; il existe donc
entre les deux séries de mesures une petite diflérence systématique.
853
Quant à l’élément or-argent, son pouvoir thermoélectrique, qui
est nul à la température ordinaire, augmente rapidement aux très
basses températures. Aux températures atteintes par l’hydrogène liquide ou solide, la variation par degré de sa force électromotrice rend cet élément tout à fait propre à mesurer avec précision les plus
basses températures. MM. Kamerlingh Onnes et Clay se proposent
’
en conséquence de l’étalonner au moyen du thermomètre à hélium.
Dr H. KAMERLINGH ONNES. 2013 Methods and apparatus used in the cryogenic laboratory : XV. An apparatus for the purification of gaseous hydrogen by
means of liquid hydrogen (Méthodes et appareils employés au laboratoire cryogène :-XV. Appareil pour la purification de l’hydrogène gazeux au moyen de
l’hydrogène liquide). - Com1nunications froîn the Physical Laboralory of LeÙlen, n° 109 b.
L’emploi d’un cycle d’hydrogène n’est possible que si l’on possède
une quantité suffisante d’un gaz rigoureusement pur, absolument exempt de petites quantités d’air susceptibles de boucher par solidi- fication les canalisations très capillaires à travers lesquelles le gaz circule. Pour préparer en très grande quantité un tel gaz, il convient de partir de l’hydrogène, qualifié pur, du commerce, et d’en solidifier l’air en portant le gaz impur à la température de l’hydrogène liquide
bouillant sous une pression un peu inférieure à celle del’atmosphère.
Dès lors, l’air se solidifie, tandis qu’une partie de l’hydrogène légèrement impur se liquéfie. Le gaz provenant de la liquéfaction est
infiniment plus pur qu’à son entrée dans l’appareil.
Le professeur H. Kamerlingh Onnes a construit sur ce principe un appareil tel que la purification de 10 mètres cubes d’hydrogène est,
en règle générale, le résultat de huit heures de travail ; cette puri-
fication consomme 25 litres d’air liquide.
Pourvu qu’on ait en réserve une quantité d’hydrogène pur suffi-
sante pour faire fonctionner un cycle à hydrogène, on peut préparer en quantités pratiquement indéfinies de l’hydrogène extrêmementpur.
D, H. KAMERLINGH ONNES et J. CLAY. - On the change of the resistance of pmre metals at very low temperatures and the influence exerted on it by small
amounts of admixtures (Sur la variation de la résistance des métaux purs aux très basses températures et l’influence exercée sur elle par de petites quantités d’impuretés).
-Comïnunications fro1n ,the Physical Labol’atol’Y of Leiden,
n° 101 c.
Ce mémoire est la continuation de celui qui a été analysé dans le
tome VII du Journal de Physique (p. 313). Il avait été remarqué par les auteurs qu’on ne peut pas représenter par une formule parabo-
1 lique la résistance des métaux purs au-dessous de 0° C., et qu’il fal-
lait de toute nécessité introduire des puissances négatives de la température absolue T. Si l’on désigne par Wt et W 0 les résis- tances à la température centigrade t ~ T - 2731,09 et à 0°, on a
pour le cas de l’or pur entre 0° et - 238°,81 C., a, b, c, d, e, r étant
des constantes :
,’
Pour le mercure solide et pur, on a :
La résistance à 0° étant 97,152 ohms, à
-183° elle n’est plus que de ’~,~6~ ohms et à
-2580,81 seulement 0,7534 ohm. Le mercure
expérimenté était d’une pureté remarquable, sa résistance aux très basses températures étant nettement plus faible que celle du mer-
cure expérimenté par Dewar et Fleeming.
Le plomb est représenté par une formule du type précédent où le
coefficient c est nul. La résistance à 0° étant prise pour unité, à -- ~38°, 70 on n’a plus pour celle-ci que 0,01311.
Une spirale de constantan dont la résistance à 0° est prise pour unité a fourni, à
-182~,42, W = 0,97~.6~, et à
-255-,13, W = 0,91423; comme on le voit, le décroissement de la résistance s’accélère aux basses températures.
Si l’on porte en ordonnées les résistances et en abscisses les tem-
pérature, on obtient pour les métaux purs des courbes qui, prolon-
.
gées, coupent l’axe des abscisses avant le zéro absolu et semblent
’
toutes indiquer une résistance négative assez grande au zéro absolu.
Cette courbe présente pour tous les métaux, le mercure excepté,
un point d’inflexion aux très basses températures.
855
Dr J. CLAY. - On the change with temperature of the electrical resistance of
°
alloys at very low temperatures (Sur la variation avec la température de la
résistance électrique des alliages aux très basses températures). - Communi-
cations f7°o~n the Physical Laboraiory of Leiden, n° 107 d.
Tandis que dans leur travail de 1907, 1~11~. K. Onnes et Clay
n’avaient considéré qu’un seul alliage d’or et d’argent, dans le tra-
vail actuel M. Clay a étudié de la même manière sept alliages d’or et d’argent dont les pourcentages en argent étaient respectivement 0,396; 0,476; 0,524 ; 0,868 ; 1,-~~.0~; 20,037; ~’7,9$~ ; les cinq premiers
étaient destinés à étudier l’influence sur la résistance de l’or pur de
petites quantités d’un autre métal. Les mesures avaient pour but de donner la variation de la résistance spécifique avec la température,
en appelant dans ce cas particulier résistance spécifique celle d’un fil
de 1 mètre de long et de ~1 millimètre carré de section.
Désignons par ~~VAu et WAb les résistances spécifiques de l’or et
de l’argent purs à une même température, pour un alliage formé
d’un volume » d’argent et d’un volume i - 0153 d’or, la résistance spé- cifique calculée par la règle de conductibilité est :
. Or Matthiessen a montré, dès 1860, que la résistance expérimen-
tale W est beaucoup plus grande que la précédente ; W - W’ a été appelée résistance ccdditive. Cette résistance additive étudiée en ’186~
par Matthiessen et Vogt s’est montrée indépendante de la tempéra-
ture. Dans leur travail de 1907, K. Onnes et Clay avaient trouvé
qu’approximativement cette résistance additive était constante. Les recherches de Clay montrent que la résistance additive, pour les
alliages très pauvres en argent, croît à mesure que la température
s’abaisse de 0° à-252°, 92 et d’autant plus que la teneur en argent est plus voisine de zéro ; la résistance additive semble en outre propor- tionnelle à la teneur en argent ; pour les deux alliages riches en ar-
gent, la résistance additive est presque indépendante de la tempéra- ture ; en fait elle paraît décroître très légèrement, le décroissement
entre 0° et
-2~2°,9 étant de 1 0/0 pour l’alliage a 20 0/0, de 1/2 0/0
pour l’alliage à 48 0/0 d’argent.
T W/
Si l’on porte p en ordonnées les difiérences T - ~ T ‘, , 0 l’ordonnée
est nulle pour tous les alliages à ’1 =- 273° ,09; jusqu’à
-200o C.
environ, les courbes sont pratiquement rectilignes, les unes ayant leurs ordonnées positives, les autres ayant leurs ordonnées néga-
tives. Cela montre qu’il existe un alliage d’or et d’argent, contenant
sensiblement 0,1 0/0 d’argent, dont la variation de résistance entre 00 et
-2000 C. est à peu près rigoureusement proportionnelle à la température absolue. L’importance de ce résultat pour la mesure commode et précise des basses températures n’échappera à per-
sonne.
Au-dessous de - ~00° C. et pour tous les alliages sans exception,
les ordonnées baissent rapidement à mesure qu’on se rapproche du
zéro absolu.
Pour expliquer la résistance additive des alliages, Rayleigh ima- gina en 1896 que les deux métaux étaient disposés en couches très minces l’une derrière l’autre, de façon que, quand un courant élec- trique traversait ces couches, des effets Peltier de signes contraires
se produisaient, déterminant un courant électrique de sens contraire
au courant principal et ayant finalement le même effet qu’une aug- mentation de résistance. La théorie de lord Rayleigh conduit à cette conséquence que le produit TE2 de la température absolue par le carré du pouvoir thermoélectrique de l’alliage doit être une cons-
tante.
M. Clay a soumis cette conséquence à la sanction de l’expérience.
Il a déterminé le pouvoir thermoélectrique en complétant les déter-
minations de l’article précédent d’un élément or-argent entre + 1000
et
-258~61 C. et formé le produit TE2; celui-ci, entre 6° et + ~00°,
varie de 0 à 0,0000137 et, entre + 6° et
-258°,61, varie de 0 à 0,0003136. Il ne semble donc pas possible d’admettre la théorie de
lord Rayleigh.
’J.-I. DALTON. - Researches on the Joule-Kelvin effect, especially at low tem-
peratures : 1. Calculations for hydrogen ; II. The Joule-Kelvin effect for air at 0° C. and at pressure upto 42 atmospheres (Recherches sur l’effet Joule-Kelvin spécialement aux basses températures : 1. Calculs relatifs à l’hydrogène ; lI.
L’efl’et Joule-Kelvin pour l’air à 0° et à des pressions atteignant 42 atmosphères).
-
Co~nmunications f~°om tlee Physical Labo~°atory of Leiden, n° 109 a et c.
Il y a cinquante ans que Joule et Thomson exécutèrent leurs expé-
857 riences demeurées célèbres ; il est surprenant qu’ils n’aient été suivis
par presque personne dans cette voie importante. Quelques expé-
riences grossières de Regnault sur des gaz variés, le travail de Na- tanson et Kester sur C02 et le travail plus récent d’Olzewski sont la seule littérature à citer. Alors que Joule et Thomson partaient
d’une pression initiale qui ne dépassait pas 6 atmosphères et que la détente s’effectuait sans vitesse sensible à travers un tampon poreux, Olzewski détendait ses gaz à partir de pressions initiales énormes,
à travers une soupape; il trouva ainsi, en 1907, pour l’air et l’azote,
que la température d’inversion de l’effet Joule-Thomson décroissait
en même temps que la pression initiale.
Ces résultats ont été critiqués par Hamilton Dickson qui arrive
à la conclusion qu’il y a une différence fondamentale entre les expé-
riences de Joule et Kelvin et celles d’Olzewski, provenant de ce que l’énergie cinétique du gaz qui se détend n’est pas la même avant et après la détente. Les calculs de Dickson ayant été faits en partant
de l’équation d’état de Van der Waals, qui n’est pas correcte au
point de vue quantitatif, l’auteur reprend la question dans le cas de l’hydrogène, en partant cette fois de l’équation d’état empirique
extrêmement générale de Kamerling Onnes
dans laquelle p est exprimé en atmosphères, en prenant pour unité le volume théorique normal, A, B, C, etc., étant des coeffi- cients fonctions de la température calculés à partir des isothermes
expérimentales du gaz. Admettons en outre que deux conditions
expérimentales sont remplies, à savoir : que les énergies cinétiques
du gaz avant et après la détente sont identiques, et que la conducti-
bilité calorifique de l’appareil de détente est nulle : dès lors il suffira
d’exprimer que, F- étant l’énergie intérieure, on a :
On déduit de là la variation de température (T 1 - T 2) de l’hy- drogène détendu jusqu’à la pression atmosphérique dans des condi- tions variées de température et de pression initiales. Les valeurs admises pour les constantes critiques sont pc _ i5 atmosphères et
Tc = 29() absolus. Le tableau suivant donne les températures
d’inversion de l’hydrogène pour diverses valeurs de p,
-~2 :
La relation entre la température d’inversion et la chute de pres- sion est pratiquement linéaire. La température d’inversion décroît à mesure que croît la pression initiale, ce qui est exactement le con-
traire du résultat obtenu par Olze~vski. Or, l’azote, l’hydrogène et
l’air obéissent aux lois des états correspondants, leurs tempéra-
tures d’inversion doivent donc obéir aux mêmes lois, ce qui suffit à
montrer que le régime de détente étudiée par Olzewski n’obéit pas
aux restrictions qui ont permis d’écrire l’équation de condition fon- damentale :
Dans la seconde partie de son travail, l’auteur a déterminé expé-
rimentalement l’effet Joule-Kel-win sur l’air à l’aide d’un appareil à
soupape, des précautions spéciales étant prises pour empêcher toute
conductibilité calorifique provenant de la soupape. Dans ces condi-
tions, on observe un excellent accord avec les résultats expérimen-
taux de Joule-Kelvin et avec les calculs faits à partir des iso-
thermes de Kamerlingh réduites aux termes :
J.-D. VAN DER WAALS JUNIOR. - La loi de 11a Ltraction de doublets
électriques.
-A1’chives Néel’landaises, 2, série, t. XIV, p. 347.
Bien souvent, on a exprimé l’idée que les actions moléculaires sont
d’origine électrique. Une des hypothèses les plus simples que l’on puisse faire, c’est d’imaginer comme Reinganum et Sutherland que les molécules se comportent comme des doublets électriques. Ad-
mettons que ces doublets soient constants, l’auteur cherche quelle
doit être la loi de l’action résultante pour deux doublets séparés par la distance r; il admet : 1° que les molécules sont des doublets élec-
triques à moment constant m ; 2° que la distance moyenne est assez
grande pour que l’on ait à considérer des actions mutuelles qu’entre
859 deux molécules seulement; 3’ que les vitess es et les accélérations des molécules ont une valeur relative si faible, que l’on peut ad-
mettre que le champ de force électromagnétique des doublets coïn- cide avec le champ électrostat,ique correspondant à leur situation instantanée.
*Dans ces conditions, les considérations statistico-mécaniques de
.
Boltzmann et Gibbs sont immédiatement applicables au problème posé. L’auteur est ainsi conduit pour la force F, qui s’exerce entre
deux molécules séparées par la distance 3°, à la formule :
dans laquelle A, B, C, D, ... sont des constantes dont les expressions
sont connues. On a donc affaire à une attraction qui varie plus rapi-
dement avec la distance que ne le voudrait une proportionnalité à 1 -
r7
JEAN BECQUEREL. - Contribution à la connaissance du phénomène de Zeeman
dans les cristaux.
-Com7nunications f~°om the_Physi(-al Laboj°ator~ of Leiden,
n° 20.
L’auteur a montré que certainesbandes d’absorption de cristaux
uniaxes se décomposent sous l’action d’un champ magnétique paral-
lèle à l’axe optique et au faisceau lumineux en doublets dont les composantes ne peuvent être totalement supprimées par un analy-
f seur circulaire convenablement orienté. Ce phénomène, trouvé à la température de l’hydrogène liquide par Kamerlingh Onnes et J. Bec- querel, a été retrouvé dans les spectres cannelés d’émission des chlo-
rures et fluorures alcalino-terreux par M. Dufour qui a appelé résidu de polarisation les faibles bandes qui, dans les spectres juxtaposés
de deux vibrations circulaires inverses, paraissent prolonger les composantes principales. M. Jean Becquerel pense que les faibles
bandes, dont la superposition avec les composantes principales
donne une lumière incomplètement polarisée, sont en réalité de
nouvelles composantes absolument distinctes des premières.
En examinant les clichés obtenus à Leyde à l a température de l’hy- drogène liquide par le professeur K. Onnes eului, l’auteura constaté que la raie 6~~ pp de la tysonite donne en réalité un quadruplet
formé par deux doublets polarisés en des sens opposés. Il en est de
même pour les bandes 487,7 1.1P., 642,3 :J.p., 645, 6 ;;-1J., 655,9 py. du xénotime, les résidus n’occupant pas la même position que les com- posantes principales. °
Pour la bande positive 522,15 tLtL du xénotime, l’expérience refaite
à la température de l’azote liquide bouillant sous la pression atmosphérique et avec des champs magnétiques allant jusqu
24 000 gauss, on voit nettement un décalage entre les composantes
principales et les résidus.
Ainsi il existe des bandes qui donnent à la fois l’effet Zeeman po- sitif et l’effet Zeeman négatif ; cet eiet s’expliquerait dans toutes les
théories actuelles si l’on supposait que des électrons positifs et des élec-
trons négatifs contribuent à la fois à former les bandes en question.
HENRI et JEAN BECQUEREL et H. KAMERLINGH ONNES.- On phosphorescenceat
very low temperatures (Sur la phosphorescence aux très basses tempéra- tures).
-Cornmicnications (rom tlze Physical Labol’atory of Leiden, n° 110.
Les sels d’uranyle doivent être regardés comme une classe de
corps absolument distincte des autres substances phosphorescentes.
D’après les recherches de Lecoq de Boisbaudran, Lénard et Klatt,
et Urbain sur les terres rares, les composés sulfurés des terres alca-
lines et les oxydes des métaux terreux, on sait qu’à l’état de pureté parfaite ces substances ne sont pas phosphorescentes et il semble,
commel’a noté le premier Edmond Becquerel, que l’influence d’une
impureté soit nécessaire pour la formation de molécules complexes,
les « centres » de Lénard, lesquelles, contrairement aux molécules des substances pures, ont le pouvoir d’émettre de la lumière.
Il en est tout autrement avec les sels d’uranyle. Ces composés sont toujours phosphorescents, même quand ils sont tout à fait purs, et chacun d’eux est caractérisé par un spectre d’émission spécifique.
Même à la température de l’hydrogène liquide, la quantité de lumière
émise ne change pas d’intensité et elle s’évanouit avec l’illumination.
.
