Recherches sur l'ionisation dans les diélectriques solides et liquides

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et liquides

Tcheslas Bialobjeski

To cite this version:

Tcheslas Bialobjeski. Recherches sur l’ionisation dans les diélectriques solides et liquides. Radium

(Paris), 1910, 7 (2), pp.48-56. �10.1051/radium:019100070204801�. �jpa-00242393�

point ^{de vue} chimique, ^et cependant j’ai pu m’assurer que le baryum n’émet pas de rayonnement ^excédant

2 pour ^{J 00} de celui du potassium, ^{autrement dit le} barvum posséderait ^au plus 1 50 de la radioactivité du

potassium.

Le sodium et le lithium ne donnent rien de net.

Le thallium. qui par ^ses propriétés chimiques ^se rapproche des métaux alcalins, m’a ^donné également des résultats négatifs. J’ai étudié par la ^même méthode les sels d’un certain nombre d’éléments communs, ^au

point ^{de vue de leur} radioactivité. Bucun ne donne de rayonnement comparable ^{à celui du} potassium ^et

du rubidium.

Devons-nous attribuer les phénomènes précédents

à une propriété radioactive analogue ^{à celle du radium}

et n’en différant que par ^une intensité beaucoup

moindre ’?

L’étude des corps radioactifs ordinaires ^{nous a habi-} tués à l’idée _que la lourdeur du poids atomique, plutôt (me la structure de l’atome, intervient _pour déterminer le processus radioactif.

Dans la série du potassium, ^c’est plutôt ^l’inverse (lui ^a lieu, ^le caesium étant complètement ^inactif.

Peut-être le mécanisme de cette radioactivité est-il

tout ditlérent d’une désintégration atomique. ^{En tout}

cas, les rayonnements ^ne proviennent pas d’une trans-

formation de la radiatioii pénétrante ^{de Cookc. Cette}

dernière subit, en effet, dans l’intervalle d’une jour- née, des nuctuations de 10 a 20 pour 100. Je n’ai

jamais rien observé de semblable _pour le potassium,

et il ne me semble _pas qu’il y ait lien de chercher

une relation de cause à effet entre les deux phéno-

mènes. Peut-être pourrait-on ^{penser à une transfor-}

matioii constante par le sel de la radiation calorifique

du corps noir que constitue la boite, ii la température

de l’expérience. Or j’ai opéré ^{entre J4" et} 140°. Entre

ces limites la radiation calorifique ^eu équilibre, ^cal-

culée par la loi de Stefan, passe de 1 à ’2. Le rayon-

nement du potassium, ^{nous l’avons Nu, ne} change pas d’une façon appréciable.

La propriété ^{subsiste en} solution ; ^{le courant débite}

ne change pas quand ^{on fait tomber sur le sel la}

lumière du jour ^ou celle d’une lampe à incandescence.

Il ne s’agit ^donc pas d’un ^effet photo-électrique ^crée

par des ^traces de lumière qui entreraient accidentel- lement dans l’appareil. ^{Dans tous les cas le} phéno-

mène se comporte ^d’une façon remarquablement régulière.

Je ferai remarquer ^enfin qu’il a bien moins de

disproportion ^{entre le} rayonnement ^du potassium ^et

celui de t’uranium, (m’entre ^le rayonnement ^{de l’ura-}

nium et celui du radium. Autrement dit, ^comme énergie rayonnée, ^le potassium ^et le rubidium sont

mille fois plus près de l’uranium _que l’uranium du radium.

Je tiens en terminant, ^à exprimer ^{toute ma recon-}

naissance à M. Abraham, ^directeur du laboratoire de

Physique de l’Ecole Normale, _{pour les} ^conseils qu’il

m’a donnes et l’obligeance ^avec laquelle ^{il a mis à nia} disposition ^les ressources de son laboratoire.

[Reçu lu ’2 Février 1910.]

Recherches ^sur l’ionisation

dans les diélectriques ^{solides et} liquides

Par Tcheslas BIALOBJESKI [Collège ^de France. Laboratoire de physique].

PREMIERE PARTIE Introduction.

1. Les phénomènes d’ionisation dans les gaz ^Ullt été depuis quatorze ^ans l’objet de recherches nom-

breuses et variées. Si le sujet ^est loin d’être épuise,

nous saisissons déjà ^{dans ses} grandes lignes ^{le méea-}

nismr général dn passade de l’électricité à ^trlners la matière a J’étal _gazeux.

Mais. sous 1 action des radiations nouvelles. 1 a cun-

ductibilité des autres diélectriques, ^{solide: et} liquides.

s’aceroit aussi bien que celle des gaz. On a prèté

cependant jusqu’ici peu d’attention à ces diélectri-

ques. Il semblait que les de conductibi- Lilité dans CL’ux-ci fussent extraordinairement com-

plidués ^{et même} capricieux. ^Cette opinion, peut-être,

n’est _pas tout à fait *ustifiée, j’espère ^{au moins le}

montrer. D’autre part, ^{l’étude de} la conductibilité

acquise par les isolants solides et liquides permettra peut-être d’obtenir des indications sur le mécanisme de la conductibilité et sur la cause des différences _pro- fondes entre les conducteurs et les isolants.

La conductibilité des gaz d’après ^{la théorie généra-}

lement admise s’explique parla production ^{de centres}

électrisés, ^d’ions de signes contraires. En nous pla-

çant ^ait point ^{de vue} de la théorie des ions, nous par- lerons de l’ionisation dan, les diélectriques ^autres que les gaz, quoique le mécanisme de leur conductibilité suit encore très peu ^connu.

Je donnerai d’abord une revue rapide ^{des travaux}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019100070204801

qui ^{ont été} publiés jusqu’ici ^{sur cette} question.

L’étude des diélectriques liquides ^étant relativcment

plus ^{avancée, nous} lcs exanlinerons en première ligne.

2. Déjil, ^en 1896. J.-J. Thomson, ^{au début de ses} recherches ^sur l’ionisation, ^a signalé qu’un ^conduc-

teur électrisé se décharge lorsque ^l’isolant qui ^l’en-

toure, gazeux, liquide ^{ou solide, est} soumis à l’action des rayons X 1. Rôntgen ^et Righi cependant n’ont pas pu ^retrouver l’augmentation ^de conductibilité des

diélectriques ^{solides et} liquides ^{due aux} rayons ^{X 2.}

L’effet du rayonnement ^{du radium sur} les diélectri- ques liquides ^{a été} découvert par ^P. Curie en 1902 à l’aide d’un dispositif simple ^et parfaitement ^{sûr 3. Le} liquide ^étudié rcnylit ^{un vase} métallique ^dans lequel plonge ^un tube de cuivre mince. Au fond de ce tube

est placée ^une ampoule ^{contenant le sel de radium.}

Le vase extérieur isolé est maintenu ai un potentiel

élevé à l’aide d’une batterie de petits accumulateurs.

Le tube intérieur protégé par ^{un tube} de garde ^est

relié à un éleclromètre. Le résultat principal ^{de ses} expériences ^{est le suivant :} l’accroissement de conduc- tibilité se produit pour ^tous les diélectriques liquides

dont la conductihilité _proprc est assez faible pour ^ne pas masquer l’effet des rayons. ^Aux potentiels ^élevés,

l’intensité du courant croit plus lentement que ^la force électromotrice. Les mêmes résultats ont été obtenus en soumettant des liquides a l’action des

rayons X ^qui passaient ^{par le Ionâ du vase. Curie a}

observé aussi _que la conductibilité acquise ^devient plus ^faible lorsque la température ^s’abaissc.

Lcs résultats de Curie ont été confirmés _par M. G. Jaffé. Celui-ci a établi _{que le} courant sous

l’action du rayonnement ^se compose de deux parties

dont l’une suit la loi d’Ohm, tandis que l’autre ^cst

analogue ^{aux courants dans} les gaz ionisés. Cela se

traduit par la ^{formule :}

où la fonction f (e) ^{tend vers une limite à mesure} que le potentiel ^e augmente ^4.

Dans un autre trlwil, ^{l’auteur a étendu ces con-}

clusions à trois autres litluideq, ^{la benzine,} le sulfure de carbone et le tétrachlorure de carbone. Il em-

ployait ^un condensateur plan ^{muni d’un anneau de} garde ^et plongé ^{dans le} li(luide ^à examiner. Les rayons ^{du radium} pénétraicut ^dans l’espace compris

entre les armatures du condensateur. après ^{avoir tra-}

versé le fond métallique du vase enfermant le sy stème,

une couche de liquide ^et l’armature inférieure .

A u courant de 1 U09 ollt paru deux ^{travaux consa-} crés aux diélectriques liquides, ^{Dans run d’eux,}

1896.

2 R Ph

R a., V-6 ^1’"

3. C. R., 134 1902 ¹²⁰

4. Journ. de Phys.. IV-5 1906 263.

Z,. Annal. de J . Phys. 25 1908 227.

M. Jaffé est arrivé a des conclusions fort intéres- santes en étudiant la conductibilité spontanée ^de

l’hexane pur. Il a trouvé que ^ce liquide ^{est à}

un gai comprimé ^et que ^sa conductibilité peut ^être attribuée il l’ionisation. Celle-ci provient ^d’une part ^du rayonnement pénétrant ^de l’espace environnant et d’autre part des ravons ^{dus à} la faible activité des

parois ^{du vase. Aux} potentiels suffisamment étevés.

on obtient le courant complètement ^saturé. L’appareil

de iI. Jane consistait ^{en un} condensateur cylindrique

et le courant était mesuré au moyen de l’électroscope

à feuille inclinée de C. T. Pt. Wilson1.

L’autre travail est dil à Cäcilia Böhm-Wendt et E. v. Schweidler2. A l’aide de l’appareil ^{de Curie les}

auteurs étudiaient le courant d’ionisation dans 1éther de pétrole ^{et l’huile d’oliw. Lcb} résultats des expé-

riences ont permis de calculer la somme des mohi- lités des ions de deux signes. ^{Le mode de calcul sera} exposé plus ^loin.

3. En ce qui ^{concerne les} diélectriques solides,

des doutes ont été émis jusque maintenant ^sur l’exis- tence même du phénomène d’ionisation. lI. Becquerel

le premier ^en 1905 avait trouvé une augmentation ^de

la conductibilité de la paraffine ^sous l’action du radium. Il constata en outre qu’après ^la cessation de l’influence radiante la paraffine conserve une conduc- tibilité qui ^reste appréciable pendant ^{une demi-heure}

environ. Après ^la suppression ^du champ ^{il se} pro- duisait ^un courant de sens inverse. L’appareil ^eIl1- ployé ^{était un} condensateur cylindrique en communi- cation avec un électroscope;).

Peu de temps après parut ^{un mémoire de} M. Cecker sur cette question. ^{Il n’a} pu ^constater

qu’une augmentation ^très petite de la conductibilité des divers diélectriques ^{solides soumis à} l’action du rayonnement de radium. Il a remarqué ^{aussi un}

accroissement du courant jusqu’à ^{llll maximum à} partir ^{du lloment Oll la radiation commence à} agir’.

En 1905, ^{M. A.} Righi avait obtenu des résultats contradictoires avec la paraffine solide. Mais il c’mn-

i’irua les faits établis par P. Curie pour les diélec-

triques liquides3.

En 1908, M. Langevin ^{dans une note} théorique ^a indiqué ^la forllllllc suivante pour lc nombre E qu’il

avait introduit auparavant dan, la théorie de l’ioni- sation :

ou Il est la constante diélectrique. a - le coefficient

de recombinaison e-charge d’un ion. 4 et 4-

les mobilités des ions positifs et négatifs respecti-

Ten1enL C représente ^la capacité ^du condensateur.

forme _par le diélectrique ^{étudié. R - sa} résistance.

D’après la théorie E est égal ^au rapport ^{du nombre} des chocs qui ^{ont pour} conséquence ^la recombinaison des ions de signes contraires, au nombre total des chocs. Il est évident que ^ce rapport ^{doit être} toujours

intérieur à l’unité 1.

Il ^me reste a signaler ^{duu; travaux} récents sur le

sujet qui ^nous occupe.

M. Greinacher a tente de mettre en évidence l’action des rayons 70 ^{sur les} diélectriques solides. Il a

abouti ti un résultat négatif. Il attribua les variations de conductibilité observées à l’existence d’une couche d’air entre la surface du diélectrique ^et l’électrode

métallique. ^{Il n’a obtenu non} plus ^aucune augmen- talion de conductibilité sous l’action des rayons

pénétrants 2.

Enfin, ^11. lIodgson ^a observé l’accroissement cOl1-

sidérable de conductibilité de divers diélectriques

sous l’action du rayonnement pénétrant d’un sel de radium. Il a confirmé les résultats concernant la

disparition lente de conductibilité et l’augmentation

initiale du courant d’ionisation 3.

J ai commencé mes expériences ^{au mois de} juin

dc 1908. Dans ce qui ^suit j’exposerai somlairement les résultats _duc j’ai ^{obtenus en} étudiant l’action des rayons pénétrants ^{du radiunl sur} plusieurs ^diélcc- triques.

Les phénomènes généraux présentés par les

diélectriques ^solides.

4. Dispositif employé. - ^{Dans les} expériences préliminaire5 ^ou j’ai ^eu pour objet ^{d’étudier les}

caractères généraux de la conductibilité commu-

niquée ^aux diélectriques ^solides par le rayonnement B ^et y du radilii-n, je ^me suis servi dn dispositif

suivant (Hg. 1). Il consiste ^{en un} condensateur plan,

Fig. ^1.

entre les armatures duquel ^était placée ^{la substance}

isolante étudiée.

Lt’ plate lU ^A du condensateur communiquant ^arec

1. C. R. 134 9 12 333 14d 19 ^v 1011.

2. La Radium. tt 1909 219.

3 Phd. 18 ^{1909 1 232}

l’électromètre E est découpé ^{dans le} fond d’une boîte

cylindrique B ^{en laiton reliée au} sol; ^{elle sert d’an-}

neau de garde ^et protège ^{en mènie} temps ^le plateau

et le fil de jonction ^{contre les} perturbations ^exté-

rieures. Cette boite est remplie ^de paraffine. ^Le

diamètre du plateau ^{A est de 6C1l1,6.}

L’antre arll1ature C du condensateur est reliée à un

pôle d une batterie P de petits accumulateurs dont l’autre pôle ^{est au sol.}

Le rayonnement ^ionisant agissait ^{à travers cette}

armature qui était constituée par des disques ^d’alu-

minium d’épaisseur ^{variant de 0mm, 02 à} 2’"’",5. ^Afin d’assurer le contact, lItlC couronne épaisse de plomlj h

était iiiisc sur t’es disques.

Lorsque j’employais des feuilles minces d’alu- minium, je plaçais ^{sur elles un} disque ^de plomb

muni d’une ouverture centrale. Enfin dans les expé-

riences portant ^sur des couches très minces de diélec-

triques je ^{mettais sous ce} disque une couronne

d’ébonite, ^et la feuille d’aluminium reposant ^{sur la} surface du diélectrique communiquait ^{avec le} disque

de plomb par 1 intermédiaire d’un ^ruban de papier

d’étain. Ce dispositif permettait de n’utiliser que la

partie centrale de la couche diélectrique ^{et d’éviter}

ainsi l’influence factieuse des bords du plateau, ^{ou la}

couche étudiée cesse d’être uniforme. Pour ces der- nières expériences je ^me suis servi d’un autre con-

densateur en laiton nickelé et isolé à l’ébonite. Le diamètre du plateau en comnunication avec l’électro- mètre était de 5cm,65.

Je mesurais le courant a l’aide d’un élcctrométre du

système ^{Moulin 1.} L’aiguille ^était portée ^{it 90 -volts}

au moyen d’une ^batterie d’accumulateurs P’. La vitesse de déplacement ^du spot ^{lumineux sur} l’écllcl!c don- nait la valeur relative du courant.

J’ai fait plusieurs déterminations avec l’étalon d’influence de lI. Moulin, qui permet ^{de mesurer le}

courant en valeur absolue 2. La sensibilité de l’électrc- mètre était de J:)Ü ^nlnl. _par volt à la distance d’un mètre.

Dans la plupart ^{des cas la source du} rayonnement ionisant était 1 mgr. de bromure de radium contenu dans une capsule ^de platine, fermée par ^une fenétre de mica.

Je duis à 1 obligeance ^{de Mme} Curie d’avoir _pu

disposer ^{de cette substance active.}

5. Les expériences ^ont porté ^sur quatre ^substances solides, soufre, parafline, ^{cire et} ambre. Toutes sont

ionisées _{par le} rayonnement, quoiqu’il y ait des diffé-

rences notables entre les phénomènes présentés par chacune d’elles.

6. Soufre.

^{Le soufre est} particulièrement ^sen-

sible a U rayonnement ^{du radium.}

1 Le Radium. 4 1907 145.

2. Le Radium. ^{5 1908 1 143.}

Sa conductibilité spontanée ^{diminue assez} rapide-

ment si l’on fait agir ^le champ électrique pendant ^un

certain temps. ^{Les autres} diélectriques présentent ^le

même phénomène d’ailleurs bien connu. Je disposais

de plusieurs disques ^{de soufre} soigneusemellt ^dressés

au tour et d’épaisseurs ^variées.

L’exemple suivant donnera une idée de l’ordre de

grandeur ^de la conductibilité acquise. ^Le disque ^de

soufre avait une épaisseur ^de 3mm,35, ^l’armature supérieure ^{était une} feuille d*aluiiiinium de 0, ^{1 mm.}

d’épaisseur, ^{la substance active se} trouvait al 3cm,5 ^au- dessus. La différence de potentiel ^{entre les armatures}

était de 180 volts. Le courant spontané s’est trouvé

égal ^{à 2,5X 10-15} ampère. Aussitôt que la substance active eut été approchée ^{il monta à 8 X 10-12 alll-} père, ^ce qui ^{donne une} multiplication par ^{55 en-} viron.

En faisant agir ^le rayonnement ^{de tout} près, ^{à tra-}

vers une feuille d’aluminium de 0.05 mm. sur un

disque ^{de 1 mm, 7} d’épaisseur, j’ai ^{obtenu un courant}

d’ionisation final (voir ci-dessous) ^{400 fois} plus ^fort

que le courant spontané. J’ajoute ^ici qu’entre ^{la créa-}

tion du champ ^et l’isolémentde l’électromètre s’écou- lait un temps suffisant pour que le régime permanent

s’établisse. Sauf dans des cas particuliers, ^ce temps n’excédait pas ^une minute et était généralement

moindre.

7. Accroissement initial du courant. - Un

phénomènc remarquable ^est l’accrossement initial du courant d’ionisation, ^{comme si les ions} s’accumulaient lentement dans la matière ^sous l’action ininterrompue

du rayonnement. ^On peut procéder ^{de deux} façons

différentes dans l’étude de cet accroissement.

Le premier ^mode d’opérer ^{consiste en ce} qu’on

n’établit le champ électrique ^que pour la durée d’une

mesure., et lcs mesures sont distantes d’un intervallc de dix minutes au moins. Dans ce cas Ic courant croit

pendant plusieurs ^heures.

Le second mode diffère du premier ^{en ce} qu on

suit la variation du courant ^en laissant agir ^Constam-

ment le champ ^{et le} rayonnement : ^{dans ce cas} l’aug-

mentation est beaucoup ^moins grande et ^{ne dure} que

quelques ^{minutes, si le} champ ^{est assez} fort. Cela résulte de ce que dans le second ^cas il se superpose il l’accrossement progressif de la conductibilité produite

par la radiation ^une diminution duc a l’application prolongée ^du champ, ^et analogue ^{a ce} qui ^se produit

pour la conductibilité spontanée. ^D’autre part ^{le ct’u-}

rant entra nie les ions formés et empêche ^{leur accu-}

mulation. Pjr exemple pour ^une plaque ^{de soufre d}

3mm,08 d’épaisseur. j’ai obtenu les résultats suivant-

avec une différence de potentiel ^{de 45 volts} appli- quée pour la durée d’une mesure tuuto les 20 mi- nutes:

Tableau I

La valeur linale était : 1.3X10-12 ampère (voir

le diagramme 2). ^{Le’ courant} spontané ^était égal ^à

Fig. ^2. Fig. 3.

0.9X10-13 ampère. ^{Le radium} agissait ^{à travers}

une plaque d’aluminium épaisse ^{de 2mm,3.}

- Dans les mêmes conditions _pour une différence de potentiel ^de 360 volts j’ai obtenu les nombres suivants dans le ^cas d’un disque de soufre de 13mm,4.

Tableau II

La valeur finale etait: 2.i X 10-12 (diagramme 3).

Le courant spontané était ^{de 0.9X10-13} all1pl’ft’.

Nous voyons que l’augmentation de l’ionisation est plus considérable pour le soufre épais. L’ensemble des expériences montre qu’il en est de même pour la durée de l’augmentation.

Je donnerai un exemple, ^{ou le} champ électrique

créé pur 1080 volts restait appliqua tout le temps ^{à la} même plaque épaisse du soufre. Le courant augmen- tait pendant douze minutes de la valeur initiale de

2.8 X 10-12 ampère jusqu’à la valeur finale de

l’ionisation était plus forte que dans le

8. Diminution du courant sous l’action du

champ. Courant de retour. Après avoir atteint

son maximum d’intensité. le courant d’ionisation

comn1ençait ^à décroitre. On sait que le ^courant spon- tané dans les diélectriques ^diminue rapidement après l’application ^du champ ; ^{au contraire en} présence ^de

la substance active l’abaissement du courant ne se

produit ^dans le soufre et la paraffine qu’avec ^une

extrême lenteur. Dans une expérience ^{avec un} disque

de soufre de 3Il1m,3J, ^et pour ^une différence de poten- tïf’1 de 1800 volts appliquée continuellement, ^{le cou-}

rant d’ionisation baissa à la moitié de sa valeur maxima

ell 16 heures.

-

J’ai relié alors au sol les deux armatures du condensateur. Il s’est produit ^{dans ces} conditions un

courant de sens inverse, dont la valeur initiale était exactement égale ^{à la valeur maxima du courant d’io-}

nisation. Après ^{une chute} rapide ^{au début, ce courant}

continua à diminuer plus lentement, ^{la courbe de} l’intensité en fonction du temps s’approchant ^sensible-

ment d’une ligne droite inclinée de 8° ^sur l’axe des abscisses (tig. 4).

Fig. 4.

9. Disparition ^de l’ionisation.

Si ^{nous cn-} leions la substance active ^en laissant le champ agir,

le courant décroit graduellement ^{comme l’avait} déjà

observe II. Becquerel.

Pour l’exemple ^donne plus ^{haut à la fin} du § ^{7 la}

diminution a eu lieu de la façon suivante :

Tableau 1II.

J’ajoute que ^{le courant} spontané était ^{de 1.6 X 10-13} ampère.

Un doit s’attendre évidemment à ce que la dispari-

tion de l’ionisalion se fasse beaucoup plus ^lentement

si le champ agit ^seulement pendant ^{la durée de} chaque ^{lecture. C4est ce que} l’expérience ^connrmc.

J’indiquerai les nombres qui ^sc rapportent ^{au cas}

examine (§ ^{7, tableau} II).

Tableau IV.

(Figure ^5).

Fig. 5.

La vitesse de disparition ^varie suivant les circon- stances. Il se dégage ^{nettement des} expériences que la

disparition ^{est d’autant} plus rapide, que l’ionisation était plus ^{intense et le} diélectrique plus ^{mince. Cela}

résulte de la loi de recombinaison. Dans le cas des couches isolantes minces l’CÎÎet de diffusion des ions

vers les armatures métalliques joue ^{sans doute un}

rôle considérable.

En reprenant l’exemple du § ⁷ (figure ^{2 et ta-}

bleau 1), nous avons les nombres suivants pour la

disparition d’ionisation.

Tableau V.

(Figure 5,1.

10. Paraffine.

En ce qui ^{concerne la} paraffine,

nous ne trouvons rien de particulier qui ^la distingue

du soufre au point ^{de vue de} l’ionisation, ^{si ce}

n’est qu’elle ^{est moins sensible à} l’action du rayon- nement.

11. Cire.

Les phénomènes du passage de l’élec- tricité dans la cire diffèrent considérablement de ceux

décrits ci-dessus. La conductibilité de la cire, ^relati-

vement grande ^{au début, décroit} rapidement ^aussi

bien en présence ^{du radium} qu’en ^{dehors de l’action}

du rayonnement. ^{Les trois courbes} représentait ^en

fonction du temps ^{le courant} spontané, ^{le courant}

d’ionisation et le courant de retour (celui qui ^s’ohserve après ^la suppression ^du champ électrique), ^{ont une}

allure identique. ^La seule différence consiste en ce

que la première ^{est située au milieu,} la seconde ^se trouvant au-dessus d’elle et la troisième au-des-

sous.

Suivons maintenant la diminution de la conducti- bilité spontanée ^{sous l’action} ininterrompue ^du champ,

et faisons agir ^le rayonnement pendant ^{la durée d’une}

mesure après des intervalles de temps déterminés.

Chaque ^{fois nous} observerons unc augmentation ^con-

sidérahle du courant. Ce courant dù au rayonnement diminue en même temps que le ^courant spontané,

mais le rapport ^{entre ces deux courants devient de} plus ^en plus grand. ^{Dans une} expérience, ^{dix minutes} après l’établissement du champ, ^ce rapport ^était égal

à 2, après ^{une heure} quarante minutes, ^{il monta à} 5;

en mume temps ^{le courant} spontané ^{devint six fois} plus ^faible.

On voit que leur différence restait à peu près ^con-

stante, ^ce qui ^démontre que l’action du rayonnement

est la même à la fin qu’au commencement. Il faut remarquer d’ailleurs que la matière active ne produit

pas ^sur la cire un effet aussi considérable que ^{sur le} soulre et la paraffine.

Le rayonnement provoque ^un accroissement non

moins marqué ^{du courant de retour.} Ici aussi cet

accroissement est relativement plus grand ^{à mesure}

que le ^courant de retour s’affaiblit.

J’indiquerai ^{encore le fait suivant, uii} peu bizarre.

Supposons que ^nous observons le courant de retour

après la réunion des armatures au sol ; renversons le

disque ^{de cire. On constate} que d’abord le ^{courant ne}

change pas ^son signe. ^Ce changement ^se produit plus tard, puis ^le courant monte jusqu’à ^{une certaine} limite, après quoi ^on observe de nouveau la diiinu- tion lente habituelle.

Lorsqu’on ^ne tient pas compte des influences qu’a

subies le cliélectriclue ^ayant l’expérience, ^on peut

arriver ic des conclusions tout il fait erronées. Par

exemple, après que la substance diélectrique ^{a été}

soumise durant ^un long intervalle a l’action dn

champ électrique, ^un champ plus ^{faible ne} peut pas surmonter la force élet tromotrice antagoniste qui produit ^{le courant dl’ retour et on observe iiii courant}

de sens inverse. Si l’un fait attention a l’existence de

cette force antagoniste ^{on obtient avec les} diélectriques

solides des résultats parfaitement comparables.

12. Ambre. - Dans l’ambre le courant d’ionisa- tion diniinue assez vite sous l’action du champ. ^Mais

ce diélectrique ^{diffère nettement de la cire en ce} que

sa conductibilité spontanée ^est petite ^{dés le commen-}

cement.

13. Variations du courant en fonction du

champ . - Avec ^les plaques diélectriques ^dont l’épais-

seur était supérieure ^{à 1} millimètre, je n’ai pu obte- nir aucune trace de saturation du courant. Il restait

toujours proportionnel ^{ici la force} électromotrice. La

plus grande différence de potentiel ^dont je disposais

était de 1800 volts. Mais dans des couches plus ^minces les phénomènes changent considérablement d’aspect.

J’ai fait quelques expériences ^de cette sorte avec la

paraffine dure extraite de l’ozokérite, ^{dont le} point

de fusion est voisin de 74°. Cette substance, ^comme

l’a remarqué M. Malclès1, possède ^des propriétés

isolantes exceptionnelles. ^{Son courant spontané pour}

les épaisseurs qui ^{ne sont} pas trop petites ^est llrati- quement ^nul.

On prépare facilement les couches très minces en

plongeant ^le disque ^du condensateur avec son anneau

de garde ^{dans la} paraffine ^fondue. En variant la tem-

pérature ^du liquide ^{et la durée du} plongement, ^on peut ^obtenir les épaisseurs ^voulue, qui ^{varient dans}

des limites étendues.

Pour mesurer ces épaisseurs j’employais ^{un arti-}

fice très simple. Il consiste en ce qu’on ^{associe au}

condensateur parallèlement ^une capacité ^considé-

rable (1/10 nlicrofarad sufflt dans beaucoup ^de cas).

On charge le condensateur u parafnne ^{à un} potentiel

connu, puis ^{on isole une} paire ^des quadrants ^de l’électromètre, l’armature inférieure du condensa-

teur et la capacité ajoutée qui ^{sont toutes en rolll-}

munication. Enfin on met au sol l’armature 5upé-

rieure qui ^était portée ^au potentiel connu. La quan-

tité d’électricité induite ^se répand ^{sur le} système

Isolé et produit ^{une déviation} déterminée de 1 aiguille

du l’électromètre. Il est évident que ^cette quantité

tout le reste étant égal, ^est inversement proportion-

nelle a l’épaisseur de la couclle diélectrique qui ^relll- plit l’espace ^{entre les} armatures. 11 suffit, une fois pour toutes, de répéter ^celtte expérience ^{avec une}

lame de paraffine bien travaillée et lInnt l’épaisseur peut ^être mesurée pal’ les moyens ordinaires pour que le rapport des déviations dl’ l’aiguille ^pour donne immédiatement l’épaisseur de LI couche à étudier.

Lps trois courbes d’ la figure 6 l’t’lirf ^sentent les résultats des ^mesures effectuées sur deux t’nud ’

paraffine d’épaisseurs indiquées.

La matière aeM travers l’aluminium

Fig. ^6.

o Courant d’ionisation dan, la coticlie de 0,21 mm.

X Courant spontané.

0 Courant d’ionisation dans la couche de 0,55 ^mm.

de 0 mm. 02. On voit nettement l’existence de trois

régions distinctes sur la courbe qui ^se rapporte ^au

courant d’ionisation dans la couche la plus ^mince.

D’abord jusqu’à ^une différence de potentiel ^de

24 volts, ^{le courant} suit la loi d’Ohm, ^{ensuite il}

montc très lentement, ^{et enfin à} partir ^{de 540 volts}

il commence à augmcnter ^{avec une} grande rapidité :

nous avons ici évidemment la région ^{où se} préparc la décharge disruptive qui ^a lieu effectivement pour ^ces différences de potentiel dans des couches encore plus

minces.

Dans la courbe représentative pour la ^couche plus épaisse, le passage ^entre les trois régions ^{se fait} plus graduellement, ^et la troisiènie région ^{ne commence} qu’a s’ébauclier.

En ce qui ^{concerne le courant} spontané, ^l’échtilc

du diagramme ^ne periret pas la représentation ^aux potentiels plus ^{bas. On} p3ut ^{néanmoins se rendre} compte ^{de ce} que la deuxième région ^n’existe pas ^sur la courbe qui ^{lui est relative.} Après ^la proportionna-

lité initiale entre l’intensité et le voltage, ^{on observe}

l’accroissenlent plus rapide ^{du courant à} partir déjà

de 90 volts. Ce fait a pour conséquence ^{que le rap-} port ^{entre le courant} d’ionisation et le courant spon- tané diminue constamment dans la deuxième région,

mais il reste li peu près ^constant dans la troisième.

J’ajouterai ^encore que la diminution du courant d Ionisation. lorsque ^{la force} électromotrice agit ^con- tinuellement, ^se produit plus ^{vite dans des couches}

minces.

L’intervalle entre la créatiun du champ électrique

et l’Isolement du système ^{était de} 1/2 ^{minute dans}

les expériences ci-dessus décrites.

Quelques considérations théoriques.

14. Il _{n’est pas} sans doute facile de donner l’inler-

prétation théorique ^des phénomènes ^{dont nous nous}

sommes occupés jusqu’ici. ^{Elle serait} peut-être pré-

maturée avant que l’étude expérimentale ^{ne soit} plus complète. ^La plus ^{conforme aux faits} parait l’hypo-

thèse énoncée par Maxwell ^et reprise par ^M. Langevin

de la structure hétérogène des substances diélectri- ques.

15. Loi de superposition,

^La propriété ^{de la}

cire qui ^consiste dans l’extinction rapide ^{du courant}

sous l’action du champ électriquc permet ^{de v oir assez}

facilement si la loi de superposition obtenue pour le courant spontané par 11. J. Curie, s’applique. D’après

cette loi, ^{le courant de retour} transporte ^{une quan-}

tité d’électricité égale ^{à celle} transportée par le ^cou- rant dircct, dont il faut d’ailleurs retrancher le cou-

rant limite, ^{si celui-ci a une valeur} appréciable ^{1. Or} l’expérience ^montre que la première quantité ^est

inférieure à la deuxième. On mesure la quantité

totale d’électricité transportée ^d’une façon simple ^eu

associant une forte capacité ^à l’électromètre.

16. Application ^de la théorie de l’ionisa- tion.

Je vais donner maintenant certains résultats

auxquels ^conduit l’application des formules de la théorie des ions au cas qui ^nous occupe. On peut ^se demander d’abord s’il est légitime ^{de tenter même}

cette application ^{à cause} de l’existence dans les dié-

lectrique3 solides de la force électromotrice antago- niste qui produit ^{lc courant de retour.}

Mais dans le soufre et la paraffine, ^ce phénomène

se développe ^très lentement pour le ^courant d’ionisa- tion, et, ^si le champ électrique n’agit que pendant ^la

durée des _mesures, nous pouvons le négliger complè-

tement.

alppelons ⁿ

le nombre d’ions présents ^dans

l’unité de volume, (j 2013le nombre d’ions produits par la cause ionisante pendant ^{l’unité de} temps, ^{a2013 le}

coefficient de recombinaison, nous avions alors :

La solution de cette équation ^avec la condition

12 == 0 pour ^{t = 0 sera :}

1. Annales de Ch. el de Ph. 6 série, 17 et 18, ^voir 18, p. 204.

’1. J.-J. THOMSON. Conduction of Electricity trough Gases,

p. 16.

Pour t -- x nous obtenons la valeur maximum du nombre d’ions :

le nombre d ions n’est pas accessible ^{a la} détermi- nation directe. Nous pouvons 1 étudier ^{en mesurant} l’intensité du courant d ionisation. Soient : X-la force électrique qui ^{agit dans un} point ^{déterminé du} diélectrique, k1 ^et 7.’2 ^les mobilités des ions de signes contraire5, ^e-la charge ^{d’un ion, i-la densité du}

courant; nous aurons :

On tire des formules écrites :

d’où

io représente ici la valeur limite du courant d’ionisa- tion qu’il ^{ne faut} pas confondre ^avec le courant de saturation.

Il est facile d’ohtenir une expression qui ^{donne en}

fonction du temps la diminution du nombre d’ions

après ^la suppression ^de l’agent ^{ionisant; on a en}

elfet :

U’oû

n, étant le nombre initial d’ions (pour t=0). ^{En ititro-}

duisant la valeur de n dans (5) ^nous obteiioiis :

On ne doit _pas oublier cependant que l’emploi ^des

formules (4) ^et (3) ^est légitime quand ^{le nombre}

d’ions entraînes par le ^{courant aux} électrodes peu- daut la mesure est petit par rapport ^{à leur nombre}

total.

L’équation (J) permet ^d’obtenir pour le nombre de M. LangeBin ^une expression ^{très commode au} point

de vue de vérification expérimentale :

Une autre expression iltil ^{m’a été} indiquée par M. LangeBin, ^se déduit des équations ^{3) :}

d"oit il vient:

Il me reste encore à indiquer une d ^dont

Cäcilia Bohm-Wendt et E. v. Schweidler ont fait usage pour ^mesurer la son1lne des mobilités des ions dans les diélectriques liquides.

’Nous avens :

Introduisons dans nos calculs le courant de satura- tion : J=qe V, ^{où V est le volume du} diélectrique

traverse par le courant.

Admettons _{enfin que} le nombre E est égal ^{à l’unité}

pour les diélectriques ^{autres que les} gaz :

En combinant ces trois équations ^{nous obtenons:}

17. Valeurs de E et du produit q a. Voyons

maintenant quelles conclusions on peut ^{tirer de} l’ap- plication ^{de ces formules aux données} expérimentales.

En suivant la disparition graduelle ^de l’ionisation, après ^{que le} rayonnement ^{a cessé} d’agir, ^nous pou- vons, à l’aide de la formule (6), ^{trouver le nombre s.}

Mais il ^ne faut pas perdre ^{de vue} que le calcul appli- que ^{à toute} l’épaisseur ^du diélectrique suppose ^la

répartition ^{unifornle des ions. Ur cette condition est}

mieux réalisée dans des couches épaisses ^et lorsque

l’ionisation n’est pas trop intense. Dans ce cas-là,

comme OH va le voir, le calcul donne pour s la valeur voisine de l’unité, ^ce qui ^{est conforme aux} prévisions

de la théorie,

L’équation (4) ^nous permet d’obtenir le produit ^du

nombre d’ions _{créés par} l’agent ^{ionisant en une seconde}

par leur coefficient de recombinaison. Le calcul révèle

ce fait intéressant que la quantité ry diminue ^nota- blement pendant ^la période ^de temps qui ^s’écoule depuis ^{le moment oit la} matière aethe commence à

agir jusqu’au ^{moment ou} l’ionisation atteint son

maximum.

Puisque la variation du coefficient de recombmai-

son est peu probable, ^{on en} doit conclure que le nombre d’ions produits ^{par le} rayonnement ^diminue

jusqu’à ^{une certaine limite à mesure} que l’ionisa- tion augmente, ^ou que le3 équations ^ne représentent

les faits qu’en preimière approximation.

Par exemple les nombres indiqués 7, tableau II) donnent le result Il clivant : 20 minu commencement de l’expérience Vqa=8.

1h,20m. Vqa=4.10- c’est-à-dire le produite ^t-t

tombé en une heure ,lll qn irt ^{de sa valeur} primitive.

Ik’ la pr"B!*’nt ^une incertitude lorsqu’on ^{Bt’nt faire}

prend ^{! -i’’nB}

méthodes

r.

la formule (6) ^donne pour E/K la ^{valeur 0.34, la fur-}

inule (îl, ^0.J.

Les divers expérimentateurs ^{ont obtenu, pour la}

constante diélectrique ^{du sourre, des nombres} qui

diffèrent beaucoup. ^La moyenne n’est pas loin de 5, ^{d’où il s’ensuit} que la valeur de E est près ^de

l’unité.

18. Calcul des mobilités. - Nous avons observe pour les ^couches de paraffine ^{minces un courant}

d’ionisation qui paraît ^{être sature.} Aussi est-il pos- sible de se servir de la formule (8) pour calculer ^la

somme des mobilités des ions. J’indique le résultat

sous toutes réserves : il est peu probable ^{en effet} que la condition de l’uniformité dans la distribution des ions soit même approximativement réalisée. Pour la couche la plus ^{mince on} obtient la sonlme des mobi-

lités égale ^{à 1.4X 10-7} cm : sec volt : cm . ^Le calcul pour la

couche plus épaisse donne 1.1 X 10-7 , ^{dans ce cas} d’ailleurs la saturation est moins accentuée.

19. Conclusion.

Tout ce qui précède ^conduit

à la conclusion que lcs phénomènes du passage de l’électricité dans les diélectriques ^solides dépendent

de leur structure individuelle, ^et que c’est précisément

la structure physique qui ^les détermine, les _gaz ^ne

présentant ^{pas de} différences de cette nature. Il est

probable toutefois que la théorie des ^{ions sera} capable

de fournir l’explication complète ^{de ces} phénomèncs

variés. Le courant de retour, _par exelnple, ^ne provient-

il pas d’une accumulation des ^{ions au} voisinage ^des électrodes, ^ce qui ^a pour conséquence l’apparition

des forces électriques dirigées ^{contre le} champ ^exté-

rieur ’!

Dans la seconde partie ^{de ce} travail, j’indiquerai ^les expériences que j’ai entreprises ^sur l’ionisation de solides au voisinage ^du point ^{de fusion.}

[Reçu le 20 Janvicr 1910.]

Influence de la température ^sur la fluorescence et la loi de Stokes

Par J. ^{de KOWALSKI}

[Laboratoire ^de physique de l’Université de Fribourg] ^1.

Comme je ^l’ai déjà fait remarquer ailleurs1, ^{il est}

très difficile d’étudier ^une théorie qui ^{fournisse une} explication satisfaisante des diverbences que l’on ^a constatées pour la loi de Stokes relative à la fluores-

cencc. rayais autrefois én1Ïs l’idée _que l’énergie

nécessaire _pour l’explication ^du phénomène ^trou-

vait peut-être ^{sa source dans} l’énergie interne de l’atome. Mais, depuis ^les expériences 2 ^{faites sur la}

vitesse des rayons cathodiques ^{émis sous} l’influence de la lumière ultra-violette, ^cette manière de voir ne me parait plus ^aussi satisfaisante. Cherchant à expli-

quer les exceptions à ^{la loi de Stokes, 81. Einstein a}

dernièrement proposé d’admettre

en accord avec sa théorie sur les particules lumineuses

qu’une

telle particule n’est émise par fluorescence que dans le cas seul oil le ccntre d’émission en absorbe deux. Il s’ensuivrait donc que l’intensité de la lumière émise par la fluorescence doive être proportionnelle ^{au carré}

de l’intensité dc la source excitatrice. Travaillant

entre de très grandes limites, Kohirausch 4 ^a montré

qu’avec ^{des solutions d’éosine sodée, il existait une}

1. Ik Kow n SKI. Bull. de l’Acad. drs Sciences de Cracovie, Membre 1908.

2. tL’’Brw et Phys., ^{28 19 0’)}

3. EINSTEIN. Phys. Zeitschr., 1909.

4, KOHIRAUSCH. Wied. Ann., 54 1893).

proportionnalité complète ^entre la fluorescence et la lumière excitatrice. J’ai moi-même vérifié le fait et l’ai également ^constaté pour d’autres substances. J’en

parlais ^un jour à M. Einstein clui ^me suggéra ^l’idée

clue l’énergie pcurrait ^être empruntée ^{au mouve-}

ment moléculaire. Cette hypothèse expliquerait ^les divergences de la loi de Stokes.

J’expose ^{dans ce} travail les recherches expérimen-

tales auxquelles je ^me suis livré afin de vérifier une

importante conclusion que j’ai ^cru pouvoir ^{tirer de} l’hypothèse précédente. ^{J’ai montré} ailleurs que la fluorescence n’était pas ^une simple transformation de la lumière d’une certaine longueur d’onde; je pense

plutôt que la lumière agissant ^{sur certains} systèmes

nommés par moi systèmes électronogènes est capable d’expulser ^{les électrons} ayant ^{une certaine vitesse} initiale, à peu près ^{comme cela se} passe ^{dans les} phé-

nomènes électrolumincux, Ces électrons étant mo-

mentanément absorbés _par un système voisin que

j’appelle système luminophore, ^{il se} pr03uit ^alors

dans le nouveau système - luminophore plus ^élec-

1. Ce travail a été exécute grâce ^{au fonds Élisabeth} Thomp-

son à Boston ; je ^{mt permets} d exprimer ^{ici ma} profonde ^recon-

naissance à l’administrateur de ce fonds. Il a été présenté ^en

partie ^il l’Académie des Sciences de Cracosic dans la séance du

5 Janvier 1910.