Nouvelle méthode de mesure des durées infinitésimales. - application à la disparition de la biréfringence électro-optique et de la polarisation rotatoire magnétique

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Nouvelle méthode de mesure des durées infinitésimales.

- application à la disparition de la biréfringence électro-optique et de la polarisation rotatoire

magnétique

H. Abraam, J. Lemoine

To cite this version:

H. Abraam, J. Lemoine. Nouvelle méthode de mesure des durées infinitésimales. - application à la disparition de la biréfringence électro-optique et de la polarisation rotatoire magnétique. J. Phys.

Theor. Appl., 1900, 9 (1), pp.262-269. �10.1051/jphystap:019000090026201�. �jpa-00240442�

262

qu’un déplacement ^{de 180’)}

^50°

^{1300 suffit à montrer le double} phénomène ^{dans toute sa netteté.}

Il resterait à déterminer les orientations du faisceau réfléchi les

plus favorables à l’observation ; ^{mais ce} problème ^{est assez} complexe

et mérite d’être traité à part.

Ce qui précède ^{suffit à montrer} que, ^même dans les particularités "

des instruments qui, ^au 1>uemier abord, paraissent ^des imperfections fàcheuses, ^{on trouve des} ressources utilisables _pour d’autres genres

d’expériences. ^L’étude approfondie ^des appareils, ^dans leurs pro-

priétés géométriques, apporte, ^le plus ^souvent, quelque particularité susceptible ^{de rendre des services} inattendus.

NOUVELLE MÉTHODE DE MESURE DES DURÉES INFINITÉSIMALES. - APPLI- CATION A LA DISPARITION DE LA BIRÉFRINGENCE ÉLECTRO-OPTIQUE ^{ET DE}

LA POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE ;

Par MM. H. ABRAIIAM et J. LEMOINE.

Les temps que ^nous envisagerons ^étant toujours de l’ordre du cent-1nillionième de seconde, ^nous représenterons, pour la comiiiodité de l’écriture, ^le 1nillioniè1ne de seconcle par le symbole ;~5.

Il est nécessaire de montrer d’abord que les procédés usuels pour l’étude des phénomènes ^{de très courte durée se trouvent en défaut} quand ^il s’agit, par exemple,

de déceler une durée de 1 ^{1000 de p.S.}

La photographie ^sur plaque ^{mobile est} absolument insuffisante. En admettant même que l’on puisse ^faire porter ^la plaque par ^un boulet de canon animé d’une vitesse de 1.000 mètres à la seconde, ^le dépla-

cement ne serait que de 1 micron en 100U ^{de ILS.}

La méthode du miroir tournant, qui dépasse actuellement toutes les autres, n’atteint que bien difficilement ^cette limite. Prenons

comme exemple ^{le miroir} qui ^{a été} employé par Foucault dans ses

célèbres expériences ^{sur la} vitesse de la lumière. Il faisait 800 tours

.

à la seconde. Le _rayon réfléchi, qui ^{en faisait} 1.6U0, avançait ^{de 2"}

d’angle ^en 1 ^{de pS. Mais, ce miroir n’ayant que 14} millimètres de

diamètre, ^{il ne} pouvait séparer que les ^10’’. Le 1 ₁₀₀₀ de ~.S ^{se trouve}

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019000090026201

263

donc encore au-dessous de ce que ^l’on pourrait déceler, ^{mais non}

mesurer avec quelque précision ^{au moyen du miroir de Foucault.}

A vrai dire, ^on pourrait ^{réaliser une} plus grande ^{vitesse de} rotation,

tout en employant ^{un miroir de} plus grand diamètre ; ^{mais il semble} impossible, actuellement, ^{d’obtenir une} sensibilité 10 fois plus grande qu’avec ^{le miroir de Foucault.}

La méthode _que nous allons exposer repose ^{sur un} principe ^entiè-

rement différent, qui ^est le suivant :

Une dz~oée infinitésimale pe ut ^être déterminée par ^{la Jnesure} de

l’espace que parcourt la lunlière pendant ^cette durée elle-même.

Si l’on veut encore mesurer le 1 ^{de ~.5, l’espace} que devra par- courir la lumière est de 30 centimètres, ^il peut ^se déterminer avec une extrème précision; ^il n’y ^a, pour ^ainsi dire, ^{aucune limite à la}

sensibilité de la méthode. C’est, d’ailleurs, ainsi que la ^mesure des

longueurs d’onde fournit déjà ^la durée des vibrations lumineuses, qui ^n’est pourtant que d’un cinq ^cent millionième de ILS.

Pour préciser ^{la mise en oeuvre de la} méthode, ^{nous allons} l’appli-

quer ^à l’étude de l’ex tinction du phénomène ^{de Kerr et de la} polari-

sation rotatoire mag nétique.

ÉTUDE DE LA DISPARITION RAPIDE DU PHÉNOMÈNE ^{DE KEHR.}

’

Pour produire ^le phénomène ^de Kerr, ^nous employons ^{le conden-}

sateur plan K (flg. 1), formé de deux lames de cuivre parallèles, ^im-

~

FIG. 1.

mergées ^{dans une cuve} remplie ^{de sulfure de} carbone. Pour charger

le condensateur, ^{on le met en} communication avec les pôles ^{P d’un}

transformateur à haut voltage. Le condensateur se décharge ^en E,

da ns un déflagrateur auquel ^{il est réuni} par ^un circuit très court

264

(longueur, ^J24 centimètres), coupé ^{en R} par ^une résistance liquide. ^Ces dispositions ^sont choisies dans le but d’obtenir une décharge ^très

amortie.

L’étincelle E, fractionnée par le soufllage (1), ^{est très éclatante et}

sert de source lumineuse. Elle est placée ^au foyer ^d’une première

lentille L~,~ qui ^{fournit un faisceau} cylindrique traversant la cuve. La distance de l’étincelle au milieu de la cuve est de ~0 centimètres, c’est-à-dire que le flux lumineux

^traverse la elive - 1 _» ^de ;~.5

^seu-

lement après ^la product.ion de l’étincelle.

D’autre part, ^{E se trouve encore} placée ^au foyer ^{de la lentille} I~2.

Le faisceau cylindrique qui ^{sort df cette lentille est} envoyé ^{en arrière}

à une distance variable à volonté, puis ^{ramené vers la cuve au moyen}

des miroirs lV12, M.. ^{La lentille} L3 ^{reçoit ce} faisceau de retour et les miroirs 1VI~" MI, ^{le font} pénétrer ^{dans la cuve.}

La mesure optique ^est faite par la méthode photométrique. ^{A cet}

effet la cuve de sulfure de carbone se trouve placée ^{entre un nicol} polariseur N,, ^{incliné à 43° sur} les faces du condensateur et un analy-

seur formé d’un biréfringent ^{B et d’un nicol} 1~2 ^à l’extinction. Pour

mesurer la biréfringence, ^{on amène à} l’égalité ^{les deux} images ^que

l’on observe avec le viseur V. La rotation du nicol mesure la diffé-

rence de phase moyenne pendant le passage de la lumière dans le condensateur de Kerr.

Pour simplifier ^le raisonnement, supposons, pour ^un moment, _que l’étincelle soit exactement instantanée. Si le miroir M, ^{est écarté} latéralement, l’ouverture de la cuve est démasquée, ^{et la mesure des}

la biréfringence ^{donnera la valeur du} phél10mène ^de Kerr, presque ^à l’instant de l’étincelle.

Remettons le miroir M, ^en place, la lumière de l’étincelle part dans une direction opposée ^{à celle de la cuve et se trouve ensuite ren-} voyée ^vers celle-ci par les miroirs M. Le flux lumineux arrive donc dans le sulfure de carbone après avoir parcouru le chemin supplé-

mentaire EM2M3M4E, que ^nous faisons varier à volonté en éloi-

gnant ^ou rapprochant l’ensemble des deux miroirs M2MI. ^Si l’espace

parcouru ainsi ^{est de 3} mètres, ^nous obtiendrons une nouvelle valeur de la biréfringence, après

^un intervalle de temps égal

^à ~ 100 de ~.S. ^En

(1) I3. AE;~atmn, Jou/’nal de Physique, ^3d série, ^t. 1’Ilf, p. 3G6 1899.

265 écartant progressivement M,M,, ^{on obtiendra des} points aussi rap-

prochés que l’on voudra de la courbe du phénomène ^{de Kerr en}

fonction du temps.

Nous avons opéré, par ^cette méthode, dans des conditions très

variées ; ^{mais nous ne} citerons ici que les résultats ^d’une seule expé- rience, correspondant ^{à la} décharge ^la plus rapide.

La comparaison ^{de ces mesures montre} que le phénomène ^élec- tro-optique ^{est réduit de moitié, au bout d’un} temps correspondant ^à

un retard de 80 centimètres et, _par suite, égal â ~ ^{de ;~5. Après} 100 ^{de ~,5, la} biréfringence ^a disparu.

Pour interpréter correctement l’expérience, représentons par la courbe C, ^{la variation du} champ électrique ^dans le condensateur et par C2 ^la variation de l’intensité lumineuse de l’étincelle en fonction du temps. ^{Dans la} première ^{mesure, ces} deux courbes empiètent

nettement l’une sur l’antre (~’c f. 2). Quand ^on retarde le flux lumineux,

FIG. 2, 3 ^{et 4.}

_

la courbe C2 ^se déplace progressivement ^{vers la droite et, lors de la}

deuxième mesure (~~. 3), ^les deux courbes n’ont plus qu’une ^faible portion ^{commune. Enfin, à} partir ^{de la troisième lecture, elles sont}

extérieures l’une à l’autre (~~. 4).

Le temps égal ^à 1 ^de u.S, après lequel ^{on a} toujours l’extinction,

100

est donc le retard qui fait sortir la courbe C2 ^de C,.

266

Il est clair alors que ce £ ^de pS comprend ^{à la fois :}

1° Le temps que ^met l’intensité lumineuse de l’étincelle à s"établir ;

2° Le temps que le champ électrique ^{met à} disparaître ;

3° Le retard possible ^du phénomène ^{de Kerr sur le} champ ^élec-

trique.

D’oiI nous concluons que chacun de ^ces phénomènes pris séparé-

ment ne dure pas de uS (i).

ÉTUDE DE LA DISPARITION RAYIDE DE LA POLARISATION ROTATOIRE MAGNÉTIQUE.

Nous avons appliqué la méthode et utilisé le même appareil (/~. 5).

Fln. -i.

Un condensateur auxiliaire C, formé d’une lame de verre étamée, ^est (1) ^Nous insisterons sur ce que le succès des expériences ^{tient en} grande partie ^{à ce fait très} remarquable que l’intensité lumineuse de l’étincelle, partant

de zéro, arrive presque à ^son maximum en une très petite fraction de ~S ; ^autre-

ment dit, ^{à ce} que le flux d’ondes lumineuses qu’elle ^émet présente ^un f?ont

nettement accusé.

267

réuni, ^aux tibes ^du déflagrateur E, par ^un circuit qui comprend

une résistance liquide ^{R et un solénoïde} S, ^{formé de 25} spires ^enrou-

lées sur un tube rempli ^{de sulfure de carbone.} Ce tube était placé

en tre le polariseur N~ ^{1 et} l’analyseur BN2. ^{Les lentilles et miroirs du} dispositif précédent ^sont conservées, ^{mai s ne sont} plus représentées

dans la figure ^actuelle.

Dans l’intervalle de deux étincelles successives, ^{le courant de}

charge ^du condensateur est trop faible pour produire ^une polarisa-

tion rotatoire sensible. Pendant l’étincelle, ^au contraire, ^{il se} pro- duit un courant de grande intensité, qui communique ^{au sulfure de}

carbone une polarisation rota toire mesurable.

La marche des expériences ^{est en tout} point ^{la même} que pour le phénomène ^{de Kerr. En nous} plaçant également dans les meil-

leures conditions d’amortissement, ^{nous avons trouvé :}

r1u-delà de 6 mètres, ^le phénomène ^n’est plus appréciable, ^{et il ne}

reste que ^la légère dépolarisation produite par le tube à sulfure de carbone.

Dans cette dernière expérience, ^la polarisation ^rotatoire Jnagné- tique ^diminue de o2nitzé P~z , 1 cle ₁₀₀ ^{u.S, et elle} est~resq~ue ^nulle apî-ès ^1m

tenips ^do2cble.

Ce temps comprend ^{encore la durée} d’établissement de l’étincelle,

la durée de la décharge ^{et le retard} possible ^{de la} polarisation ^rota-

toire sur le courant.

Nous pouvons donc affirme~~ que polarisation ^rotatoire r~2c~c~. né- tiq z~e ^{n’a pas un cent} millionième de seconde de retard sur le CO ZG~CLî2t.

(:2tte limite est moins bonne que celle ^trouvée pour ^le phéno-

mène de Kerr. Mais le solénoide S, que l’on ^est bien forcé d’accep-

ter ici, augmente ^{la durée de la} décharge. ^{Nous avons vérifié} expé-

rimentalement qu’en intercalant ce même solénoïde dans le circuit de décllarge d’un condensateur de Kerr on trouvait le même amor-

tissement pour les deux ^mesures électro-optiques.

Cette dernière coïncidence est un nouvel argument ^{en faveur de}

cette hypothèse que la polarisation ^rotatoire magnétique ^{et le} ~O~2éno-

268

mène de IiernscrzvenC, sans aucun retard, ^les variations de la, décha2-ge.

Rappelons, ^en terminant, que dans des ^travaux publies ^{dans ce} journal MM. Bichat et Blondiot avaient pu établir autrefois, par ^une méthode de miroir tournant, que ^{le retard} de ces deux phénomène s électro-optiques ^{sur le} phénomène électrique défini par l’étincelle ^ne

pouvait ^être que ^très faible et ne dépassait certainement pays 1 _30-000

de seconde. La méthode actuelle recule considérablement cette limite.

GENERALITE

DE LA MÉTHODE.

Les procédés que nous venons d’exposer ^sont évidemment sus-

ceptibles d’être utilisés pour l’analyse ^{d’un assez} grand ^{nombre de} phénomènes ^à variations très rapides.

Établissement _î-apide du ~hénorrténe ^{de Kerr et de la} ~roolczriscc~io3z

rotatoire magnétique.

On réalise un établissement brusque ^des phénomènes électro-optiques, ^{en les excitant au} moyen d’une onde

hertzienne, provoquée par l’étincelle même dont la lumière ^{sert à} étudier les phénomènes ^{à des} époques successives.

Analyse des ondes électriques.

L’étude d’une onde électrique

se propageant ^le long ^{d’un fil} peut également ^{se faire} par l’intermé- diaire d’un phénomène électro-optique. Les méthodes précédentes permettront d’obtenir la forme de l’onde et de démontrer directement

l’égalité de vitesse des ondes lumineuses et des ondes électriques.

Étude des étincelles.

T/étincelle d’un excitateur ou d’un réso- nateur peuvent servir indifféremment de ^sources lumineuses et être

appliquées ^à l’analyse ^{d’une même onde} électrique. L’interprétation

des résultats fournit des renseignements ^sur l’intervalle de temps qui sépare ^{les deux} étincelles, ^ainsi que ^{sur leurs} durées et leurs

variations d’éclat.

En dehors de ces phénomènes, qui ^{se tiennent} d’ailleurs de

façon ^{étroite, les mêmes méthodes} s’appliqueront plus générale-

ment à tous les phénomènes ^{de courte durée} qui peuvent être reliés à la production ^{d’une étincelle} électrique ; ^{sans insister sur les} expé-

riences de phosphorescence, nous en avons une application ^immé-

diate à la détermination de la vitesse de propagation ^{et de} l’époque

269 exacte à laquelle ^se produisent ^les rayons d’origine cathodique ^dont

l’étude toute récente a déjà ^{fait de si} grands progrès (’).

SUR LA THÉORIE OSMOTIQUE DES PILES (suite) (2);

Par M. COUETTE.

III

THÉORIE ^DE M. iÀl. NERNST.

Soient Li ^et L2 ^{deux solutions} inégalement concentrées d’un même sel; la différence de potentiel LI 1 L2, qui ^a pour siège ^leur surface de contact, s’exprime, d’après

M. Nernst, par la formule :

Le facteur p dépend des valences des ions et de leur coefficient de

transport ; ^{nous en donnerons} plus ^loin l’expression développée.

Première ~~ccejzode.

Voici sommairementles considérations déve-

loppées par ^{son auteur} à l’appui ^{de cette formule} (3). ^La pression osmotique n, ^{est liée au volume v et à la} température T par des lois

identiques à celles de luariolle et de Gay-Lussac :

On peut considérer chaque ^{ion comme exerçant une} pression ^osmo- tique partielle régie par ^{les mêmes} lois ; ^la pression osmotique ^totale

est alors la ^somme des pressions partielles, ^tant des ions que ^des molécules restées entières. Quand ^un gaz parfait ^se détend isother-

miquement ^{de la} pression ^{p, à la} pression P2’ le travail des pressions qu’il exerce sur les parois ^mobiles qui le limitent est, pour N molé-

cules, ^NR’r long ^{De même,} quandN ions-grammes passent d’une

P2

solution où leur pression osmotique partielle ^est wj t dans une autre

(1) Depuis ^la première publication ^{de nos} expériences, ^1B1. Bernard Brunhes a

entrepris ^de déterminer, par ^cette méthode, la vitesse de propagation des rayons de Rôntgen.

(~) ^{Voir ce} volume, p. 200.

(3) Zeitschr°2 ft fit~~ physikalische Che~nie, ^{t. IV, p.} 136 ; ^1889.