Le mouvement de la matière dans l'étincelle électrique

HAL Id: jpa-00240854

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00240854

Submitted on 1 Jan 1904

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Le mouvement de la matière dans l’étincelle électrique

J. Semenov

To cite this version:

J. Semenov. Le mouvement de la matière dans l’étincelle électrique. J. Phys. Theor. Appl., 1904, 3

(1), pp.125-134. �10.1051/jphystap:019040030012501�. �jpa-00240854�

125 dans un manche ^{ne l’est} pas (1). L’émission des rayons par ^cette lame d’acier trempé persiste ^ainsi depuis plus de douze siècles et ne

paraît pas s’être affaiblie.

La spontanéité et ladurée indéfinie de l’émission de l’acier évoquent

l’idée d’un rapprochement ^{avec les} propriétés ^radiantes del’uranium,

découvertes _par M. H. Becquerel., ^et que les corps découverts depuis

par M. ^et Mme Curie : radium, polonium, etc., présentent ^{avec tant}

d’intensité. Toutefois les rayuns n ^sont certainement des radiations

spectrales : ^{ils sont} émis par les ^{mêmes sources} que ^ces radiations,

le Soleil en particulier, ^se réfléchissent, ^se réfractent, ^se polarisent, possèdent ^des longueurs ^d’onde bien déterminées, que j’ai ^mesurées.

L’énergie que représente ^{leur émission est} vraisemblablement em-

pruntée ^à l’énergie potentielle qui correspond ^{à l’état} contraint de l’acier trempé : ^cette dépense ^{est sans doute} extrêmement faible,

puisque ^les effets des rayons n le ^sont eux-mêmes, ^{et cela} explique

la durée en apparence illimitée de l’émission.

Une lame de fer, _{que l’on} plie ^de façon ^{à lui} imprimer ^{une défor-}

mation permanente, émetdes rayons n; mais l’émission ^{cesse au} bout de quelques minutes. Un bloc d’aluminium que l’on vient de marteler

se comporte d’une manière analogue ; mais la durée de l’émission est

beaucoup plus ^{courte encore. Dans ces deux cas,} l’état de contrainte moléculaire est passager, ^et l’émission des rayons n l’est ^aussi.

La torsion produit des effets analogues ^{à ceux de la} compression ;

l’extension semble au contraire sans effet.

(A suivre.)

LE MOUVEMENT DE LA MATIÈRE DANS L’ÉTINCELLE ÉLECTRIQUE ;

Par M. J. SEMENOV.

1.

État actuel de la question.

§1.

^C’est Davy qui, ^le premier, ^a étudié, ^{dans ses} détails, ^la décharge électrique dans l’air et dans les gaz raréfiés. Après

(1) Les Gaulois primitifs ^{semblent ne} pas avoir ^connu l’acier, car, ^au rapport ^de Polybe, ^leurs fepées ^{de fer ne} piquaient pas et ^se pliaient dans les combats dès

ces premiers coups. Le couteau dont il s’agit ^{ici est} d’origine gallo-romaine, ^et

les Gallo-Romains avaient sans doute appris des Romains à fabriquer l’acier et à le tremper.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019040030012501

126

avoir constaté que ^« le vide de Boyle » ^est conducteur de l’électri-

cité, _{mais que} ^« le vide de Torricelli » ne l’est pas, il conclut que la matière pondérable ^est nécessaire à la propagation ^de l’électricité (’ ).

Toutes les recherches postérieures, ^{notamment les} expériences ^de Faraday, ^{de Masson et de} Hittorf, ^ont confirmé les conclusions si

importantes ^de Davy.

§ ^2.

MM. Schuster et Hemsalech ont étudié l’étincelle élec-

trique ^au moyen ^du spectroscope ^{et en la} photographiant ^{sur une} pellicule tournante. Ils ont constaté que, ^au premier instant du pas- sage du courant, l’étincelle n’est qu’un ^« trait de feu _», qui, ^examiné

au spectroscope, présente les raies de l’air. Ensuite les électrodes

dégagent des vapeurs métalliques, qui ^{entourent le «} trait de feu » d’une ^« auréole ». Dans des conditions spéciales, ^ces vapeurs finissent par remplir ^tout l’espace ^{entre les} électrodes. Alors, ^on n’observe, ^au spectroscope, que les raies du métal correspondant.

En outre, MM. Schuster et Hemsalech ont constaté, ^{sur les} photogra- phies ^da l’étincelle, ^une différence notable entre le ^« trait de feu » et

« l’auréole ^». Sur les pellicules mobiles, ^le premier ^est toujours représenté par ^une ligne ^droite joignant ^les pôles, tandis que l’image

de l’auréole est composée d’une série de traits s’éloignant ^des pôles

sous un angle qui ^{varie avec} la vitesse de rotation de la pellicule.

Ceci montre que la vapeur métallique incandescente, ^{cause de} l’auréole, ^{est animée d’un mouvement de} translation, ^{dont la} vitesse, d’après ^les déterminations de M. Schuster, ^est de l’ordre de 2 kilo- mètres à la minute. Quant ^{au trait de feu,} la vitesse des particules qui ^le constituent (en ^admettant qu’elles ^soient transportées ^d’un pôle ^à l’autre) doit être d’un autre ordre de grandeur.

On voit par là qu’il s’agit d’une différence essentielle entre l’auréole de l’étincelle et le trait de feu. L’auréole se produit ^à la suite du passage du ^courant électrique, tandis que le trait de feu ^est la trace lumineuse du courant lui-même. ^{Il faut} donc, pour pouvoir ^étudier

ce courant, enlever ^à l’étincelle son auréole.

II.

Méthode d’expérience.

S ^3.

^Pour supprimer l’auréole, je ^faisais éclater des étincelles

électriques ^entre deux flammes de gaz ^{ou entre une} flamme et une

(i) Ann. de CIa. et de Ph., 1822, ^{t. XX.}

127

électrode métallique ^{ou encore entre} deux électrodes métalliques séparées par ^une petite ^llamme de gaz d’éclairage (’). Ce dernier _pro- cédé de recherche est fort commode pour l’étude spectroscopique ^des

différentes parties d’une même étincelle. La fig. 1 représente ^{le dis-} positif expérimental. Un excitateur micrométrique EE’, ^{muni d’un}

Fm. 1.

brûleur _{à gaz} B, _peut ^se déplacer ^{sur une} glissière ^{rr’. L’index i} permet ^{de mesurer le} déplacement ^de l’excitateur. Aux extrémi- tés _m, m’ des tiges ^de l’excitateur sont vissées de petites électrodes en

forme d’obus qui, ^au besoin, peuvent ^ètre remplacées ^très facilement.

Le brûleur B est fixé à la planche ^de l’excitateur ; ^il porte ^un petit

tube t en laiton de 1 millimètre de diamètre intérieur. La position ^de

la flamme entre les électrodes _{m, m’ est} réglée ^au moyen des deux vis

micrométriques ^{V et w’. La} petite flamme, ^{de 3 à 5} centimètres de

hauteur, chauffe l’air entre les électrodes et augmente ^{de la sorte sa} conductibilité. Il s’ensuit que, ^{même avec une} capacité ^{assez forte et}

une bobine de self-induction intercalée dans le secondaire de la bobine de Rhumkorff, ^on obtient des étincelles de 2 centimètres de longueur,

très brillantes, ^très nourries, qui fournissent de beaux spectres.

L’image ^de l’étincelle est projetée, ^au moyen d’une lentille ^con-

vergente, ^sur la fente verticale d’un spectroscope ^{à vision} directe,

dont l’axe est perpendiculaire ^au plan ^{EE’ de} l’excitateur. Le spec-

troscope ^et la lentille de projection, ^{une fois} réglés, ^{restent immo-}

biles durant toute la série d’expériences. ^{Dans ces} conditions, ^en déplaçant l’excitateur de droite à gauche ^ou vice versa, ^au moyen d’une vis de rappel, ^{on amène sur} la fente du spectroscope l’image

de la région ^{voulue de} l’étincelle. De cette façon, ^on peut ^mesurer

(1) ^Voir Comptes Rendus, 1902, mai, juin ^et juillet, ^{et 1903, avril.}

128

la longueur ^{de la distance} explosive, ainsi que les dimensions des -différentes régions de l’étincelle.

Deux séries d’expériences ^ont été exécutées avec le dispositif qui

vient d’être décrit.

III. Première série.

Élimination de l’auréole.

§ ^4.

^{Les métaux} employés ^comme électrodes m et m’ étaient le plomb, ^{le zinc, le cadmium et l’étain.} L’étincelle était produite

par ^{une bobine} de Rhumkorff alimentée par ¹⁰ accumulateurs et dont le secondaire comprenait, ^en plus ^de l’excitateur ci-dessus

mentionné, ^un condensateur et, ^au besoin, ^une bobine de self-induc- tion. Sans celle-ci, l’étincelle, ^{examinée au} spectroscope, présente

les caractères suivants : ^au voisinage de chacune des électrodes, ^on

voit le spectre ^{du métal} correspondant, ainsi que les raies de l’air,

le milieu ne fournissant que les ^{raies de} l’air. Ces particularités ^res-

sortent davantage lorsque le secondaire de la bobine d’induction

comprend ^une self-induction. Dans ce cas, les raies de l’air dispa-

raissent sur toute la longueur de l’étincelle. Il en est de même d’une

partie des raies métalliques. ^{Aussi, dans le} spectroscope ^{à vision}

directe que j’avais ^{à ma} disposition ^au laboratoire des recherches

physiques ^{de la Sorbonne,} n’ai-je ^{observé au milieu} de l’étincelle

aucune des raies de l’air ni de celles des électrodes employées. ^Cette région, complètement ^obscure pour le spectroscope, ^{avait la lon-}

gueur de 2 ^{à 4} millimètres, ^la longueur ^{totale de} l’étincelle étant de 20 millimètres. Au voisinage des électrodes on n’aperçoit ^{que celles}

des raies métalliques qui ^ne disparaissent pas ^avec la self-induction

(Voir IIemsalech, ^{Thèse de} doctorat de la Faculté des sciences).

Ces raies sont très brillantes à proximité ^des électrodes, ^{mais leur}

éclat diminue graduellement de l’extrémité de l’étincelle vers son

milieu où les raies disparaissent complètement, ^{comme il a été dit} plus ^haut.

§ ^- L’aspect ^de l’étincelle, ^{examinée à l’oeil} nu, est conforme

aux résultats de l’analyse spectroscopique; ^{les deux électrodes}

m et m’ sont réunies par ^un trait lumineux, ^rose violacé, ^très pâle,

qui ^traverse la flamme. C’est le ^« trait de feu ». Ses deux extré-

mités sont entourées de petites ^auréoles f ^et f’ ^{sortant des élec-}

trodes, ^{en forme de manchons} évasés, ^{comme on voit sur la} fig. ^2.

129

La couleur de ces deux auréoles, ^très brillantes, ^est caractéristique

du métal employé.

FiG. 2.

Il s’ensuit que la vapeur métallique, qui ^forme l’auréole, n’a pas

assez de force _{vive pour} résister au courant gazeux ascendant créé par la flamme de gaz. Ce ^courant enlève l’auréole du milieu de l’étincelle. Ce fait une fois constaté, ^il s’agit ^de préciser ^{le carac-}

tère du mouvement des particules gazeuses ^dans le trait de feu de l’étincelle.

1 V. Deuxième série.

Spectroscopie ^du trait de feu.

§ 6.

^{Cette série} d’expériences avait pour but de déceler dans le trait de feu le mouvement des particules ^le long du trait de feu dans le sens mm’ ou m’m. Le dispositif expérimental restant le même que précédemment, la flamme de gaz était chargée d’un sel de stron-

tium. En outre, ^afin d’augmenter ^la température de la flamme et

l’intensité lumineuse du spectre ^du strontium, le gaz d’éclairage,

avant son entrée dans le brûleur B, ^était mélangé ^{avec de} l’oxygène.

Si, ^{dans ces} conditions, ^on projette l’image de la flamme sur la fente du spectroscope, ^on aperçoit ^le spectre ^du strontium, bien que

son éclat soit très faible. Mais les raies de ce métal deviennent très

brillantes aussitôt qu’on ^{fait éclater} l’étincelle. Le renforcement de

130

l’intensité lumineuse est très net, ^d’autant plus que les raies du spectre ^du strontium, ^{dans la} flamme, ^{sont très} longues. ^{Elles tra-}

versent, ^en effet, ^{de haut en} bas, ^le champ ^du spectroscope, ^tandis

que dans ^le spectre de l’étincelle toutes les raies demeurent courtes, occupant ^{seulement la zone} médiane du champ. ^{Dès lors,} quand ^le

courant passe ^et que la bobine de self-induction est exclue du cir-

cuit, ^on voit dans la zone médiane du champ les raies de l’air et des raies très brillantes du strontium, raies dont les prolongements

en haut et en bas sont à peine visibles. En déplaçant ^lentement

l’excitateur à droite ou à gauche, ^{on voit le} spectre du strontium

pâlir graduellement ^{et céder la} place ^au spectre du métal de l’élec- trode. Ainsi donc, ^en explorant l’étincelle d’un bout à l’autre, ^on y

distingue cinq parties différentes, fournissant des spectres ^différents (Voir fg. 2). ^{Voici la} succession des phénomènes spectroscopiques qu’on ^{obtient en} promenant ^le spectroscope ^entre deux électrodes en

cadmium : 1° spectre du cadmium seul; ^2° spectres du cadmium et du strontium ; ³⁰ spectre du strontium seul ; ^4° spectres ^{du stron-}

tium et du cadmium et 50 spectre du cadmium seul. Je ne fais _pas mention des raies de l’air, _parce qu’elles ^{sont communes à toutes les} régions ^et qu’elles disparaissent ^de partout ^{avec une} self-induction convenable. Je note, ^en passant, ^la position des raies dites courtes.

Sans self-induction, les doublets caractéristiques du cadmium et du zinc sont très brillants près ^des électrodes, jusqu’à ^{la distance de}

1 millimètre: environ. On né les observe plus ^{au delà de cette}

limite. Une self-induction convenable les élimine complètement.

Ce qui vient d’être dit démontre que la vapeur de strontium n’est pas entraînée par l’étincelle. On a ainsi la preuve que la vitesse des

particules du gaz incandescent du trait de feu ^est nulle suivant la

ligne ^{du courant de la} décharge électrique.

V.

Projection ^de la matière.

§ ^{7. - Par contre, cette} vitesse n’est pas nulle dans les plans perpendiculaires ^à l’étincelle, ^ce qui ^{résulte des} expériences ^suivantes.

L’étincelle de la bobine d’induction jaillit ^{entre une} petite ^flamme

de gaz ^{et une} lame métallique ^P ( fig. 3). Le gaz arrive par ^un petit

tube en laiton t de 1/2 millimètre de diamètre, ^{taillé en biseau à}

son extrémité pour fixer l’étincelle. Cette dernière passe par la

gaine extérieure de la flamme, ^{comme on le voit sur la} fig. 3, ^en

131 décrivant une courbe ; ^le point a ^{de cette courbe où la} tangente

est verticale est à peu près ^{au niveau du sommet} du cône intérieur de la ilamme..

FIG.

Un support spécial porte ^{des lames de verre,} dont l’une L est

représentée ^{sur la} flg. ^{3 au} bas de la flamme. Ces lames peuvent

être placées verticalement ou horizontalement, ^{comme la lame} L, ^à des hauteurs différentes, ^à partir de 2 millimètres au-dessous du sommet du tube t jusqu’à ^la plaque P. La distance tP est de 8 cen-

timètres.

§ ^8.

Lorsqu’on fait passer la décharge pendant ^{un certain} temps, les lames de verre se recouvrent d’un dépôt ^{dont le dessin} change

avec la position de la lame. C’est ainsi que, ^{sur toutes les lames}

placées horizontalement dans la région A, au-dessous de la ligne ^ab,

c’est la face supérieure ^seule qui se recouvre du dépôt ; ^{les lames,}

dans la région ^{B, ne reçoivent un} dépôt ^{que sur leur face} inférieure..

Je dois ajouter, cependant, que les lames placées ^tout près ^{de la} plaque ^{P ont} les deux faces recouvertes d’un dépôt qui ^{est très}

abondant sur la face supérieure ^et beaucoup plus ^{faible sur la face}

inférieure.

§ ^9.

L’analyse microchimique ^des dépôts ainsi que l’étude

microscopique ^à la lumière polarisée ^{ont révélé} _que ^{tous les} dépôts

’sûr les lames des deux premières catégories sont formés par le soufre. Sur la face supérieure des lames de la troisième catégorie,

j’ai ^{trouvé, en} outre, des cristaux microscopiques ^{de fer} (la plaque ^P

était en fer), facilement oxydables. Le soufre des dépôts provient ^du

132

gaz d’éclairage. ^{On sait, en effet, que ce dernier, malgré sa} purifica- tion, ^contient toujours ^une petite quantité ^de gaz sulfureux qui ^est décomposé ^par l’étincelle. Le soufre, pro,jeté par l’étincelle, ^se

condense sur les lames de verre. Cette projection ^{doit se faire nor-}

malement à l’étincelle. En effet, ^toutes les lames dans la région A,

c’est-à-dire au-dessous ^du point ^{a où la} tangente ^est verticale, reçoivent ^le dépôt ^{sur leur face} supérieure, tandis que les lames de la région B, ^{au-dessus du} point d’inflexion, ^{ne le} reçoivent que ^sur leur face inférieure. Quant ^aux lames situées tout près ^{de la} plaque P,

leur face inférieure reçoit très peu de matière projetée par l’étin- celle. En revanche, ^{le courant} gazeux ascendant, provoqué par la flamme et qui ^est forcé de passer ^entre la plaque ^{de fer et la lame en} question, ^{abandonne une} partie ^du soufre, qui ^{se condense sur la}

lame avec le fer volatilisé au point ^où l’étincelle touche la playle ^P.

FIG. 4.

Par la microphotographie ci-jointe (fig. 4), ^on peut juger ^{de la façon}

dont se forme le dépôt. La lame de verre était dans la position ^{L de}

la fig. 3, c’est-à-dire sa face supérieure ^{se trouvant} presque ^au niveau de l’orifice du bec de gaz. Les ^arcs de cercle venus en noir

sur la photographie (grossissement ³⁰ diamètres) correspondent

133

aux maximums de densité du dépôt. Les espaces clairs ^{en sont}

dépourvus. ^{Aux centres des cercles,} perpendiculairement ^au plan

du dessin, passait l’étincelle. Les ^zones circulaires des dépôts ^sont

d’autant plus larges ^et leur rayon ^est d’autant plus grands que lâ lame de verre est placée plus ^{haut, ce} qui ^{est en relation avec la}

forme de l’étincelle.

§ ^10.

^{C’est en} faisant varier la courbe de l’étincelle _que j’ai pu constater ce rapport ^{intime entre le} dessin du dépôt ^et la forme de l’étincelle elle-même. La fig. 4 ^{est la} microphotographie ^d’un dépôt qui s’était formé ^en six heures d’expérience. ^{Durant ce} temps, ^la pression du gaz et, par suite, l’aspect de la flamme restaient inva-

riables ; ^{dans ces} conditions, l’étincelle conserve toujours ^{la même} forme, ^{et le} dépôt présente ^{un dessin très} régulier. ^{Mais vient-on, au}

milieu d’une expérience, ^à modifier la longueur ^{de la flamme en} agissant ^sur le robinet du gaz, la courbe de l’étincelle se modifie

aussitôt, et, ^sur le dépôt final, ^{on relève la} superposition ^{de deux}

dessins différents.

Le sens du courant de la décharge ^{n’a aucune influence sur le des-}

sin des dépôts.

§ ^Il.

^{Si la} projection de la matière était due à l’élévation de la

température, ^comme il m’a semblé tout d’abord, ^{elle se} produirait

dans toutes les directions, ^{et une lame} placée ^à n’importe quelle

hauteur se couvrirait d’un dépôt ^{sur ses} deux faces. Mais l’étude attentive de plusieurs dizaines de lames, recouvertes de dépôt ^dans

des conditions variées, ^a prouvé que la projection ^se fait suivant des directions déterminées, ^et que les trajectoires ^de la matière projetée

sont comprises ^{dans les} plans ^{normaux à} l’étincelle. La projection

n’est donc pas l’effet ^de la température, mais l’effet direct du pas- sage du ^courant électrique dans le gaz.

Il s’ensuit que, ^à chaque point ^de l’étincelle, les forces qui ^font

éclater les molécules du gaz ^sont orientées dans le plan ^{normal à la} ligne ^{du courant} électrique.

VI.

Conclusions.

§ ^12.

^{De toutes nos} expériences il résulte :

1° Que ^{le courant} électrique dans les gaz ^{est un} phénomène

moléculaire, ^ce qui ^{est conforme aux} conclusions de M. Bouty ^sur

134

la cohésion diélectrique des gaz, laquelle, d’après ^{ce savant, est une} propriété moléculaire (1) ;

2° Que ^{ce courant se} manifeste par la dissociation ^et par la pro-

jection de la matière dont les trajectoires, ^à chaque point ^{de l’étin-} celle, ^sont orientées dans le plan perpendiculaire ^{à la} ligne ^du

courant.

§ ^13.

Par suite de la projection de la matière autour de l’étin-

celle, ^{un vide doit se} produire ^{tout le} long ^de l’étincelle. La pression atmosphérique chasse dans ce vide l’air et la vapeur métallique qui

entourent les électrodes; ^c’est évidemment là une des causes du

transport de la matière d’un pôle ^{à l’autre.}

SUR UN HYPERBOLOGRAPHE A LIQUIDE ;

Par M. E. ESTANAVE.

Le principe ^de l’hyperbolographe ^à liquide que ^nous allons décrire est fondé ^{sur une} propriété ^{de la} tangente ^à l’hyperbole.

Considérons (fig. 1) ^{une branche} d’hyperbole ^{dont les} asymptotes

sont OD, ^{OE et une} tangente ^{AB. Il est facile de} démontrer _{que l’aire}

du triangle ^{AOB est} constante, quelle que soit la tangente AB, ^à l’hyperbole considérée. Cette branche d’hyperbole peut ^{donc être} considérée comme l’enveloppe du troisième côté AB d’un triangle AUB,

d’aire constante.

Si nous considérons une cuve prismatique DOE, D’O’E’, ^contenant

un volume V de liquide, l’aire du triangle ^AOB découpé par ^{la sur-} face libre ABA’B’ sur la face DOE restera constante lorsque ^l’on

fera pivoter ^{la cuve autour} de l’arête 00’ supposée horizontale.

Car

Par suite, ^{dans ce mouvement de} pivotement ^{autour de OO’, la}

surface libre du liquide enveloppe ^un cylindre hyperbolique ^{dont les} génératrices ^sont parallèles ^à 00’’’. Toute section normale à 00’

sera une branche d’hyperbole identique ^{à celle} qu’enveloppe ^la

droite AB.

(1) ^{J. de} Phys., ⁴ série, ^t. 11, p. 401; 1903.