Sur la résonance optique des gaz et des vapeurs

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Submitted on 1 Jan 1913

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Sur la résonance optique des gaz et des vapeurs

L. Dunoyer

To cite this version:

L. Dunoyer. Sur la résonance optique des gaz et des vapeurs. Radium (Paris), 1913, 10 (12), pp.400- 402. �10.1051/radium:019130010012040001�. �jpa-00242623�

400

une grande

proportion

de gros ions peut ^{avoir de} telles causes et qu’on pourrai ^{en trouver un}

beaucoup

moins grand nombre loin des villes. D’autre part,

nous avons fréquemment observe la présence ^de gros ions

pendant

^{la nuit et aux}

premières

^{heures du matin}

et, quoique ^en plusieurs ^{de ces} occasions l’air était

rapidement

renouvelé, le nombre présent n’était pas anormalement petit. ^Nous espérons ^{obtenir à une}

époque

prochaine,

^{avec un}

appareil plus transportahle,

des mesures à d’autres endroits en dehors de la ville.

En conclusion, ^nous pouvons discuter la nécessité d’étudier

beaucoup plus

soigneusement l’action de

l’appareil

enregistreur

employé

^dans beaucoup ^{de sta-}

tions pour ^mesurer l’ionisation de

l’atmosphère,

^car

à présent ^{on ne sait} pas trop ^ce que l’on mesure.

[llanuscrit reçu le 15 décembre HH3.]

Sur

la résonance

optique des gaz

^et

des vapeurs

Par L. DUNOYER [Laboratoire ^de Physique de l’Ecole Normale].

Un cas remarquable de résonance optique

Parmi les raies d’émission d’une vapeur, ^{il en est} certaines qui jouissent ^{de la} propriété ^{suivante :} quand ^{on envoie à} travers cette vapeur ^un faisceau lumineux dont la

longueur

^{d’onde est} celle de l’une de ces raies, ^{la trace} du faisceau à travers la vapeur devient, a son tour, ^une région d’émission pour ^cette

longueur

^{d’onde. La} question ^{de savoir}

quelles

^sont

les raies d’émission qui

jouissent

^{de cette} propriété

reularquable

^est loin d’être résolue. M. Wood ^{1 a} montré, ^en particulier, que la raie 2556 du mercure

donne un

exemple

^{très net de ce}

ph8nomène.

^J’ai

observé moi-même ²

qu’un

faisceau de lumièrc blan- che marque ^son passage ^{à travers de} la vapeur ^de sodium pure ^en provoquant la luminescence de cette vapeur. Cette luminescence ^est orangée, ^et je ^n’ai

pu y observer que la raie ^D. Ce sont les premiers

exemples

^d’un phénomène qu’il ^{est bien} difficile d’in-

lerprllter ^autrement

qu’en

admettant l’existence dans la vapeur de résonateurs accordés sur la longueur

d’onde excitatrice.

Que ^se passe-t-il

quand

^la densité de la vapeur

augmente ? ^On peut s’attendre à ce que

l’absorption

de la lumière excitatrice soit de

plus

^en

plus rapide,

qu’elle

pénètre

^{de moins en moins à travers} la vapeur,

et que, par suite, ^la région de résonance se confine

au voisinage ^{de la} paroi. ^{Si la} densité de la vapeur

ou des résonateurs moléculaires devient assez

grande,

on peut prévoir que la couche de résonance sera

extrèmement mince et constituera sur la paroi ^interne

du récipient ^{contenant la} vapeur une source de lumière monochromatique qui rayonnera à ^{son tour}

dans toutes les directions. Tout se passera ^comme si 1. Phil. Mag., ²³ (1912) ^689.

2. C. R., 153 Ei911) ^333.

la suriace intérieure du

récipient

^était devenue par- faitement diffusante.

On peut ^{même se} demander,

quoique

^{cela ne}

paraisse

pas évident, ^si la vapeur ^ne peut, ^{sous une}

densité suffisante, ^réfléchir régulièrement la lumière excitatrice. En fait, ^{c’est ce} que M. Wood ^a observé pour la vapeur de ^{mercure et} la radiation 25361.

Si l’on opère ^avec de la vapeur de sodium pure, ^le

phénomène ^{de résonance}

superficielle

^{dilluise est}

d’une observation très aisée.

Le

dispositif

^le

plus

^{commode consiste à chauffer,}

dans le courant de _gaz chauds

qui

^{sort d’une che-}

minée au bas de

laquelle

^{hrùle un bec Bunsen, un} petit ballon de

quelques

centimètres de diamètre, soigneusement ^{vidé de} gaz, ^{et contenant un} peu de sodium pur. ^On forme sur la

paroi

^{du ballon} l’image

de la flamme d’un bec Meker dans lequel ^{on fait}

arriver de l’air chargé ^de

gouttelettes

^par

pulvérisa-

tion d’une solution très étendue de chlorure de sodium. Au lieu de former exactement

l’image

^{de la}

llamme, ^{il est} mieux de former celle d’une fenétre à contours nets

pratiquée

^{dans une cheminée entourant}

la flamme. Si l’on se

place

^en dehors du faisceau des rayons réfléchis régulièrement par ^la paroi, ^cette image ^{est invisible} quand le ballon est froid et quc ^L.

paroi ^est propre. Quand ^la température ^{s’élève, on}

commence à apercevoir, ^dès qu’elle dépasse ^{1000, la}

trace du faisceau lumineux excitateur qui ^{traverse le}

ballon. l’eu _{à peu la} luminosité de résonance aug- mente d’intensité. Au-dessous de 2001 environ, elle

présente ^{à un haut} degré ^{un caractère très remar-} quable, que j’avais

déjà

^observé, mais moins nette- ment, ^avec l’excitation par la lumière blanche ; ^au

lieu de se limiter exactement au chemin suivi par le faisceau excitateur, ^la luminosité est très diffusée et

I. Phil. Jlag.. 18 (1909) 197 et 23(î9t2 ^6SO.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019130010012040001

401

semble remplir ^tout le ballon. Il s’agit là d’une réso-

nance secondaire analogue à celle que M. Wood ^a observée avec la vapeur de ^mercure pour la raie 2556.

Si la température continue à s’élever, ^{cette lueur} diffuse diminue de plus ^en plus, mais aussi la péné-

tration de la lumière excitatrice dans la vapeur.

Vers 230°, ^la région de résonance ne s’étend guère

que ^{sur une} épaisseur ^{de 5 mm à 6 mm. A 5000}

environ, ^son épaisseur ^n’est plus appréciable ^{à la vue.}

De quelque ^endroit qu’on regarde alors la face anté- rieure du ballon, ^à condition _que le _rayon visuel ne traverse pas la vapeur, ^on aperçoit l’image ^{de la}

source avec autant de netteté que si cette image ^était

formée sur une feuille de papier blanc collée ^à l’in- térieur du ballon.

L’observation de ^ce phénomène parait ^très sugges- tive. Je ^me bornerai, _{pour le} moment, ^aux remarques suivantes :

J’ai fait, ^au début, ^une distinction entre le phéno-

Inène de résonance superficielle ^diffuse que je ^viens

de décrire et celui de réflexion régulière que 1B1. Wood

a observé avec la vapeur de ^mercure. Il est fort pro- bable que ^si la vapeur de sodium était rendue ^suffi-

samment dense, ^on observerait aussi une réflexion

régulière.

Malheureusement,

l’attaque

^{du verre est}

trop

rapide,

^{dès 4000,} pour permettre d’atteindre une

densité de vapeur ^un peu importante. ^{A 5001, la}

tension de vapeur ^est seulementde l’ordre de 0,4 mm.

Toutefois, ^{il sera} intéressant d’étudier la loi de

répartition

de la lumière diffusée par l’image ^de

résonance dans les différentes directions pour ^voir si cette loi se

rapproche

^{de la}

réflexion régulière quand ^{la tem-}

pérature

^s’élève.

Bien _que la lumière dont l’ex- citation est efficace pour

produire

la résonance, ^{soit très} rapidement

arrêtée par ^les

premières

^couches

de vapeur qu’elle ^{traverse, il est} digne de remarque que l’absorh-

tion globale ^de la lumière émise par le brûleur soit très faible.

Vue à travers le ballon plein ^de

vapeur chaude, ^{la flamme ne}

semble pas ^avoir diminué d’éclat d’une manière appréciable. ^{Il est}

donc fort probable que la lumière excitatrice utile est limitée à une

région ^{très fine au centre des raies}

D. C’est ce que des expériences

en cours sur

l’absorption

^de la vapeur de sodium pure ^me permettront, je pense, de vérifier. Le fait est d’ailleurs a

rapprocher

^{de cette} observation que

l’image ^{de résonance} superficielle ^{diffuse iie semble}

augmenter que très peu d’éclat quand ^{on enrichit} beaucoup ^en sodiuln la source éclairantes, ^dont

l’éclat augmente ainsi considérablement. Cette _aug- mentation d’éclat est, par conséquent, due à l’élar-

gissement ^{des raies} beaucoup plus qu’à l’augmen-

tation d’intensité de leurs parties ^centrales.

Expérience de résonance optique ^{sur un} gaz à

une dimension. L’amortissement des vibra- teurs lumineux.

J’ai montré dans un travail antérieur qu il ^est

possible

^de faire arriver dans un espace vide ^un flux de molécules animées toutes de vitesses

parallèles

ayant pour

origine

l’agitation thermique ^{des molé-}

cules d’un gaz ordinaire. Ce ^flux réalise ce que ^Poin- caré à nommé « un gaz à ^une dimension)). Il n’est pas visible par lui-même; mais, grâce ^au

phénomène

de résonance optique ^très pure que présentent ^les

molécules gazeuses du sodium

lorsqu’elles

^{sont sou-}

mises à l’excitation de la lumière des raies D, j’ai pu rendre visible sur tout son parcours le faisceau de rayons moléculaires.

L’expérience

^{est réalisée} de la manière suivante : On

produit

^{dans le} petit ^{ballon A un flux}

rectiligne

de molécules de sodium en chauffant la

partie

^infé-

ricure du tube B et en maintenant dans le ballon ^un

degré ^{de vide} très élevé au moyen d’une pompe reliée

au tube C. Pour mieux définir le point ^à partir duquel ^{le faisceau} peut ^{être librement} observé, ^{on le}

canalise

jusqu’à

l’intérieur du ballon, ^au _{moyen du} tube B.

La lumière excitatrice est fournie par ^une Ilamiiie

Fig. 1.

sodée E, très pauire ^en sodium, ^{entourée d une}

cheminée dans laquelle ^est pratiquée ^{une fenêtre F}

dont un syslènie optique ^{lr forme} l’iiiiage ^{sur 1 axe}

1. L. DUNOYER. sur la tlicorlc eintique ^des gal ^et la réalua tion d’un ravunncmcnL matériel d’origine thermique. ^{C. Tl, 152}

1911) 139.

402

du faisceau de rayons moléculaires. ^{Pour avoir}

beaucoup ^de lumière,

il N

^a avantage ^à

employer

^un

condenseur symétrique ^{formé de} quatre ^lentilles

comme l’indique ^la figure. ^Les lentilles centrales sont

des lentilles biconvexes d’aberration

sphérique

^minima

pour ^un faisceau

parallèle

^{à l’axe tombant sur leur}

face la

plus

^{hombée. Les lentilles} extérieures sont des

ménisques aplanétiques, c’est-à-dire, tels que le centre de courbure de la face concave soit l’un des

points aplaitéticlues ^{de la} sphère ^à laquelle appartient

la face convexe. Le point

objet

(centre de la fente F)

est

placé

^au

point

d’aberration négative maxima pour le ménisque frontal. Cette aberration négative ^cor-

’rige, ^{au moins}

partiellement,

^{le résidu}

positif

d’aberration

sphérique

fourni par la lentille bicon-

vexe. Un tel ensemble, facile à établir pour ^un prix I1lodique, ^{donne d’un} objet ^une image

égale

à peu près ^dénuée d’aberration

sphérique,

^{à la condition}

qu’on emploie

de la lumière monochron1aliquc, ^et

duc

l’objet,

^d’assez petites dimensions, ^soit

placé

^au voisinage ^{cie l’axe.}

Lorsqu’on

^{chauffe vers} 1100 le sodium pur ^contenu à la partie inférieure du tube B, ^{on ne tarde} pas à voir

apparaître

^un faisceau lumineux occupant ^la

position qu’indique

^la

figure ;

^{ce faisceau est} peu intense, ^{mais il se détache avec une} grande ^{netteté au}

milieu de l’obscurité générale qui règne ^{dans le}

petit

^{ballon. En même} temps, ^{la tache nettement} délimitéc qui marque l’arrivée ^du faisceau persiste

sans modificatiuns

appréciables, pendant

^{un certain}

temps., ^une heure par

exemple;

^{au bout de ce} temps,

la vapeur ^{commence à}

remplir

peu à peu le ballon,

ce que l’on ^constate par ^une luminescence générale,

moins intense _que le faisceau principal, ^ainsi que par la diffu£ion de la tache d’arrivée, ^{en 1. Le} gaz ^cesse d’avoir une seule dimension.

Si, ^{au lieu} d’illuminer tout le faisceau des résona- teurs moléculaires, ^{on en} éclaire seulement une

tranche horizontale étroite (il suffit de limiter à

quelques millimètres la hauteur de la fente F), ^le

faisceau S’illumine seulement dans cette tranche et la luminosil é paraît, ⁱⁱ première ^{vue, aussi nettement}

délimitée que ^ses faces supérieures ^et inférieures _que

sur ses faces lattérales. C’est là un point importante

en ce

qu’il

^démontre que les résonateurs moléculaires, évidemment identiques ^{aux centres} d’émission de la lumière, ^ne parcourent qu’un chemin extrêmement court en continuant a vibrer, après leur sortie du faisceau lumineux excitateur. Ce résultat est

complè-

tement en accord avec la valeur indiquée par Drude ¹

comme probable pour le coefficient d’amortissement des centres d’émission.

Il résulte aussi de

cette-expérience

^{que la résonance}

secondaire produite ^{dans la} vapeur de sodium ^très peu dense ^autour du faisceau excitateur primaire ^est

entièrement due à l’action sur la vapeur de la lumière émise par la rébonance

primaire,

^{et non à}

la persistance ^des vibrations lumineuses de résona- teurs sortis, par l’effet de l’agitation thermique, ^des

limites géol11étriques du faisceau lumineux excitateur.

Le condenseur qui ^{m’a été} précieux pour ^ces expé

riences a été construit grâce ^{à une} partie de la sub- vention que l’Académie ^a bien voulu m’accorder en

1912 sur le fonds Bona parte 2.

[Reçu ^{le 20 décembre 1913.}

Spectrophotomètre photographique.

Études des

écrans

colorés. Spectrosensitométrie.

Par Jules ^BAILLAUD [Observatoire ^de Paris].

Les écrans colorés jouent maintenait, ^comme filtres de radiations, ^{un très} grand ^rôle, aussi bien dans les recherches

scientifiques

que dans la

pratique

industriellc. Il y ^{a donc un} réel intérêt à pouvoir

déterminer rapidement ^{leurs courbes} d’absorption spectrale, c’est-à-dire fixer les

positions

^et les formes de leurs bandes d’absorption, ^{et autant} due possible

leurs intensités. Si l’on disposait ^{d’une source lumi-}

neuse, d’une

plaque

photographique ^{et d’un} spectro- graphe tels que le spectre ^{de la source} photographie

sur la plaque présente le mème noircissement pour

toutes les radiations, ^{la rcdlerche} des Landes d’ab-

sorption ^{d’un écran serait très} simple, il suffirait

d’interposer

^{l’écran entre la source et le} spectro- graphe, ^et d’examiner sur la

photographie

^pour quelles radiations le noircissement s’est affaibli. Mal- heureusement, ^les plaques photographiques ^même

les mieux panchromatiques n’ont pas ^une sensibilité

1. DRUDE. Lehrb. d. Optik, p. 524. Traduct. M. Born. 2, 541.

2. Voir au sujet ^{de ces} condenscurs : L. DUNOYER. Sur les aherratiuns de sphéricité ^{dans les} objectifs, Io2c2°ncrl de lhys.

3(1915)468.