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Les classifications des spectres d’après leur structure et leurs variations magnétiques
Fr. Croze
To cite this version:
Fr. Croze. Les classifications des spectres d’après leur structure et leurs variations magnétiques. J.
Phys. Theor. Appl., 1913, 3 (1), pp.882-900. �10.1051/jphystap:019130030088200�. �jpa-00241874�
LES CLASSIFICATIONS DES SPECTRES D’APRÈS LEUR STRUCTURE ET LEURS VARIATIONS MAGNÉTIQUES;
Par M. FR. CROZE.
1
1. Le relevé des spectres.
-Le premier problème de la spectrosco-
pie consiste dans le relevé des spectres des différents corps, simples
ou composés. A cet effet, les radiations émises ou absorbées sont d’abord séparées au moyen d’un appareil dispersif, puis admises
dans un récepteur qui les enregistre, en manifestant la quantité d’énergie à laquelle elles correspondent.
Cette énergie peut être caractérisée par les sensations qu’elle excite
dans notre oeil. Ce procédé, qui est le plus direct, n’est applicable qu’aux radiations dont la longueur d’onde est comprise entre 01~,,i
et 0:~8 qui forment le spectre visihle. Une méthode tout à fait géné-
rale est la méthode thermique, qui consiste à recevoir l’énergie des
radiations sous la forme de chaleur. Elle permet d’explorer le spectre d’un corps dans toute son étendue, mais elle ne peut en donner une
représentation précise et détaillée que si les radiations considérées sont relativement intenses et suffisamment séparées l’une de l’autre dans l’échelle des longueurs d’onde. La méthode photographiquer d’après laquelle l’énergie des radiations est décelée par son action
chimique, permet, au contraire, de saisir les plus délicates structures
des spectres ; grâce au fait qu’elle intègre l’action pendant autant
de temps qu’on le désire, elle rend possible, l’enregistrement des
radiations les plus faibles. Malheureusement; si les plaques photo- graphiques sont très sensibles aux radiations de longueur d’onde plns courtes que 0:J.,5, elles le sont beaucoup moins aux longueurs
d’onde plus grandes, et, malgré les progrès réalisés dans les
procédés de sensibilisation, elles n’ont jamais pu dépasser :1 P-,4
0-C’est pourquoi, dans la région comprise entre 0~,8 et 2 y., certains physiciens ont employé une méthode plus complexe : la méthode phosphorog raphique. Une plaque enduite d’une substance,
-le
sulfure de zinc par exemple,
-dont la phosphorescence est d’abord
excitée par de la lumière de courte longueur d’onde, est ensuite exposée à ces radiations infra-rouges. Aux points frappés par ces
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019130030088200
883 radiations la phosphorescence, d’abord intensifiée comme par une élévation de température, est bientôt détruite. On obtient ainsi un
spectre en sombre sur fond clair que l’on peut photographier par contact avec une plaque photographique. Les spectres ainsi obtenus
sont d’ailleurs moins bien définis que ceux que donne la méthode
photographique et ne contiennent que les radiations les plus intenses.
L’emploi de la méthode photographique a permis de faire dans la
région des courtes longueurs d’onde des relevés à la fois précis et complets des spectres d’à peu près tous les corps. Pour les lon- gueurs d’onde comprises entre Oi~,,5 et OfJ.,8, si, grâce à l’introduction des plaques panchromatiques, nous connaissons déjà avec une grande précision les spectres des métaux, nos connaissances sur les spectres des gaz présentent encore bien des lacunes. Enfin, pour les lon- gueurs d’onde plus grandes que 0~,8, malgré l’emploi combiné des méthodes thermique, photographique et phosphorographique, nous
ne connaissons guère, jusque vers 6 p, que les radiations les plus
intenses des métaux et des gaz.
classification des spectres.
-Le relevé des spectres des dif- férents corps doit aboutir à une classification naturelle de ces
spectres et des radiations qui les constituent. Grâce aux efforts d’un
grand nombre de physiciens, les grandes lignes de -cette classifica- tion sont à peu près fixées.
Au point de vue de leur structure, on distingue trois grandes
classes de spectres, qui se différencient nettement quand on observe
avec des appareils de faible dispersion. Les uns se présentent comme
de larges bandes continues dans lesquelles la courbe des intensités
admet souvent un seul maximum mais quelquefois en présente plu-
sieurs : ce sont les spectres continus. Quand ces maxima sont séparés
par des intervalles, dans lesquels l’émission ou l’absorption est sensi-
blement nulle, chacun d’eux constitue une bande, et le spectre est un spectre de bandes. Fréquemment ces bandes sont d’une étroitesse extrême; et si l’on a eu soin de ne laisser pénétrer la lumière de la
source dans l’appareil dispersif que par une fente étroite, ces bandes prennent l’aspect de lignes ou raies, parallèles à la fente;
dans ce cas on
aun spectre de lignes.
3. Les spectres de lignes.
-Les spectres de lignes sont actuelle-
ment les mieux connus.
On peut les diviser au moins provisoirement en trois catégories.
Les spectres de la première sont constitués par des raies distri-
buées en séries qui convergent vers les courtes longueurs d’onde et
d’autant moins intenses qu’elles sont plus proches de la limite de la série.
On distingue généralement trois groupes de séries : le groupe
principal et deux groupes dits secondaires, chaque groupe com- prenant suivant les cas une, deux ou même trois séries de raies, accompagnées, dans le premier groupe secondaire, de raies satellites
en nombre variable. Ritz a adjoint à ce système fondamental le système des séries de cOn’lbinaison, dont les plus importàntes
sont les séries trouvées d’abord par Bergmann dans l’infra-rouge.
Toutes ces séries sont représentées à l’échelle des fréquences v par des formules de la même forme générale (Ritz) :
où N~ est une constante universelle a’, b’, cc, b sont des constantes ca-
ractéristiques de chaque série, n et m étant des nombres multiples de
~ dont l’un est constant dans la série tandis que l’autre prend des va-
leurs croissant d’une unité pour chacun des termes successifs de la série.
Dans les spectres de la deuxième catégorie, les raies forment des groupes caractérisés par la constance de l’intervalle, exprimé en fré-
quences de vibrations, des raies consécutives de chaque groupe.
Il est enfin un grand nombre de spectres de lignes dans lesquels
les raies semblent distribuées sans aucun ordre : ils forment, au moins provisoirement, une troisième catégorie.
4. Spectres de bandes.
--Les spectres de bandes présentent des
apparences plus complexes que les spectres de lignes. On distingue
d’abord deux types généraux de spectres de bandes. Certaines
bandes, en effet, se résolvent en raies fines quand on les examine
avec des appareils d’une dispersion suffisante: ce sont les bandes ré- solubles. D’autres, au contraire, ne sont pas résolibles, môme avec les plus hautes dispersions employées.
Le seul caractère de structure qui permette de classer les spectres
de ce dernier type réside dans la distribution des intensités à l’inté- rieur de chaque bande. On trouve des bandes qui ont leur maximum
d’intensité en leur centre et sont dégradées de part et d’autre de ce
885 eentre : on les appelle bancles symétriques,. Dans la plupart des cas cependant le maximum d’intensité se trouve sur l’un des bords de la
bande, qui présente l’aspect d’une arrête nettement tranchée, à partir
de laquelle l’intensité va graduellement en décroissant jusqu’à l’autre bord, avec quelquefois des maxima secondaires : ce sont les bandes ei arétes.
Il est possible de préciser cette classification quand on a affaire à
des bandes résolubles. Le plus souvent une bande commence par
une ou plusieurs raies très intenses d’où partent des séries de raies
plus ou moins enchevêtrées qui vont en s’écartant et en s’affaiblissant à mesure qu’on s’éloigne de l’origine. Il arrive quelquefois que le commencement de la bande conserve l’aspect d’une arête nettement tranchée, quelle que soit la dispersion employée : on a alors une véri-
table bande à arête. Mais, d’autres fois, l’arête se détache de moins
en moins nettement et va jusqu’à se fondre presque complètement
avec les autres raies du spectre, à mesure que la dispersion aug- mente. Konen (1 ) appelle les bandes de cette catégorie bandes à fausses arêtes. Enfin, dans certains cas, l’ensemble d’une bande pré-
sente l’aspect d’un amas de raies enchevêtrées plus serrées et plus
intenses vers le centre de l’amas. Konen les désigne sous le nom de
bandes diffuses, bien qu’on puisse les considérer comme résultant de la superposition de deux bandes à arêtes dirigées en sens inverse
l’une de l’autre.
La distribution dans le spectre des maxima des bandes diffuses, de
même que la distribution des raies à l’intérieur de ces bandes est
mal connue. Nous avons beaucoup plus de données sur les bandes à arêtes ou à fausses arêtes. Toutes les fois qu’un spectre de l’une de
ces deux catégories contient un assez grand nombre de handes, pour qu’une loi de distribution ait pu être établie avec certitude,
on trouve que les arêtes forment des séries dans lesquelles l’inter-
valle de deux termes consécutifs va en croissant en progression arithmétique. C’est la troisième loi de Deslandres, qui s’applique
aussi bien aux bandes non résolnhles qu’aux bandes résolubles.
Pour la distribution des raies à l’intérieur des bandes à arêtes et résolubles, deux conceptions toutes différentes se sont fait jour.
D’après M. Deslandres, les bandes se résolvent en séries de raies qui partent de l’arête et dans lesquelles les intervalles vont toujours en
(1) ROXEN, Das Lenchten deI’ Gase zcncl Brunsch".eig, 1913.
croissant en progression arithmétique, avec des perturbations acci-
dentelles. L’ensemble d’un spectre de bandes peut être représenté
par la formule
où les paramètres 1n, n etp prennent les valeurs des nombres entiers.
Les bandes qui dépendent d’une même valeur du paramètre p pré-
sentent les mêmes perturbations (~). Cette conception s’appuie sur de
nombreuses observations et semble valable au moins en première approximation pour les bandes dans lesquelles les séries n’ont pas
plus de 50 ou 60 termes. D’après Thiele, au contraire, les intervalles dans chaque série iraient d’abord en croissant, passeraient ensuite
par un maximum pour décroître ensuite indéfiniment jusqu’à un point
d’accumulation appelée la queue de la bande. En fait, on a constaté dans certaines bandes l’existence d’un maximum de l’intervalle, on a
même trouvé des amas de raies qui pourraient être considérées comme les queues postulées pan la théorie de Thiele.
Mais la lég itimité de la coordination en un même système de ces
queues avec des arêtes ou têtes de bandes n’a pas encore été démon- trée, car on n’a encore jamais pu suivre sans discontinuité une bande
depuis sa tète jusqu’à sa queue supposée (2). Il résulte de là que la véritable loi de distribution des raies à l’intérieur des bandes à arêtes reste encore à trouver.
5° Les variatl’ons caractéristiques des spectres.
-Les classifica- tions de spectres et de raies fondées sur des considérations de struc- ture sont très commodes; mais pour qu’elles acquièrent une véritable signification physique, il est nécessaire qu’on puisse les retrouver lorsqu’on considère les circonstances de production des spectres et les variations des spectres corrélatives des variations de ces circons- tances. Cette étude est encore relativement peu avancée. Quelques points sont cependant déjà hors de doute.
On avait cru d’abord à une différence radicale entre les spectres
de lignes et les spectres de bandes. En effet, Zeeman, qui avait
trouvé le changement que subit un spectre de lignes, lorsque la
source lumineuse était placée dans un champ magnétique, n’avait
pu déceler aucun changement dans le spectre de la vapeur d’iode.
(1) DESLAXDRES, C. R., t. CXXXVIII, p. 3~Î; ~90~ ;
-DESLWDRES et D’AzAMBUJA, C. R., t. CLVII, p. 6?1-6’I8 ; 1913.
(2) Wgiss, t. p. 177-180.
887 Les résultats de ses observations avaient été confirrnés et étendus à d’autres cas par les reclierches de H. Becquerel et Deslandres, de Michelson, de Kayser et Runge et de Parvis. D’un autre côté, Ilum- phreys avait constaté que les raies des spectres de lignes se déplaçaient
sous l’influence de la pression, tandis que les raies des spectres de bandes ne subissaient pas ce déplacement. Enfin Stark, observant les
’
spectres dans les rayons-canaux avait pu déceler, dans le cas des spectres de lignes, un effet Doppler, qu’on n’a pas retrouvé dans les spectres de bandes.
Mais depuis, on a trouvé des bandes d’émission considérées comme
non résolubles et des raies appartenant à des bandes d’absorption
résolubles qui présentaient le phénomène Zeeman ou qui se dépla- çaient avec la pression. Et tout récemment M. Fortrat (’ ) a montré
que les bandes, qui ne présentent pas l’effet Zeeman proprement dit,
sont cependant faiblemènt modifiées par le champ magnétique. Cer-
tains spectres de bandes doivent donc être rapprochés des spectres de lignes.
Si on considère séparément chacune de ces deux grandes classes
de spectres, on retrouve en général des relations étroites entre les
variations des raies ou bandes qui les constituent et leurs lois de distribution. Pour ce qui regarde les spectres de bandes, leur étude
à ce point de vue est encore peu avancée et il serait prématuré d’apporter des conclusions générales.
Nous avons des données plus étendues sur la façon dont se com- portent les diverses catégories de spectres de lignes, surtout en ce qui concerne le phénomène de Zeeman et même l’effet Doppler de
Stark. Les classificafions des raies en séries dans les spectres de la première catégorie s’est trouvée confirmée d’une façon éclatante (‘’).
En effet les raies d’un même corps appartenant à la même série
présentent des changements magnétiques identiques et de même grandeur dans l’échelle des fréquences, elles donnent aussi le même effet Dôppler. De plus, dans les séries principales et les deuxièmes
séries secondaires, où les raies ’principales ne sont pas accompa-
gnées de raies satellites en nombre variable d’un corps à un autre, les changements magnétiques sont encore les mêmes quand on
considère les séries correspondantes dans les spectres des différents f 1) FORTHAT, C. R., t. CLVI, p. 1~39-!!~61 :
(2) Voir pour cette question : Corrox. Rar!illrn, t. P. 33-Í3: lUit.
éléments. Lorsqu’on passe aux spectres des deux autres catégories, on
ne trouve plus la même régularité. Dans le cas des spectres de la deuxième catégorie, les séparations magnétiques ne semblent pas directement liées à la distribution des raies en groupes. Quant aux spectres de la troisième catégorie, ponr lesquels on ne connaît aucune
loi de distribution, leurs raies donnent le plus souvent des triplets
purs, mais dont l’écart varie dans de larges limites. On remarque seulement que les écarts les plus fréquents atteignent une valeur égale à une fois et demie celle de l’écart normal de Lorentz.
6° La théorie de l’origine des spectres.
-La troisième étape de la re-
cherche spectroscopique serait la constitution d’une théorie synthé- tique de l’origine, de la structure et des variations des spectres.
Les données expérimentales dont nous disposons sont nombreuses,
mais disparates et malgré tout incomplètes, et leur classification est
encore trop peu avancée pour qu’une telle théorie puisse à l’heure
actuelle être édifiée sur des bases suffisamment solides. Les théories
qui existent actuellement n’expliquent chacune qu’une faible partie
des faits observés, et leur principale utilité consiste à donner des idées directrices pour la poursuite des recherches. Il semble donc que présentement la tâche la plus pressante qui s’impose aux spec-
troscopistes consiste : -. 1° à compléter et à préciser les relevés des spectres des différents corps ; 2° à ordonner les résultats des obser- vations en une classification naturelle fondée à la fois sur la struc- ture et les variations des spectres, et en particulier sur leurs chan-
gements magnétiques. Cette tâche est loin d’être remplie, même en
ce qui concerne les corps les plus usuels. Je me suis proposé d’y apporter une contribution en étudiant à ce point de vue les spectres des gaz les plus communs : l’hydrogène, l’oxygène et l’azote. J’ai
employé constamment la méthode photographique, qui est la plus
convenable pour l’étude des variations et pour l’enregistrement des parties peu intenses de ces spectres. Voici le résumé des résultats obtenus (1).
Il
’l. Les spectres de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote.
-L’en-
semble des spectres de l’hydrogène, de l’oxygène et de l’azote est assez bien connu.
(1 j Recherches les spectres (rémission des gaz usuels, thèse, Paris, 1913.
889 On attribue communément à l’hydrogène deux spectres principaux,
que l’on obtient en faisant passer dans un tube de Geissler contenant de l’hydrogène à faible pression la décharge d’une bobine d’induc-
tion. Le premier est formé de raies distribuées en séries. Les raies de la première série secondaire du groupe fondamental, sont connues depuis longtemps. Quant aux raies de la série principale et de la
deuxième série secondaire, trouvées par E.-C. Picliering (1) dans
les spectres des étoiles du type Puppis, elles n’ont été obt,enues dans le laboratoire que tout récemment par Fowler (2) , qui a même
découvert une nouvelle série principale. On a ainsi quatre séries de l’hydrogène, auxquelles il faut adjoindre deux raies appartenant à
une série de Bergmann et retrouvées par Paschen (3). Le second spectre de l’hydrogène est formé de raies très nombreuses. Sa structure paraît complexe, et certaines de ses raies semblent appar- tenir à un spectre de bandes tandis que les autres constitueraient un
spectre de lignes de la troisième catégorie.
,Schuster (4), qui a étudié systématiquement les spectres de l’oxy- gène, distingue, outre un spectre continu, trois spectres principaux,
que l’on obtient tous dans le tube de Geissler en modifiant convena-
blement les conditions de la décharge. Le premier, qui est un spectre de séries comprenant un groupe de séries triples et un groupe de séries doubles, s’obtient quand le tube de Geissler contenant de l’oxygène à basse pression est parcouru par une décharge continue
ou à lentes oscillations. Le deuxième, appelé par Schuster spectre . élémentaire, est un spectre de lignes de la troisième catégorie. Il
s’obtient quand la décharge est brusque. Le troisième apparaît
dans les mêmes conditions que le premier quand la pressio n est très
faible. C’est un spectre de bandes que l’on considère comme carac-
téristique de la lueur qui entoure l’électrode négative.
On attribue à l’azote deux groupes de spectres. Quand un tube de
Geissler contenant de l’azote à faible pression est parcouru par la
décharge ordinaire d’une bobine d’induction, on obtient un spectre de bandes que M. Deslandres (~) a divisé en quatre groupes. Trois de
ces groupes sont donnés par la colonne lumineuse qui part de l’élec- (1) E.-C. PICKERING, Astl’ophys., t. IV, p. 369-370 ; 1896.
(2) FowLER, .lIon1hly .Volic., t. LXXIII, p. 62-’11 ; 1912.
(3) PASCHEX, Anis. Phys., 4, série, t. XXVII, p. 53î-5î0 j 1908.
(4) SCHUSTER, Phil. t. CLXX, p. 32-54; 1819.
.
(5) DESLANDRES, thèse, Paris, 1888.
trode positive, tandis que le quatrième est caractéristique de la lueur
négative. Le groupe négatif et les deux derniers groupes positifs
commencent vers 500 et se terminent dans l’ultra-violet. Ils sont bien connus et appartiennent au type des bandes résolubles à arétes.
Quant au premier groupe positif, on sait que dans les conditions ordinaires il se termine vers 300 p p et commence dans l’infra-rouge.
Il appartient, d’après Konen, au type des bandes à fausses arêtes- Sa structure est d’ailleurs mal connue. Quand la décharge est brusque, l’azote donne un spectre de lignes de la troisième caté- gorie (1).
Nous avons donc affaire à des spectres de lignes de la première
et de la troisième catégorie, des spectres de bandes de types diffé-
rents et un spectre complexe composé probablement de bandes et
de raies appartenant à un spectre de lignes : le second spectre de l’hydrogène.
8. Les sl)ectres de lig;îes: 10 Zes spectres de série8 de l’hydrogéne el
cze
-On peut considérer que les raies qui l’orrnent les sé- ries de l’hydrogène et de l’oxygène sont classées d’une manière défi-
1
nitive. On sait d’autre part que les raies de la première série secon-
,.
daire de l’hydrogène, la seule que l’on obtienne dans les conditions ordinaires, subissent des changements identiques d’après le phéno-
mène de Dôppler observé par ,Stark dans les rayons-canaux. Jusqu’à
ces derniers temps, aucune de ces raies n’avait été étudiée avec préci-
sion dans le champ magnétique. La recherche du phénomène Zeeman présentait cependant dans ce cas un intérêt particulier.
On sait, en effet, que les raies des séries simples donnent toutes le triplet pur d’écart normal de Lorentz. Les composantes des séries doubles donnent l’une un sextuplet, l’autre un quadruplet, tandis que celles des séries triples donnent respectivement un nonet, un sextu- plet et un triplet, au moins dans le cas des séries principales et des
deuxièmes séries secondaires oû les composants principales ne
sont pas accompagnées de raies satellites. Pour chacun de ces types
de décomposition, les écarts entre les composantes magnétiques
sont les mêmes sur toute l’étendue de la série et en rapport simple
avec l’écart normal. Il semble d’après cela qu’on puisse prévoir
cc prioi-i quel sera le changement magnétique d’une raie, si l’on sait à quel type de série elle ap partient.
(1) :B1. Hemsalech
atrouvé
un nouveauspectre de lignes de l’azote que l’on
obtient dans l’étincelle de self-induction C. 11., t. GLI 1, p. l-ni-1415 ; 1911).
891 Cela est vrai lorsque les composantes d’une série double ou triple
sont assez éloignées pour que leurs composantes magnétiques ne
viennent pas à s’enchevêtrer. Quand on a affaire à des séries doubles
ou triples dont les composantes de même rang sont très serrées, les choses se passent autrement. C’est ainsi que la raie 6708 du lithium, qui appartient à une première série principale et qui est, en réalité, formée de deux composantes séparées seulement par 0,144 angs- trôm (1), donne un triplet magnétique normal !~) .
Or dans le cas de l’oxygène, on trouve des séries doubles ou triples
dont les composantes sont très voisines. Les raies de la première
série secondaire de l’hydrogène seîîzblent aussi être des raies doubles.
D’après M:B1. Fabry et Buisson (3~, la raie Hx 6563,04 aurait deux composantes distantes de 0,132 angstr,5m (4). Il était donc intéres-
sant de voir quelle serait la décomposition magnétique de ces raies.
J’ai étudié le phénomène de Zeeman d’abord sur les trois pre- mières raies de la série de l’hydrogène ; puis, dans une nouvelle série d’expériences, sur les quatre premières raies de la série. Les obser- vations ont été faites seulement pour la lumière émise perpendicu-
lairement aux lignes de forces du champ magnétique. Dans tous les
cas je me suis astreint, suivant les conseils de M. Cotton, à placer
le tube de Geissler de façon que la décharge le parcoure parallèle-
ment aux lignes de force du champ. A cet effet, les pièces polaires
d’un grand électro-aimant de iveiss étaient percées, suivant l’axe des
noyaux, d’un trou dont le diamètre avait 8 millimètres au voisinage
de l’entrefer. Dans ces conditions le champ à l’intérieur de l’entrefer n’est pas uniforme ; mais, en mesurant le champ par l’effet Zeeman que subissent les raies du mercure produites en même temps que les raies étudiées, on obtient la valeur même du champ correspond- dant à l’eflet Zeeman subi par ces dernières raies.
Le tableau suivant donne, avec les valeurs du champ mesurées de cette façon, les écarts des composantes latérales du triplet pur, que
j’ai obtenus pour les raies de l’hydrogène. Les longueurs d’onde
sont rapportées au système international.
(1) ZEEMAN, Phys. ZtS., XIV, 913-914; 1913.
(2) BACK, Ann. t/er Phys., 4e série, t. XXXIX, p. 926-939; 1912.
(3) FABRY et Buisson, J. cle Pjays., 53 série, II, p. ~~2-~~6 ; 1912.
(4) Il n’est cependant pas
encorecertain que
cedédoublement
nesoit pas dû
à
unphénomène de renversement.
L’examen de ce tableau montre que, si l’on tient compte des
erreurs sur la mesure de A), qui sont certainement inférieures à
0,02 angstrôms et de celles sur la mesure du champ qui ne dépassent
pas 500 gauss, les raies de la série de l’hydrogène donnent un triplet magnétique pur d’écart normal.
Dans l’intervalle de ces deux séries d’expériences a paru un impor-
tant mémoire de MM. Pascllen et Back (1), complété depuis. Ces physiciens ont étudié, outre les raies de l’hélium et de quelques
métaux alcalins, le triplet 3947 de la série principale triple de l’oxy- gène, la raie 4368 qui est, en réalité, un doublet très serré, de la série principale double de l’oxygène, et les raies H~ et H~ de l’hydrogène. Dans leurs expériences ils ont pu obtenir des champs
allant jusqu’à 40 730 gauss.
Dans le cas du triplet de l’oxygène dont les composantes ont pour
longueurs d’onde A 3947,438, ). 3947,626, À 3947,731, ils ont trouvé que chacune de ces composantes s’élargit d’abord pour son propre compte sous l’action du champ magnétique. Lorsque le champ est
assez intense pour que les composantes magnétiques des raies voi-
sines viennent à s’enchevêtrer, le phénomène change. On n’a plus,
pour l’ensemble du triplet naturel, qu’un seul triplet magnétique.
La composante centrale de ce triplet n’est d’abord pas complè-
tement polarisée ; les composantes latérales sont diffuses et leur
écart est plus grand que l’écart normal. Mais, à mesure que le
champ augmente, le triplet magnétique observé tend à prendre
tous les caractères du triplet normal. La raie 4368 qni occupe, dans la série principale double de l’oxygène, le même rang que le
triplet 3947, dans la série principale triple et dont les composantes doivent être séparées par un intervalle 10 fois plus petit dans
l’échelle des fréquences que celui des composantes du triplet, donne
au contraire un triplet pur nornial, même dans les champs les plus faibles.
(1) PASCtiE-N et BACK, Anii. Phys., série, t. XXXIX, p. 897-932; 19i2 ;
t. XL, p. 960-9 70 ; 1913.
893 Pour les raies H, et H3 de l’hydrogène, ils ont obtenu un triplet magnétique, dans lequel la polarisation de la composante centrale,
d’abord incomplète, devient de plus en plus complète à mesure qu’augmente le champ. L’écart des composantes latérales, qui cor- respond à j2013 = 1,04 . 10-4 pour les valeurs du champ comprises
1entre 14 000 et 32 000 gauss, donne seulement pour la valeur H 2
moyenne 10-4 quand le champ atteint 40 000 gauss.
Depuis, de nouvelles expériences ont été faites sur des doublets très serrés qui se rencontrent dans les séries du sodium et du lithium. D’après les observations de M. Back, précisées ensuite et
encore tout récemment par M. Fortrat (1), on observe pour le dou- blet ), 2853 de la série principale du sodium, dont les composantes
sont séparées par un intervalle égal à 2,39 dans l’échelle des fré- quences, des phénomènes analogues à ceux que présente le triplet
3947 de l’oxygène. Au contraire, les doublets du lithium, pour les-
quelles l’écart des fréquences initiales est à peu près le même que pour Ha, donnent tous des triplets purs normaux.
De l’ensemble de ces recherches, il semble résulter que non seule- ment les raies des séries simples donnent des triplets magnétiques
normaux, mais encore que, dans les séries doubles ou triples, l’en-
semble de chaque doublet ou triplet naturel donnerait un triplet magnétique normal à partir d’une certaine valeur du champ. Et
cette valeur du champ semble devoir être d’autant plus grande que l’écart initial entre les composantes du doublet ou du triplet naturel
est plus considérable. C’est ainsi qu’avec les champs les plus
faibles on obtient pour les doublets très serrés du lithium et de
l’oxygène des triplets magnétiques déjà normaux. Au contraire,
on n’est pas encore arrivé, même avec des champs atteignant
4 000 gauss, à obtenir un triplet magnétique parfaitement normal
avec le triplet de l’oxygène 3947 et le doublet 2853 du sodium, où
l’on a des composantes plus largement séparées. La règle s’ap- plique aux doublets très serrés de l’hydrogène si l’on adopte mes
résultats. Il n’en est plus de même si l’on admet ceux de MM. Pas-
chen et Back.
Pour résoudre cette anomalie, il importe de remarquer que les
(1) FORTRAIT, C. R , t. CLVI, p. 160 î ;
-id., t. CLi’II, p. 636 ; 1913.
conditions dans lesquelles nous avons opéré sont différentes. Dans les expériences de Paschen3 et Back, le tube de Geissler était
disposé perpendiculairement aux lignes de forces du champ, tandis
que j’ai toujours disposé les miens suivant l’axe de l’électro-aimant,
afin d’éviter l’action perturbatrice du champ sur la décharge élec- trique. Celle-ci est en effet profondément modifiée lorsqu’elle est
contrainte de parcourir le tube suivant une direction perpendiculaire
aux lignes de forces du champ.
°
J’ai constaté d’ailleurs que, précisément dans le cas de l’hydro- gène, les décompositions magnétiques observées changent suivant
que le tube est disposé parallèlement ou perpendiculairement aux lignes de forces du champ. Dans le premier cas, le triplet observé
même avec des champs juste assez intenses pour obtenir la sépa-
ration se présente constamment comme un triplet pur normal. Par contre, avec le tube perpendiculaire à l’axe de l’électro, j’ai obtenu
les mêmes résultats que 1B11B1. Paschen et Back tant au point de vue qîtantitatif qu’au point de vue qualitatif. Ce fait semble d’ail- leurs jusqu’à présent particulier à l’hydrogène, car d’une part les
raies du sodium obtenues dans les mêmes conditions donnent tou-.
jours les décompositions connues, sans aucune trace de polarisa-
tion anormale, et d’autre part le triplet 30!~7 de l’oxygène, produit
dans un tube parallèle à l’axe de l’électro-aimant, présente dans des champs graduellement croissants les mêmes apparences qui ont été
observées par lVIM. Paschen et Back avec un tube perpendiculaire
au champ.
Ces expériences montrent que, quelle que soit d’ailleurs l’expli-
cation de ces anomalies, il est plus sûr d’opérer dans des conditions où la décharge n’est pas modifiée par le champ. Mais, avec les pièces polaires percées qu’on est alors obligé d’employer, le champ pro- duit dans l’entrefer de l’électro-aimant est beaucoup moins intense
qu’avec des pièces polaires pleines. Et, pour pouvoir étudier jus- qu’au bout les modifications des changements magnétiques que
subissent les doublets et les triplets naturels des séries spectrales,
il faudrait un électro-aimant de très grande puissance, permettant d’obtenir dans un entrefer assez large des champs supérieurs à
50 000 gauss.
9. 2° Les spectres cle lignes non sériées de l’oxJJène et de l’azote.
- Ces spectres s’obtiennent facilement lorsqu’on fait passer dans
un
tube de Geissler contenant de l’oxygène ou de l’azote à la pres-
895 sion de 1 millimètre la décharge condensée d’une bobine d’induction.
Ils sont caractérisés par ce fait qu’ils disparaissent lorsqu’on intro-
duit dans le circuit de décharge une self-induction suffisante. Nous
avons actuellement des relevés précis de ces deux spectres dans la région de longueurs d’onde plus courte ’que 1B 5200. Dans la région
moins réfrangible, l’azote possède encore un assez grand nombre de
raies intenses qui ont été relevées avec précision. Les raies de l’oxy- gène qui se trouvent dans ce domaine sont au contraire faibles, et
l’on ne connaissait que les trois plus intenses A 71:57, î~ 6107 et 5315.
J’ai mesuré les longueurs d’onde de 28 raies nouvelles, comprises précisément entre À 7157 et A et distribuées comme les raies
plus réfrangibles de ce spectre sans aucun ordre apparent.
On pouvait penser cependant que là où la considération directe des longueurs d’onde n’avait mis en évidence aucune régularité dans
la distribution des raies, l’étude systématique de leurs variations et
en particulier de l’effet Zeeman aboutirait à un meilleur résultat.
Cette étude présentait encore de l’intérêt à un autre point de vue.
En effet les deux seuls corps appartenant à la première ligne du
tableau de Mendeleeff qui avaient été étudiés dans le champ magnétique, l’hélium et le lithium, avaient donné des triplets
purs normaux. On pouvait penser qu’il en serait de même des
spectres des autres éléments de cette première ligne, et en parti-
culier de l’oxygène et de l’azote. De plus .l’étude du phénomène
Zeeman sur les spectres de séries a montré que seules donnaient des décompositions magnétiques différentes du triplet normal les
raies qui appartenaient à des séries doubles ou triples. En étendant à titre d’hypothèse cette conception aux spectres dans lesquels on
n’a pas encore reconnu de groupes réguliers ni de séries, on est
amené à penser que la présence dans ces spectres de décompositions magnétiques distinctes du triplet normal indique la présence de groupements naturels de raies, dont la loi de formation peut être d’ailleurs toute différente de celle des séries déjà connues (’ ) .
(1) Voir pour cette question : Radium, t. VIH, p. 33-.~3 ; 1911.
QUELQUES TYPES REMARQUABLES
DEDÉCOMPOSITIONS MAGNÉTIQUES.
Cette échelle représente l’écart
nor-mal
avecle double et le triple
de cet écart.
Fio. 1.
-Triplet pur d’écart
nor-mal donné par les raies de la série de l’hydrogène et 0 4 368.
Fic,. 2.
-Écart égal aux 2 del’é-
cart normal : le plus fréquent dans
les spectres de lignesnon sériées.
FIG. 3. -Écart double de l’écartnor- mal. Têtes de bandes du 1. er groupe
positif de l’azote.
FIG. 4. - É cart égal à 2, 6 fois l’écart
normal: 0 4 325.
FIG. 5.
-Quadruplet d’écart égal
C normal. pour les deux
cou-( 3 /
ples de composantes : 0 4 650.
FIG. 6.
-Sextuplet à inversion : 0 4 638.
FIG. 7. - Sextuplet : 0 4 3I7 et 4 43~5.
FIG. 8.
-Az 4 674,89.
La disposition de
cesfigures est
celle qui
aété indiquée par
NI. Cotton, t. VIII, p. 33-
43, 19i i .
897 J’ai mesuré les décompositions magnétiques due 75 raies de l’oxy- gène et de 52 raies de l’azote. Le plus grand nombre de ces raies
donne bien des triplets purs, mais on trouve aussi plusieurs sextu- plets et quadruplets de types différents avec quelques cas de décom- positions dissymétriques complexes. Dans le cas de triplets purs, les écarts des composantes latérales varient dans de larges limites. On
peut remarquer cependant, en groupant les raies d’après les valeurs
des écarts, que les écarts les plus fréquents correspondent à des va-
leurs de ~~‘ . 10-’ voisines de 1,~1, de 1,06 et de 0,94, c’est-à-dire
91 1,13 et 1 fois l’écart normal. Je n’ai rencontré qu’un seul triplet
pur dans lequel l’écart des composantes latérales est plus grand que
le double de l’écart normal : il est donné par la raie ~ 4325,90 de
l’oxygène et correspond à une valeur de 2013 .0-4 égale à 2,456, c’est-
à-dire 2,6 fois celle de l’écart normal. Plusieurs des raies qni ne
donnent pas des triplets purs se décomposent de façons remar- quables. C’est ainsi que la raie 4650,95 de l’oxygène donne un qua-
druplet dans lequel l’écart est le même pour les composantes de
vibrations parallèles et de vibrations perpendiculaires au champ ;
cet écart est égal aux 3 de l’écart normal. La raie 4638,88 de l’oxy- gène donne un sextuplet : l’écart des composantes de vibrations
parallèles égale les 4 de l’écart normal; l’écart des composantes de
à-.
vibrations perpendiculaires est la moitié seulement pour les compo- santes intérieures et le double de l’écart normal pour les compo- santes extérieures beaucoup plus faibles. Enfin les deux raies ’~3~~, 7~
et 4317,25 donnent des sextuplets identiques : l’écart des compo- santes parallèles est égal à la moitié de l’écart normal; celui des composantes de vibrations perpendiculaires est les 6 5 pour les com-
posantes intérieures et les 11 de l’écart normal pour les composantes
o
extérieures beaucoup plus faibles. Dans le spectre de l’azote, la raie la plus remarquable est 4674,89 qui donne un quadruplet dans lequel
l’écart des composantes de vibrations parallèles est 0,7 et celui des
composantes de vibrations perpendiculaires 2,6 fois l’écart normal.
Tous ces résultats, joints à ceux que nous possédons déjà sur les
spectres de lignes de cette catégorie, montrent qu’on est encore
loin de connaître la distribution de leurs raies. Cependant l’existence de valeurs privilégiées pour les écarts, valeurs qui sont les mêmes
pour les spectres des différents corps, indique qu’il existe des rela-
tions entre les raies de ces spectres. Et lorsque, dans un spectre donné, on aura pu mesurer les décompositions non seulement des raies intenses, mais de toutes les raies même les plus faibles, peut-
être pourra-t-on trouver la loi d’organisation de ce qui nous semble
encore un chaos.
10. Les spectres de bandes: la structure des slJectres de bandes et l’effet Zeemcin. - L’étude du phénomène Zeeman, qui s’est montrée féconde dans le cas des spectres désignes, ne semblait pas d’abord
présenter la même utilité au point de vue de la recherche des régu-
larités dans les spectres de bandes.
En effet beaucoup de ces spectres sont trop faibles pour être observés avec les hautes dispersions nécessaires à l’étude des chan-
gements magnétiques. D’autre part, l’inexistence de l’effet Zeeman avait été constatée sur les plus remarquables des spectres de bandes résolubles : le spectre d’absorption de la vapeur d’iode et du brome,
les bandes d’émission da carbone (spectre de du cyanogène
~bande 3883), du deuxième groupe positif et du groupe négatif de
l’azote et celles du mercure.
Mais à côté de ces faits, il en était d’autres qui permettaient d’espérer
des résultats positifs. 1B1. J.,Becquerel (’ ) avait montré que les spectres d’absorption des sels de métaux rares, à l’état cristallisé ou dissous contiennent des bandes qui présentent le phénomène Zeeman. Puis
Dufour (2 ) dans une belle série de recherches avait établi l’exis-
tence du même effet sur les bandes d’absorption résolubles du
peroxyde d’azote et sur les bandes d’émission, alors considérées
comme non résolubles, des composés halogénés des métaux alcalino- terreux de l’oxyde de fer et du fluorure de silicium. Il avait trouvé que les têtes de bandes d’une même série présentaient des décompo-
sitions magnétiques identiques.
D’après cela, ’il était naturel de penser qu’il se trouverait, dans l’émission comme dans l’absorption, des bandes résolubles sensibles (1) J. BECQUEREL, t. III, p. 215: t90b ; IN’, p. 49, 107 ; t907 ; V, p. 403 : 1908.
(‘’j A. DcroLrt, ~’. p. ?91-306; 1908.
899 à l’effet Zeeman, d’autant que celles qui s’étaient montrées insen- sibles à l’action du champ magnétique étaient en somme encore peu nombreuses et toutes du même type particulier des bandes à arêtes.
Au reste, il était possible qu’avec une dispersion suffisante on arri- vât à résoudre en raies fines les bandes tenues j usqu‘ici pour non
résolubles.
C’est ce que l’expérience a vérifié. En photographiant les bandes du fluorure de calcium dans le deuxième ordre d’un grand réseau de
Rowland associé à un objectif de 10 mètres de distance focale, j’ai
constaté que ces bandes se résolvent effectivement en séries de raies qui vont en s’écartant progressivement à mesure qu’on s’éloigne
,de la tête. Et tout récemment 1B1. Davyon a retrouvé le même fait pour les autres bandes du même type.
D’autre part, j’ai pu photographier cinq des bandes du premier
groupe de l’azote dans le troisième ordre d’un réseau de 3 mètres de rayon et avec un champ magnétique de 1000 gauss. Ces bandes qui
sont résolubles et que Konen range dans la catégorie des bandes à
fausses arêtes, donnent un effet Zeeman. Jusqu’à présent il m’a été
possible seulement de mesurer les décompositions magnétiques des premières têtes ou arêtes de chacune de ces bandes. Elles donnent toutes des triplets dans lesquels la composante déplacée vers le vio-
let est beaucoup plus intense que la composante déplacée vers le
rouge. Pour chacune des têtes mesurées, l’écart des composantes latérales est le double de l’écart normal. Tout récemment, Des- landres et d’Azambuja ont annoncé que le troisième groupe positif de l’azote, qui est du type des bandes résolubles à arêtes, offre les dé- doublements de l’effet Zeeman à peu près dans les mêmes conditions
que les bandes du fluorure de calcium ; ces dédoublements seraient mesurables-non plus seulement sur la tête, mais encore dans le corps même de chaque bande (~ ) .
Il y a plus : M. Fortrat (2) a montré que les bandes, qui avaient
d’abord paru insensibles au champ magnétique et qui de fait ne présen-
tent pas le phénomène Zeeman proprement dit, subissent des modifi- cations d’un ordre différent lorsqu’on les soumet à un champ magné- tique intense. Leurs raies sont déplacées, et ces déplacements se font
tous dans le méme sens pour les raies d’tine même série. Ce fait a
(I) DESLANDRES et D’AzAMBUJA, C. R., 15 î. s1~-g20 ; 1913.
(2) FORTRAT, C. R., 156, 1459-1461; 1913.
même permis de reconnaître des séries nouvelles dans la bande de la vapeur d’eau (~).
On voit donc que, loin d’être stérile, l’étude systématique des changements magnétiques promet une belle moisson de découvertes
sur la structure des spectres de bandes.
(A suivre. )
DÉTERMINATION DE L’HUMIDITÉ RELATIVE DE L’AIR PAR LE RÉFRACTOMÈTRE;
Par M. FRANCE GIRAUD.
La glycérine exposée à l’air ayant la propriété d’absorber une cer-
taine quantité d’eau variant avec l’état hygrométrique de l’air, j’ai pensé qu’on pourrait utiliser cette réaction pour déterminer l’humi- dité relative, le réfractomètre permettant de suivre rapidement les
variations de l’indice de réfraction de la solution.
’
