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Influence de la constitution physique ou chimique des cellules de resistance sur l’intensité du rayonnement
qu’elles émettent
G. Reboul, G. Déchène, R. Jacquesson
To cite this version:
G. Reboul, G. Déchène, R. Jacquesson. Influence de la constitution physique ou chimique des cellules
de resistance sur l’intensité du rayonnement qu’elles émettent. J. Phys. Radium, 1927, 8 (4), pp.199-
214. �10.1051/jphysrad:0192700804019900�. �jpa-00205290�
INFLUENCE DE LA CONSTITUTION PHYSIQUE OU CHIMIQUE DES CELLULES
DE RESISTANCE SUR L’INTENSITÉ DU RAYONNEMENT QU’ELLES ÉMETTENT
par MM. G. REBOUL, G. DÉCHÈNE et R. JACQUESSON.
Sommaire. 2014 On s’est proposé de rechercher quelle est l’action exercée par la constitution des cellules de résistance sur l’intensité de leur rayonnement.
I. Dans la première partie de l’article est étudiée l’influence des conditions physi-
ques : Etude des variations de l’émission en fonction du temps, fatigue des cellules;
influence de la tension aux bornes des cellules et de la préhistoire des substances utili- sées ; influence du grain des poudres salines employées et de leur compression; action
de l’humidité des sels ou du milieu environnant.
Les conclusions qui se dégagent des résultats sont les suivantes : le phénomène de l’émission du rayonnement étant lié à l’établissement de discontinuités de potentiel dans le voisinage des électrodes de la cellule et à un effet de cohésion dans la masse de la pastille qui la forme, toutes les causes physiques susceptibles d’agir sur cette cohération et sur la polarisation aux électrodes modifient l’intensité du rayonnement.
II. Dans la deuxième partie est étudiée l’influence de la constitution chimique des cellules, les sels employés étant ceux des métaux alcalins et alcalino-terreux.
Des résultats obtenus ne se dégage aucune relation bien nette entre la constitution chimique de la cellule et l’émission mesurée; d’ailleurs, l’influence considérable exercée par la constitution physique des cellules faisait prévoir ce résultat.
III. Enfin, dans la troisième partie sont établies les formules théoriques qui donnent,
en fonction du temps, les variations de l’intensité du courant dans les cellules, celles des chutes du potentiel aux électrodes et enfin les variations de l’intensité du rayonnement;
ces formules sont vérifiées par l’expérience de manière très satisfaisante.
1. Introduction.
-Le but de cette étude est de rechercher l’influence de la constitu-
tion physique ou chimique des cellules sur l’intensité du rayonnement qu’elles émettent ;
le travail est limité aux sels des métaux alcalins et alcalino-terreux, il a fait l’objet de
deux diplômes d’Etude8 supérieures présentés à la Faculté des sciences de Poitiers,
yl’un
par M. Déchène sur les alcalins, l’autre par M. Jacquesson sur les alcalino-terreux.
,Pour la facilité de l’exposition, nous rappellerons d’abord le principe des expériences
et le mécanisme de l’émission du rayonnement; nos renverrons le lecteur à ce qui a été
antérieurement publié (1) sur la manière de con-
duire les expériences et sur le détail des appareil
utilisés pour les exécuter.
Les sels utilisés, préalablement pulvérisés,
sont transformés à la presse en pastilles de i3 mm
de diamètre et de 6 à 7 mm de longueur. Ces pastilles P sont placées entre deux électrodes
métalliques A et B; au moyen d’une batterie de petits accumulateurs, on établit entre celles-ci des différences de potentiel de quelques centaines
’
de volts;- le passage du courant (dans la pastille
est, en général, accompagné de l’émission d’un rayonnement, dont on mesure l’intensité en déterminant l’état d’ionisation du gaz dans le voisinage X de l’une ou l’autre des élec-
trodes, constituée à cet effet par une simple grille métallique (fig. 1).
Les expériences ont consisté à déterminer comment varie l’ionisation du milieu gazeux environnant quand on change la constitution physique ou la nature chimique de la pastille P utilisée.
(1) G. REBOUL, Journal de Physique, série VI, t. 3 ~1922), p. 342.
’
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:0192700804019900
On a montré antérieurement (1) que le rayonnement émis par les cellules comprend
des radiations électromagnétiques jformant une partie continue du spectre, de longueurs
d’onde échelonnées entre quarante et deux ou trois cents Angstrôms ; en outre, quand l’électrode-grille B est reliée au pôle positif de la batterie d’accumulateurs, il y a projection
en X de centres chargés négativement ; ce sont, au contraire, des centres positifs qui sont projetés quand B est reliée au pôle négatif.
Le mécanisme de l’émission du rayonnement ne se différencie pas de celui de l’émission des rayons cathodiques ou de la production des rayons X : quand le courant traverse la
pastille,] il se forme, dans le voisinage des électrodes, des discontinuités ~de potentiel
notables (2), dont la présence suffit pour expliquerl la production du rayonnement; ce
dernier serait, en effet, dû aux variations de vitesse que subissent les électrons dans les couches de sel où se trouvent établies les discontinuités de potentiel.
L’énergie rayonnée doit donc dépendre d’une part des discontinuités de potentiel’établies
aux électrodes, d’autre part de l’intensité du courant qui traverse les pastilles, il s’ensuit
que toutes les causes susceptibles de modifier l’une ou l’autre de ces grandeurs, auront
pour effet de changer l’intensité du rayonnement des cellules ; nous examinerons successi- vement celles qui sont d’origine physique et celles qui tiennent à la nature chimique des
sels employés.
1
2. Influence de la durée de fonctionnement des cellules ; fatigue à rémission - On a déjà indiqué que l’émission du rayonnement est fonction du temps pendant lequel
la cellule a rayonné ; cette fonction pouvant présenter des formes en apparence notable- ment différentes :
a) Il se peut que l’intensité du rayonnement parte, dès qu’on applique la tension aux
bornes de la cellule, d’une valeur très faible ou même nulle, puis augmente peu à peu avec la durée de passage du courant et tende
vers une valeur constante. (Courbe 1, fig. 2.)
b) Ou bien, et il semble que c’est ce qui
se produit dans le plus grand nombre de
cas, l’intensité du rayonnement a, dès le début, une valeur notable, puis *décroît progressivement avec le temps suivant
une forme exponentielle, pour tendre
vers zéro ou vers une valeur constante.
(Courbe 2, fig. 2).
c) Enfin, il peut se faire que l’intensité du rayonnement, partant de zéro ou d’une
valeur relativement faible, augmente plus
ou moins vite, passe par un maximum et tende ensuite vers zéro ou vers une valeur constante. (Courbe 3, fig. 2.)
Il est à remarquer que les courbes 1 et 2 sont des cas particuliers de la courbe 3 ; la première correspond à la partie ascendante de la courbe 3, et la seconde, à sa partie
descendante. Les courbes représentatives se ramènent ainsi à un type unique, nous verrons plus loin comment, théoriquement, on"retrouve aussi ce même type.
A l’appui de ce qui précède, nous pourrions indiquer un très grand nombre d’exemples, la fatigue à l’émission des sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux se présen-
tant toujours sous l’une ou l’autre des trois formes précédentes ; nous n’en citerons [que
(1) G. REBOUL, Joui-nai de Physique, série VI, t. 7 (1926), p. 275.
(2) E. BoDtN, Contribution à l’étude de l’émission de radiations de pcourte longueur d’onde par les corps faiblement conducteurs. Thèse, Paris (1926J.
’
trois, le tableau récapitulatif, donné plus loin, indique à quel type de courbe se rattache la
fatigue de chacun des sels.
a) Prenons, par exemple, le carbonate de sodium ; ce sél s’effleurit, mais peut facile-
ment être réduit en poudre et transformé en pastille; l’émission est beaucoup plus forte (200 fois environ) quand le pôle positif des accumulateurs est relié à l’électrode-grille B de
la cellule que .lorsque c’est le pôle négatif, mais dans les deux cas sa variation en fonction du temps affecte une forme semblable. Pour une tension de 1170’volts, si le pôle positif est
à l’électrode-grille, au début, l’émission est nulle ; elle croît d’abord lentement, puis beau-
coup plus vite,; pour tendre ensuite vers une limite qui est atteinte au bout de la vingtième
minute et à laquelle elle se maintient pendant longtemps (Courbe 1, fig. 3.)
b) Avec le bromure d’ammonium, une tension de (;16 volts donne, au pôle positif, une
Fig. 3.
émission d’abord notable, puis diminuant progressivement pour tendre vers une valeur constante suivant une courbe se rattachant au type 2. (Courbe 2, fig. 3.)
c) Enfin on obtient une courbe du 3’ type avec le sulfate de ceesium ; si la tension est de 1 ~170 volts, l’électrode-grille étant positive, les variations de l’émission en fonction du
temps sont représentées par la courbe 3 de la figure 3.
"
~~
d) Un même corps ne présente pas toujours, pour sa fatigue à l’émission, la même
forme de courbe caractéristique; cette forme varie suivant les conditions de l’expérience.
C’est ainsi que les oxalates de sodium et de potassium donnent une courbe de fatigue du type 2 mais peuvent, après une série d’inversions du courant, donner des courbes du type 1
et du type 3.
3. Influence de la tension aux bornes de la cellule.
-La tension aux bornes, en agissant sur l’intensité du courant qui traverse la pastille et, par suite, sur les chutes de
potentiel aux électrodes, exerce une influence considérable sur l’émission du rayonnement;
cette dernière augmente, en général, très rapidement avec la tension. M. Bodin a donné
plusieurs exemples de cette augmentation (i), nous y ajouterons celui d’une série de
pastilles de carbonate de cuivre, aussi identiques que possible, et dont l’émission a été étudiée pour des tensions à la cellule différentes, les autres conditions n’étant pas changées ;
on obtient ainsi les courbes de fatigue représentées sur la figure 4.
L’augmentation de l’intensité du rayonnement avec la tension est souvent plus rapide
pour les sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux que pour le corps précédent; elle se produit alors suivant une forme exponentielle, aussi devient-il nécessaire, pour les tensiôns
(1) BoDïN, Thèse, p. 31.
élevées, de réduire la sensibilité de l’électromètre par l’adjonction de capacités ; une pastille
de phosphate de lithium donne une émission 500 fois plus intense avec 360 volts qu’avec 270.
Il arrive parfois, assez rarement d’ailleurs, que l’intensité du rayonnement Ldiminue quand la tension aux bornes augmente; cela se produit notamment avec le bichromate de
potassium. Cette anomalie tient peut-être à ce que, ainsi que nous l’indiquerons plus loin, il existe pour l’intensité du courant qui traverse la pastille une valeur optimumlau delà de laquelle l’émission se produit moins facilement; il est donc possible que, pour certains corps, cette intensité optimum soit très rapidement atteinte et que, par suite, l’intensité du
rayonnement diminue quand la tension aux bornes augmente.
,
Fig. 4. Fig. 5.
4. Influence du sens du courant à travers la cellule.
-Quand l’électrode-grille B
est reliée au pôle positif des accumulateurs de tension (fig. 1), on constate qu’il y a dans son
voisinage, en même temps qu’un rayonnement électromagnétique, projection de charges négatives; il y a, au contraire, charges positives projetées en X quand c’est le pôle négatif
des accumulateurs qui est relié à B; les charges projetées dépendent donc essentiellement du sens du courant à travers la pastille et leur projection est due à l’existence de discon- tinuités de potentiel dans le voisinage des électrodes. L’intensité du rayonnement électro- magnétique dépend, elle aussi, du sens du courant qui traverse la pastille : en général,
l’émission est plus forte quand le pôle positif de la batterie d’accumulateurs est à l’électrode-
grille, par conséquent lorsque ce sont des charges négatives qui sont projetéea dans le milieu environnant ou, si l’on préfère, quand le sens AB est celui du déplacement des électrons à travers la cellule. C’est, par exemple, le cas du carbonate de sodium, qui donne les
émissions indiquées par la figure 5 quand on met alternativement et successivement
l’électrode-grille d’abord au pôle positif des accumulateurs (courbe 1), puis au pôle négatif (courbe 2), en revenant ensuite au pôle positif (courbe 3) et ainsi de suite. L’unité corres-
pondante aux ordonnées est 100 fois plus grande pour les courbes 2, 4 que pour ~., 3, ~.
Quelquefois cependant, l’émission est plus grande quand le pôle négatif des accumu-
lateurs est relié à B; c’est ce qui se produit, par exemple, avec le sulfate de baryum
On trouvera plus loin, dans] le tableau récapitulatif, les valeurs de l’émission des diffé-
renta sels correspondantes aux deux sens du courant dans la pastille.
5. Influence de la préhistoire des pastille.
-a) d’un courant antérieur.
-Si l’on se reporte à ce que nous avons dit pour le carbonate de soude (fig. 5), on voit que le passage préalable du courant dans une pastille en modifie l’émission ultérieure; cela n’a
rien de surprenant si nous admettons que l’émission des cellules est liée à l’existence d’une chute de potentiel aux électrodes (1) ; cette dernière résulterait du passage du courant dans la pastille par un mécanisme analogue à celui des phénomènes de polarisation.
L’èxpérience montre que le passage préalable du courant dans la pastille facilite l’émission, comme s’il y avait persistance de la polarisation produite ou comme si celle-ci
se reproduisait plus facilement.
Prenons, par exemple, une série de pastilles de carbonate de cuivre n’ayant pas encore été utilisées, si nous leur appliquons des tensions aux bornes croissantes, nous constatons
que l’émission commence quand la tension est voisine de 630 volts; mais si, à l’une d’elles,
nous appliquons une tension de 1 100 volts et que nous diminuions ensuite progressivement
cette tension, nous constaterons que l’émission persiste même quand la tension est inférieure à 630 volts; celle-ci peut être abaissée à 270 volts sans que le rayonnement cesse de se
manifester.
De même avec le phosphate de lithium, on peut obtenir, par application d’une ten~ion
plus élevée, une émission pour 270 vblts au lieu des 600 volts qu’exigerait une pastille neuve.
Avec l’alun de sodium, il y a émission pour 330 volts au lieu de 1 100, etc.
On obtient quelque chose d’analogue si, ayant utilisé une première fois une pastille,
on la remet en expérience après l’avoir laissée au repos pendant un certain temps; à la
deuxième expérience, l’émission est parfois plus grande et atteint toujours son régime plus
Fig. 6.
rapidement. Ainsi, les courbes de la figure 6 représentent les émissions en fonction du
,
temps obtenues avec une pastille neuve d’oxalate de potassium (courbe 1), avec la même pastille laissée au repos pendant deux heures après l’expérience précédente (courbe 2).
Il résulte de ce qui précède que le passage préalàble d’un courant de sens déterminé
dans une pastille en facilite l’émission, comme s’il y avait persistance des modifications que le passage de ce courant a produites soit dans la masse, soit,aux extrémités de la cellule.
b) Effet d’un renversement du courant.
-Il n’en est plus de même si l’on renverse le
sens du courant dans la pastille, car les chutes du potentiel produites aux électrodes par le
(1) BODIN, 7héàe, Chapitre
iv. ’courant direct font.obstacle à l’émission du rayonnement ’quand le courant est renversé;
aussi, dès qu’on inverse le sens du courant, l’émission s’annule puis se met à augmenter progressivement; la courbe qui représente ses variations en fonction [du temps a même
allure que celle que l’on obtient avec une pastille neuve, mais, en général, le régime est plus rapidement atteint.
Quant aux variations de l’émission moyenne ou de l’émission limite, produites par un renversement du courant dans la cellule, elles sont assez complexes ; pour certains corps, l’émission est plus grande quand la cellule a déjà été rtraversée par un courant de sens
contraire; pour d’autres, elle est plus petite; l’extrême complication apparente de ces divers
cas tient en partie à la dissymétrie entre électrodes qui a été signalée à propos de l’influence du sens du courant à travers la cellule. On peut cependant dire que, d’une manière générale,
l’effet de renversements du courant qui traverse les pastilles est de diminuer au début l’intensité du rayonnement, mais d’augmenter la vitesse avec laquelle les- états limites sont
atteints.
c) Nous montrerons plus loin que le passage du courant dans une cellule émettrice se
traduit par la créationlde discontinuités de potentiel liées à des altérations du sel dans le
voisinage des électrodes et par une modification dans la masse analogue à une cohération;
or les premières g’opposent au passage du courant tandis que la cohération la facilite.
L’existence de ces deux effets permet d’expliquer les particularités qui précèdent, et on conçoit que la superposition de leurs actions de sens’contraire se traduise par une grande
variété dans les résultats obtenus.
6. Influence de la finesse du grain des poudres salines. - Si l’on fait des pastilles
d’un même sel en utilisant les poudres de grain différent obtenues avec des tamis de mailles
diverses, quand on compare les émissions données par des cellules contenant ces pastilles,
on trouve que celle-ci est d’autant plus intense que le grain de la poudre employée est
lui-même plus fin.
Il faut cependant noter qu’il n’a~ pas été possible, pour des tensions aux bornes allant jusqu’à 2000 volts, d’ob-
tenir d’émission quandj un cristal taillé remplaçait la pastille dans la cellule; l’hétérogénéité qui est liée à
l’état granulaire des [poudres salines employées paraît indispensable à l’émission du rayonnement.1
7. Influence de la compression. - La compression
de la pastille, en agissant sur son hétérogénéité, modifie
l’intensité du rayonnement émis; l’expérience montre
que, pour une même poudre saline, l’émission est d’au- taut plus grande que la compression a été elle-même plus
forte. On peut s’en rendre compte en comparant les émis-
sions de deux pastilles d’un même sel, de section et de
longueur identiques mais de poids différents, la pastille
la plus comprimée ayant la densité la plus grande.
On peut expliquer, par cet effet de la compression, la dissymétrie qui existe presque toujours dans l’émission des deux faces d’une pastille. Quand on fait une pastille à
la presse, par suite de la transmission défectueuse des
pressions par la poudre et à cause des frottements sur les
parois du moule, la compression se trouve être différente
aux divers points de la pastille ; l’extrémité de celle-ci
qui est en contact direct avec le piston compresseur, est
plus comprimée que l’extrémité opposée ; il s’ensuit, puisque l’état de compression des deux faces n’est pas le même, que l’émission sera diffé- rente aux deux extrémités (les autres conditions étant, bien entendu, les mêmes). C’est bien
ce que montrent les courbes de la figure 7, obtenues avec deux pastilles de carbonate de
cuivre. Les ’courbes 1 et l’ correspondent aux émissions d-es faces les plus comprimées, et
les courbes 2 et 2’, aux émissions de celles qui le sont le moins. Il faut cependant remarquer
qu’avec l’oxalate de potassium l’effet tend à se renverser au bout d’un certain temps de
fonctionnement et la face la plus comprimée devient alors celle qui émet le moins.
8. Influence de l’humidité.
----On conçoit que l’humidité, par l’influence qu’elle
exerce sur la conductibilité des poudres salines, joue dans l’émission du rayonnement un
rôle considérable.
L’expérience montre tout d’abord que les corps qui donnent lieu aux émissions les plus régulières sont ceux qui n’ont pas d’eau mécaniquement interposée; les sels suivants ont une
régularité des plus satisfaisantes : sulfates de lithium, d’ammonium, de strontium, nitrates
de lithium et de caesium, alun de potassium ou carbonates de sodium et de stron-
tium, bichromate de potassium... etc.
Remarquons que l’eau de cristallisation intervient peu dans cette régularité, puisque
Fig. :8.
quelques-uns des sels précédents possèdent un certain nombre de molécules d’eau de cristal-
lisation, tandis que d’autres corps qui n’en contiennent pas, comme le chlorure de sodium
ou le chromate de potassium, donnent des résultats assez irréguliers. C’est plutôt l’eau
absorbée ou mécaniquement interposée qui intervient, et des corps, comme le chlorure de
sodium, qui, dans les conditions ordinaires. donnent des résultats irréguliers, produisent des
émissions bien régulières quand on les a desséchés en les chauffant légèrement. Les courbes de la figure 8 représentent les variations de l’émission en fonction du temps pour des cellules contenant de l’alun de sodium ; la courbe i correspond à l’émission donnée par une pastille
de sel dans les conditions ordinaires ; la courbe 2, à celle que donne une pastille après avoir
été desséchée en la chauffant légèrement; on remarquera que si, dans ce dernier cas, les résultats sont plus réguliers, ils sont aussi moins intenses, puisqu’il a fallu pour les obtenir
une tension à la cellule de 1170 volts, tandis que, dans le premier cas, 450 volts étaient suf-
fisants ; de même, une cellule contenant du chlorure de sodium donne une émission pour
une tension aux bornes de 500 volts, mais n’émet plus que sous 1500 volts quand le sel a été
chauffé.
On peut considérer ces résultats comme généraux : quand une pastille a été chauffée,
son émission est plus régulière mais elle est moins intense; cela est probablement dû à la
diminution de conductibilité qui résulte de la dessiccation du sel.
Puisque l’absorption de l’eau, en changeant la conductibilité des pastilles, modifie
l’émission du rayonnement, il n’est pas surprenant que cette dernière, avec des poudres particulièrement hygroscopiques, dépende beaucoup de l’humidité du milieu environnant;
cette dépendance peut être remarquablement mise en évidence avec des pastilles de fluorure
de baryum. Ce corps est peu soluble et non déliquescent; bien séché, il est très médiocre- ment conducteur et, même sous des tensions élevées, émet relativement peu ; si on le met en
expérience avec une tension aux bornes de la cellule d’environ 1500 volts, son émission est bien régulière mais dépend essentiellement de l’état hygrométrique du milieu environnant : l’émission est, en général, plus grande le matin que l’après-midi, elle est d’autant plus faible
que la température ambiante est plus élevée; bref, elle suit les variations de l’état hygromé- trique du milieu environnant; si l’on compare la marche de l’hygromètre placé dans la salle
de laboratoire (courbes 1. Fig. 9) avec les variations de l’émission (courbes 2. Fig. 9), on
Fig. 9 -
remarque, entre les deux, un parallélisme frappant, que l’on peut voir sur ces courbes qui correspondent aux expériences de plusieurs jours consécutifs.
L’humidité joue donc un rôle considérable, et on le conçoit aisément puisque des traces
d’eau suffisent pour changer la conductibilité des pastilles ; mais il faut remarquer qu’il ne
suffit pas d’augmenter cette dernière pour accroître l’émission des cellules, car il est néces-
saire que la conductibilité soit suffisamment faible pour qu’il puisse s’établir, dans le voisi- nage des électrodes, les chutes de potentiel nécessaires à la production du rayonnement. Si,
par exemple, on humecte une des pastilles précédentes, avec une goutte d’eau ou bien en la plaçant dans une atmosphère d’eau bouillante, sa conductibilité augmente considérablement mais son rayonnement devient nul.
On conclut de là qu’il existe, pour chacune des pastilles mises en expérience, des con-
ditions de conductibilité optimum qu’il est avantageux de conserver : si la conductibilité est
trop faible, il pourra se produire lentement, dans le voisinage des électrodes, des disconti- nuités de potentiel, comme celles qui résulteraient de la polarisation ou de la pénétration des charges dans un diélectrique, mais l’intensité du courant à travers la cellule sera très faible, peu de charges franchiront ces discontinuités de potentiel et le rayonnement sera de faible intensité; si, au contraire, la pastille est bonne conductrice, l’intensité du courant qui la
traverse est grande, mais les chutes de potentiel aux électrodes quasi nulles, et, par suite,
le rayonnement ne se manifeste pas.
9. Modifications apportées dans la constitution des cellules par le passage du
’courant. - Puisqu’une cellule qui a été traversée par un courant ne se comporte plus,
pour les émissions ultérieures, comme une cellule neuve, c’est que la pastille qui la forme a éprouvé des modifications ; ces modifications sont-elles localisés aux extrémités de la pas-.
tille et liées aux discontinuités de potentiel que l’on y trouve ou bien sont-elles produites
dans la masse du sel?
Si les modifications n’existent que dans le voisinage des électrodes, quand on use par frottement les extrémités d’une pastille déjà utilisée, on doit retrouver, en la remettant en
expérience, des résultats identiques à ceux que donne une pastille neuve. Les courbes 1 et 2 de la figure 10 montrent les particularités présentées par l’émission d’une pastille neuve
d’oxalate de sodium (courbe 1), et de la même pastille dont on a usé légèrement les faces (courbe 2) après 1"expérience,’correspondante à la courbe i
On voit que les résultats obtenus avec une cellule neuve et une cellule dépolarisée par
usure de ses faces sont analogues, mais présentent entre eux des différences suffisantes pour
Fig. 10.
que l’on puisse affirmer que le passage du courant a produit aussi une modification de la
masse de la pastille saline.
Pour examiner la question plus complètement, plaçons un galvanomètre dans le circuit de la cellule, on peut ainsi mesurer l’intensité du courant qui la traverse ; avec une pastille
neuve, cette intensité part au début d’une certaine valeur io et diminue rapidement avec le temps jusqu’à une valeur limite il; si on enlève la pastille et qu’on la remette en circuit
quelques instants après, sans en avoir usé les faces, on constate que la modification qui s’opposait au passage du courant subsiste encore en partie, car l’intensité du courant qui
traverse la pastille a une valeur supérieure à i, mais inférieure à io ; si on recommence l’opé- ration, mais en ayant soin d’user les faces de la pastille avant de la remettre en circuit,
l’intensité du courant que l’on observe est supérieure à io ; l’usure des faces a fàit disparaître
les modifications aux extrémités et les discontinuités de potentiel correspondantes, on s’explique ainsi qu’il y ait eu accroissement de l’intensité à travers la cellule, puisque les
chutesde potentiel antagonistes ont disparu. Mais comme l’intensité, dans ce dernier cas, est
supérieure à l’intensité io qui traversait initialement la pastille neuve, nous sommes obligés
d’admettre qu’il y a eu aussi, dans la masse de la pastille, des modifications qui ont augmenté la conductibilité, comme s’il y avait eu phénomène de cohération.
En somme, le passage du courant dans une pastille saline se traduit par un double effet : 1. une modification aux extrémités qui est liée à la création, dans le voisinage dex électrodes,
de chutes de potentiel s’opposant au passage du courant; 2. une modification dans la masse,
analogue à une cohération, qui facilite, au contraire, le passage du courant.
TABLEAU 1.
-Sels des métaux alcalins.
On peut d’ailleurs se faire une idée, grossière il est vrai, de l’importance relative des deux modifications qui précèdent: prenons une pastille d’oxalate de calcium, établissons aux
bornes une tension de 870 volts; le courant qui la traverse diminue progressivement avec
le temps jusqu’à~ une valeur limite io
=1 , 5 , 10-6 ampère.
Si on enlève la pastille et qu’on la remette en expérience après avoir usé seulement la face qui était reliée au pôle positif de la batterie d’accumulateurs, le courant présente une intensité i,
=11.10-6 ampère. Si on recommence l’expérience en usant les faces positive et négative, l’intensité du courant passe à i2
_Si l’on admet que l’usure des faces, en supprirnant les modifications qui y avaient été
produites, fait disparaître les chutes du poten tiel aux électrodes, la résistance de la masse
intérieure de la pastille est donc :
TABLEAU II.
-des
La cliute ce potentiel à la face négalive 1’l-, est telle que (Fou
Quant à la chute de tension à la face. positive Y,, on a :
d’oiE
La presque totalité de résistance apparente, serait, dans ce cas, localisée dans le voi-
sinage des électrodes et il y aurait cohération dans la masse de la poudre saline.
Cette production simultanée de phénomènes de polarisation et de cohération, dont les
effets sont d’ailleurs opposés, fait comprendre la complexité rencontrée dans l’étude du
rayonnement des pastilles de sel aggloméré; elle permet de se rendre compte de l’influence considérable exercée par les divers facteurs d’action physiques sur l’émission des cellules;
elle montre que la dénomination d’électrolyte solide s’appliquerait mal ici et laisse peu
d’espoir de trouver une relation uette entre la constitution physique ou chimique des
cellules et l’intensité de leur rayonnement.
II
10. Influence de la constitution chimique. - Pour étudier cette influence, il faut,
avec chacun des sels, faire une étude spéciale, dans laquelle sont examinées les actions des
divers facteurs physiques, ainsi que les variations de la conductibilité, la répartition des
potentiels,... etc. Cette étude a été faite en partie pour les sels des métaux alcalins et alcalino-
terreux ; nous ne pouvons reproduire ici tous leç, résultats obtenus, les principaux d’entre
eux sont résumés dans deux tableaux; le tableau f comprend les valeurs obtenues avec les sels de métaux alcalins ; le tableau 11, celtes qu’ont données le~ sels alcalino-terreux. Cha-
cun des tableaux comprend deux parties, la partie gauche correspond 8H cas où la.face, dont
on étudie l’émission, est reliée au pôle positif de la batterie d’accumulateurs : la partie droite,
au cas où elle est rattachée au pôle négatif -, dans la colonne I est iii,crite la tension
aux bornes de la cellule, dans la deuxième se trouve l’éiiiission maximum qui a été observée; enfin, dans la colonne Il[ est indiqué le type auquel se rattache la courbe de fatigue trouvée: la tension e,,t exprimée en volts; L’intensité du rayonnement, en
unités arbitraires caractérisées par l’iiitensité du courant d’ionisation à travers le dans le I)i-emier tableau, utie unité corre,,poii(l à la libération par seconde d’une de coulomb, et dans le deuxième, de 3. io-~.> coulomb (il faut donc diviser par 3 les résultats du dernier tathleau ~i on vent les comparer a ceux du prenliert: quant aux types 1, 2 ou 3 des courbes de fatigue; ce sont ceux (lui ont été indiqués antérieurement (Iig. 2).
L’Influence considérable des diverses conditions physiques sur l’émission du rayonne-
ment fait comprendre coi-nbieii il est difficile de placer deux cellules de composition
différente dans des conditions (lémission comparables; aussi faut-il considérer les résultats
qui précèdent comme donnant seulement des ordres de grandeur et ne peut-on dégager de
relation entre la composition chimique des pastilles et l’émission de leur rayonnement.
Cependant, malgré la difficulté qu’il y a à comparer l’émission de deux cellules de consti- tution différente, les résultats obtenus avec unie même pastille sont suffisamment concordants et assez bien définis pour que l’on puisse vérifier d’une façon très satisfaisante les formules
prévues par la théorie.
’
111.
if. Variations avec le temps de 1intensité, du courant à travers la cellules.
-Nous avons dit que le phénomène de l’émission était lié à 1 apparition, dans le voisinage des électrodes, de discontinuités de potentiel, produites par le passage du courant à travers la
cellule ; sans préjuger pour le moment du mécanisine intime suivant lequel se produit cette polarisation, admettons que les chutes de potentiel aux électrodes soient telles que leur variation du soit proportionnelle au temps cIt correspondant et à l’intensité i du courant à travers la pastille.
D’autre part, en vertu de la loi d’Ohm :
’ étant la tension aux bornes de la cellule: v, les chutes de potentiel antagonistes dant le
voisinage des électrodes, la résistance.
On a donc
,et par suite
d’où
’Si, au temps zéro, l’intensité est io et si sa valeur limite est £:1: au temps t~ , on obtient
comme forrnirle liant le temps à l’intensité du courant à travers la pastille :
On doit vérifier que
i_ peut se déterminer en prenant la valeur du courant limite quand l’expérience le donne,
ou bien en construisant la courbe i = f (t) et en extrapolant ; log ( i - i:£) doit être une
fonction linéaire du temps, et le graphique correspondant, une droite.
La formule se vérifie en général très bien, sauf parfois pendant la première minute ;
il est vraisemblable que cette perturbation initiale se rattaohe aux effets de cohération qui
se produisent dans la masse de la pastille et dont nous avons signalé l’existence; pendant
que cette cohération se produit, la résistance )- de la pastille est mal définie et le raisonne...
ment qui précède n’est plus valable.
~La vérification a été faite pour un certain nombre de sels alcalins et alcalino-terreux;
elle est aussi très satisfaisante si l’on prend les résultats de mesure donnés par M. Bodin dans sa thèse (); voici, par exemple (tableau III), quelques-uns de ces résultats pris au hasard, ainsi que les graphiques logarithmiques correspondants (figure II).
Fig. L1.
TABLEAU III.
12. Variation avec le temps des chutes de potentiel aux électrodes. - En
remplaçant dans la formule d’Ohm
(1) BoDm, T hère, p. 42.
l’intensité i par la valeur que nous avons trouvée précédemment, nous obtenons :
La somme v des chutes de potentiel aux électrodes est liée au temps par une relation de la formé :
dans laquelle les constantes ont les valeurs :
On doit vérifier expérimentalement que :
0r fi = ~ - ri_ représente la limite vers laquelle tend la discontinuité de potentiel quand
t augmente indéfiniment, ee terme sera aonné directement par l’expérience ou bien par
extrapolation sur la courbe v
--_f (t) ; log (v
--~3) doit être une fonction linéaire du temps,
et le graphique correspondant, une droite.
Prenons, pour vérifier cette formule, les résultats de inesures faites par M. Bodin sur l’oxyde jaune de mercure (’). Pour une tension aux bornes de 900 volts, on obtient les valeurs portées dans le tableau IV.
TABLEAU I~‘.
f9
~
Fig, 1 2.
La figure 12 représente les graphiques logarithmiques correspondant à la chute de
potentiel v (courbe 1) et à l’intensité i (courbe 2) ; la vérification est bonne, sauf pendant la première minute.
( ) BoDiiç, Thèse, p. 59.
13. Variations avec le temps de l’intensité du rayonnement. - Si nous admet- tons que le rayonnement est produit par les charges électriques franchissant les discontinuités de potentiel aux électrodes, l’énergie rayonnée doit être proportionnelle au produit
Or, on a
par suite, le rayonnpment R a pour expression
qui est de la forme :
La courbe représentalive de cette équation ressemble à celles qu’a données l’expérience
pour les vari,-itions du rayonneinent en fonction du temps (fig. 2, courbe 3) ; elle présente un
maximum qui a lieu pour
c’est-à-dire pour une valeur lm exprimée en fonction de la tension E aux bornes de la cellule, de sa résistance î- et des intensités i,, et i_ qui traversent la pastille au temps zéro et
au bout d’un temps pratiquement infini. Lorsque ce temps lm sera très faible, l’expérience don-
nera seulement la deuxième partie de la courbe (fig. 2, courbe 2); quand, au contraire, t,,, a
une valeur appréciable, on obtient une courbe de fatigue du troisième type (fig. 2. courbe 3) ;
.Fig. 13.
enfin, pour une valseur de lm assez élevée, on obtient une courbe de fatigue du type i (ig. 2,
courbe i ).
Les courbes de la figure 13 montrent, dans le cas d’une pastille de sulfate d’ammonium,
la vérification de la formule obtenue plus haut. Cette fcrmule se simplifie dans ce cas parti-
culier car i,
=0, le terme A"3 = 0 et le rayonnement s’exprime en fonction du temps par
.
