HAL Id: jpa-00205377
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Etude du courant photoélectrique dans l’air à la pression
ordinaire
A. Blanc
To cite this version:
A. Blanc. Etude du courant photoélectrique dans l’air à la pression ordinaire. J. Phys. Radium, 1929,
10 (5), pp.187-197. �10.1051/jphysrad:01929001005018700�. �jpa-00205377�
ETUDE DU COURANT
PHOTOÉLECTRIQUE
DANSL’AIR
A LA PRESSION
ORDINAIRE
par M. A.
BLANC,
Faculté des Sciences de l’Université de Caen.
Sommaire. - La courbe qui représente le courant photoélectrique en fonction du champ, dans l’air à la pression ordinaire, ne montre aucune saturation; cette particula-rité n’a pas été expliquée
Or l’expérience montre que, pour un même métal, placé toujours dans des conditions identiques mais soumis à des éclairements différents, on obtient des courbes appartenant
à une même famille, dont les ordonnées sont proportionnelles aux éclairements, tandis que pour deux métaux différents, les courbes obtenues appartiennent à deux familles dif-férentes et peuvent se couper sans se confondre.
D’autre part, un changement dans la composition de la lumière incidente modifie la forme des courbes relatives à un même métal. Enfin, la forme des courbes change
pro-gressivement à mesure que la fatigue de la surface métallique augmente.
On est conduit à supposer que le nombre des ions produits en moyenne dans l’air par chaque électron émis augmente avec le champ, d’une façon qui dépend du métal Dans ces conditions, la saturation ne peut pas se produire ; d’ailleurs, la forme de la courbe du courant photo-électrique doit être en relation très étroite avec la répartition
des vitesses des électrons et elle change en même temps que celle-ci. Comme conséquence, la fatigue du métal modifie la répartition des vitesses des électrons, puisqu’elle change la forme de la courbe.
. 1. Courbe
représentant
le courantphotoélectrique
en fonction duchamp.
--.Une lame
métallique
plane,
servant decathode,
placée parallèlement
à unegrille
métal-lique
servantd’anode,
est éclairée à travers celle-ci par une source lumineuse riche enrayons
ultraviolets ;
le tout estplacé
dans l’air à lapression
ordinaire. On mesure lecou-Fig. 1. - Courbe de l’intensité en fonction du champ
pour l’argent.
rant
produit
par les ionsnégatifs
qui
se forment auvoisinage
de la cathode etqui
sedépla-cent vers l’anode.
On sait que, dans ces
conditions,
la courbequi
représente
le courantphoto-électrique
en fonction duchamp
est loin deprésenter
une véritable saturation. C’est ce que montre lacourbe de la
figure
1,
obtenue avec une lamed’argent,
située à 2 mm del’anode,
à traverslaquelle
on éclairait à l’aide d’un arc à mercure ; leschamps
sontexprimés
en volts parcentimètre et les intensités en
ampères,
maisaprès
avoir étémultipliées
par le facteur 101’. On trouve sur cettecourbe, après
la montéerapide
dudébut,
unerégion
moinsincli-née,
grossièrement rectiligne, qui
sembles’incurver, quand
on atteint deschamps
del’ordre de 3 000 v : cm, de
façon
à amorcer une nouvellepartie plus rapidement
ascendante.Il faut remarquer
qu’on
est encore très loin du moment où l’ionisation par chocspourrait
apparaitre :
celle-ci seproduit,
dans l’air à lapression ordinaire,
pour deschamps
de l’ordre de 30 000 v : cm.La nature de
l’anode,
qui
est unegrille
à mailles trèsfines,
n’est pour rien dans la forme de la courbe : rien n’estchangé quand
on laremplace
par une lame dequartz
semi-argentée, qui
est à la foistransparente
pour l’ultraviolet et conductrice.La
figure 2
montre combien ce résultat est différent de celuiqu’on obtient,
parexemple,
avec un gaz ionisé par le
rayonnement
du radium. La courbe" 1correspond
au courantphotoélectrique
fourni par une lame dezinc,
tandis que la courbe II a été obtenue enpla-Fig. 2. - I. Courbe du courant
photoélectrique du zinc. II. Courbe de saturation obtenue avec le radium.
çant
au-dessus de lagrille
servant d’anode unepetite ampoule
de verre contenant dubro-mure de radium : la saturation est alors très nette.
.
J.-J. Thomson
(1)
a donnél’expression
de l’intensité du courantphotoélectrique
dansle cas de deux
plateaux parallèles,
entrelesquels
existe unchamp électrique
h.On voit d’abord facilement que le nombre n des ions
négatifs présents
dans l’unité devolume,
entre les deuxplateaux,
restetoujours
trop
faible pour modifier larépartition
duchamp
d’unefaçon
qu’on puisse
déceler parl’expérience ;
lechamp
estpratiquement
uni-forme et l’onpeut
calculer sa valeur en divisant la différence depotentiel
entre lesplateaux
par leur distance.Il en résulte aussi que le nombre n des ions
négatifs
par unité de volume est constant entre lesplateaux.
Si kreprésente
leurmobilité,
et e leurcharge,
l’intensité par unité desurface des électrodes est :
i == nekh.
(i)
D’autre
part, soit no,
le nombre des électrons émis sous l’action de la lumière parseconde et par unité de surface de la
cathode ;
ces électrons se fixent sur les molécules dugaz et l’on suppose
qu’ils
donnent naissance à un nombreégal
d’ionsnégatifs.
Ceux-ciparti-cipent
àl’agitation thermique
du gazet,
parsuite,
un certain nombre d’entre euxrevien-nent sur le
plateau
négatif
et lui restituent leurcharge ; n
étant le nombre d’ionsnégatifs
par centimètre cube auvoisinage
de lacathode,
il y en a un nombre An par centimètre carréqui
diffusent verselle, A étant,
pour un gaz et unetempérature donnés,
unecons-tante,
dont la théoriecinétique
fournit d’ailleurs la valeur.Une fois le
régime
stationnaireétabli,
il faut que lacharge négative
totale émise par la (1) .J:.J. THomsox, Passage de l’électricite à travers les gaz, Lraduit par FRIC et FAURE, p. 267.cathode soit
égale a, la
somme de lacharge négative qui
lui est restituée par les ionsqui
diffusent vers elle et de l’intensité i du courant :Des
équations
(1)
et(2),
on déduit :Lorsque
lechamp
Il estfaible,
onpeut
écrire :et l’on retrouve la loi d’Ohm. Mais
quand
lechamp
est suffisammentintense, i
tend vers lavaleur limite :
’
ce
qui
entraîne l’existence d’un courant de saturation.°
A la
pression
ordinaire et auxpressions
voisines,
l’expérience
ne confirme pas cetteconclusion. D’ailleurs, les
expériences
de Stoletow(2)
et celles deVarley
(3)
ont montré quelorsque
lapression
diminue àpartir
de lapression
ordinaire,
la courbe est deplus
enplus
inclinée
et,
parsuite,
s’écarte deplus
enplus
de lasaturation ;
quand
lapression
devient suffisammentfaible,
la saturationreparaît,
mais l’intensitéqui
luicorrespond
diminue avecla
pression
en tendant vers unelimite,
atteintequand
lapression
s’annule..Tout cet ensemble de
faits,
relatifs à des valeurs duchamp
pourlesquelles
l’ionisation par chocs n’intervient pas, n’a pas étéexpliqué.
Il est intéressant de rechercher
quelles
sont les circonstancesqui
peuvent
modifier la forme de la courbe du courantphotoélectrique
etd’examiner,
enparticulier,
si elledépend
de la nat,ure du métal. Pour commencer, il faut étudier de
plus près,
pour des éclairements variés et desfréquences
différentes de la lumièreincidente,
les courbes relatives à un mêmemétal. ’
Il est
indispensable
de seplacer
dans des conditionstoujours
identiques,
sauf.en cequi
concerne l’éclairement et la nature du métalet,
plus
rarement,
la nature de la lumièreincidente.
2.
Dispositif expérimental. -
La source est un arc à mercure enquartz S,
envoyant
Fig. 3. -,Schéma du dispositif expérimental.
horizontalement un faisceau lumineux sur une lentille
convergente
enquartz L,
qui
donne uneimage
réelle
de l’arc. Dans leplan
où se fait cetteimage,
se trouve undiaphragme
D àouverture variable
(diaphragme iris) ; puis
la lumière de l’arc tombe sur unprisme
à réflexion totale P enquartz,
dont les arètes sont horizontales. Ceprisme
est fixé à l’axe horizontal d’ungoniomètre
de Wollaston et tourne avec lui, de sortequ’il
estpossible
derepérer
saposition
avec exactitude à l’aide du cercle divisé vertical dugoniomètre.
(2) STOLBTOW, J. Phys., II, t 9 (18qO), p. 468.-(3) VARLEï, Phil. Trans , A, t. 202 ( 1904), p. 439.
En faisant tourner
légèrement
leprisme,
onpeut
envoyer lalumière
réfléchiesoit,
ver-ticalement,
dans la chambre d’ionisation B,qui permet
de mesurer le courantphotoélec-trique,
soit,
un peuobliquement,
dans une cellulephotoélectrique
SBRpIC,
qui
permet
de contrôler àchaque
instant la constance de la source et de l’éclairementqu’elle
produit,
et aussi de comparer les éclairements entre eux. On note lespositions correspondantes
du zéro du vernier parrapport
au cercle divisé fixe dugoniomètre,
et il est ainsipossible,
pour faire les mesures, deplacer
leprisme
exactement dans les mêmespositions.
La chambre d’ionisation est une boîte en
laiton,
dont le couvercleporte
une ouverture circulaire0,
à traverslaquelle
la lumière de l’arc va éclairer la lamemétallique
enexpé-Fig. 4. -- Chambre d’ionisation.
rience. Cette lame c est
placée
sur uneplateforme
pen laiton,
reposant
sur le fond de la boîte par troispieds
en ambre et reliée à une despaires
dequadrants
del’électromètre ;
l’autrepaire
dequadrants
est reliée à la cage del’appareil.
La boîte B est elle-même reliée à la cage del’électromètre,
et l’anode a estportée,
par un nombre variabled’accumulateurs,
à unpotentiel
positif
parrapport
à celui de B et de c.Cette anode est constituée par un cadre
métallique
portant
une lame dequartz
semi-argentée
ou, leplus
souvent,
par un cadre sur la face inférieureduquel
a étésdudée
unetoile de laiton bien
plane, qu’on
a usée par frottement du côté enregard
deC,
de manièrequ’elle
neprésente
aucuneaspérité.
Le cadre lui-même estporté
par unetige qui
traversele couvercle de la boîte B et
qui
est fixée à unsupport permettant,
à l’aide des vis Y etV’,
desdéplacements
verticaux et horizontaux nécessaires pour leréglage.
L’anode a étant rendue bien
parallèle
à la lamemétallique placée
sur laplaque p,
onl’amène au contact de cette
lame,
enagissant
sur la visV,
et l’onrepère
au cathétomètrela
position
d’un trait horizontal tracé sur latige
T, qui
se meut verticalement en mêmetemps
que a. On connaîtensuite,
àchaque
instant,
à l’aide ducathétomètre,
ledéplacement
vertical de Tet,
parconséquent,
la distance de a à la lamemétallique
étudiée. Dans toutes lesexpériences
decomparaison
relatives au même métal ou à des métauxdifférents,
la dis-tance de l’anode à la cathode était invariable etégale
à 4 mm.On évaluait l’intensité du courant
photoélectrique
en mesurant letemps
mis parle-spot
de l’électromètre pour dévier d’un nombre déterminé dedivisions ;
unétalonnage
préalable
del’appareil
permettait d’exprimer
cette intensité enampères.
Le courant de la cellule
photo-électrique
était donné par ungalvanomètre
trèssen-sible,
alorsqu’une
différence depotentiel
d’environ iOO volts était établie entre les élec-trodes de la cellule. Le contrôle de l’arc à mercure effectué à l’aide de celle-ci a montré quel’éclairement était bien constant
quand
l’arc était allumédepuis
untemps suffisant,
del’ordre d’une
demi-heure,
etquand
il n’était paspoussé
d’unefaçon
excessive.On faisait varier l’éclairement de la lame en
expérience
enagissant
sur l’ouverturevariable du
diaphragme
Det,
pour des ouvertures différentes decelui-ci,
les déviations dugalvanomètre
du circuit de la cellule donnaient lesrapports
des éclairements.nature du métal et
l’éclairement;
l’arc fonctionnaitaussi,
engénéral,
dans des conditionsidentiques,
defaçon
à émettre une lumièreayant
la mêmecomposition.
Les métaux étudiés ont été :
l’aluminium,
lezinc,
l’étain,
lecuivre,
le mercure, leplomb,
lefer, l’argent, l’or,
leplatine.
Le mercure étaitplacé
dans unepetite
cuvette enverre et
communiquait
avec l’électromètre par un fil de ferplongeant
dans la cuvette. 3. Courbes relatives au même métal. - La lame de métal était mise enexpé-rience
plusieurs
heuresaprès
avoir été frottée avec dupapier
de verre très fin. Safatigue
s’accroît alors assez lentement pour
qu’on
n’ait pas à tenircompte
de sa variationpendant
le
temps
nécessaire pour tracer les diverses courbes dont onpeut
avoir besoin. Enparticu-lier,
si l’on fait des mesures d’intensités pour une série dechamps
croissants,
puis
pour laFig. 5. -
Proportionnalité des ordonnées de deux courbes d’un même métal.
même série de
champs pris
dans l’ordreinverse,
on trouve des valeursparfaitement
con-cordantes.
Quand
ontrace,
pour un mêmemétal,
les courbes de l’intensité en fonction duchamp
qui
correspondent
à des éclairementsdifférents,
l’arc à mercure fonctionnant dans des condi-tionstoujours identiques,
on obtient unefamille
de courbes dont les ordoneéessont,
pourun même
champ, proportionnelles
aux éclairements. Parsuite,
pour diverses valeurs duchamp,
les ordonnées de deuxquelconques
de ces courbes sontproportionnelles
entreelles;
on a
(fig. 5) :
On
trouve,
parexemple,
pour l’aluminium et pour le fer :La
figure
6où,
pour un mêmechamp (égal à
530 v :cm)
et des éclairementsdifférents,
on aporté
en abscisses les intensitésindiquées
par legalvanomètre
de la cellulephotoélectrique
et en ordonnées celles mesurées à
l’électromètre,
montre que l’intensité du courantphoto-électrique produit
à lapression
ordinaire dans la chambre d’ionisation estproportionnelle
à celle du courant
photoélectrique produit
à lapression
très réduite de la cellule. Lecou-rant de la chambre d’ionisation est
donc,
comme celui de la cellule etmalgré
la différonce despressions, proportionnel
à l’éclairement.Si l’on choisit arbitrairement deux
champs
h et/t",
pourlesquels
nous venons de voir que les ordonnées des deux courbes sontproportionnelles
entreelles,
onpeut
écrire encoreLe
rapport
des ordonnées d’une même courbequi correspondent
à deuxchamps
choisisune fois pour toutes est constant pour toutes les courbes de la
famille ;
sa valeur caractérisecette
famille,
mais elledépend
du choix deschamps
h et fi".Quand,
pour les mêmeschamps
h eth’’,
elle vient àvarier,
on est certainqu’une
modification s’estproduite
dans la forme des courbes de la famille.Fig. 6. -
Proportionnalité du courant photoélectrique à l’éclairement.
4. Influence de la
composition
de la lumière incidente. - Il estimpossible,
avecle
dispositif employé,
d’obtenir des courants d’intensités suffisantes en éclairant la lame avec une lumière vraimentmonochromatique,
obtenue en filtrant par un écran convenablela lumière de l’arc.
Mais si l’on
place
sur l’ouverture 0 de la chambre d’ionisation une lamelle de verretrès mince
(un
couvre-objet
demicroscope,
dontl’épaisseur
est de0,2
mmenviron),
onobtient avec certains métaux un courant encore
appréciable,
bien que très affaibli. C’est lecas de
l’aluminium,
du zincet,
d’unefaçon
générale,
des métaux pourlesquels
lafréquence
limite, fréquence
au-dessous delaquelle
l’effetphotoélectrique
ne seproduit
pas, n’est pastrop
grande;
dans ce cas, le début del’ultraviolet,
qui
n’est pas arrêtépar le
verre,peut
encore
produire
un courant notable. Pourl’argent,
l’or,
leplatine,
le courantphotoélec-trique
estpratiquement
annulé parl’interposition
de la lamelle de verre.Dans le cas de
l’aluminium,
parexemple,
le courantest,
en gros, à peuprès
dix fois moins intensequand
la lamelle de verre est mise enplace.
Mais toutes les ordonnées nesont pas réduites dans le même
rapport;
si l’onconsidère,
surchaque
courbe,
lerapport
des intensités
qui correspondent
auxchamps
h et h"respectivement égaux
à 180 et ~ ~ 6 ~ v : cm, on trouve :La
composition
de la lumièreincidente,
qui perd
unegrande partie
de son ultravioleten traversant la
lamelle,
a donc une influence sur la forme de la courbe.5. Courbes relatives à des métaux différents. - Les mesures sont
faites,
commeprécédemment,
sur des métaux suffisammentfatigués
pour que leurfatigue
soitpratique-ment invariable
pendant
letemps
nécessaire pour tracer les courbes. La distance des élec-trodes est la même pour les divers métaux et l’arc à mercure fonctionne dans des conditionsidentiques.
Si deux courbes relatives à deux métaux différents
appartenaient
à la mêmefamille,
leurs ordonnées seraient encoreproportionnelles
entre elles. Enparticulier,
si les deux courbes venaient à avoir unpoint
commun, elles devraient coïncidercomplètement.
Il n’en1° Le
rapport
des ordonnées des deux courbes varie avec lechamp :
2° Si l’on amène les deux courbes à avoir un
point
commun, enréglant
convenable-ment les éclairements des deux métaux à l’aide du
diaphragme,
elles ne coïncident pas.C’est ce que montre la
figure
7,
où sontreprésentées
deux courbes relatives à l’aluminiumII. Courbe de l’argent.
et à
l’argent.
Lerapport
desordonnées,
égal
à l’unité aupoint
d’intersection des deuxcour-bes,
varie depart
et d’autre de cette valeur : -.Ainsi,
deux courbes relatives à deux métaux différentsappartiennent
à deux familles différentes. Toutes choseségales
d’ailleurs,
la forme descourbes
qui représentent
lecou-rant
photoélectrique
en fonction duchamp
varie avec le métalqui
émet les électrons. Il en résulte aussi que lerapport
des ordonnéesqui,
sur une mêmecourbe,
correspon-dent à deuxchamps h
eth",
choisis arbitrairement maisinvariables,
n’est pas le même pour des métaux différents. Cerapport,
pour deuxchamps
donnés,
caractérise lemétal ;
nous
l’appellerons
sonrapport
caractéristique
et,
dans cequi
vasuivre,
nous choisironstoujours
pour le définir deschamps h
et h"respectivement égaux
à 215 et à 1680 v : cm; lapartie
de courbecomprise
entre ces deux abscisses estgrossièrement
rectiligne.
Il estcom-mode de considérer ce
rapport quand
on veut comparerrapidement
les courbes relatives à différents métaux.On trouve ainsi les
rapports
caractéristiques
suivants,
pour des métaux dont lafatigue
estgrande;
comme ils varient avec l’état defatigue,
comme on va levoir,
leurs valeurs nepeuvent
pas être données avec une trèsgrande
précision :
Il semble que le
rapport
considéré estplus grand
pour les métaux dont lafréquence
limite est
plus petite.
6. Influence de la
fatigue
sur la forme de la courbe. - Non seulement la formede la courbe
qui
représente
le courantphotoélectrique
en fonction duchamp
n’est pas la mème pour des métauxdifférents,
mais pour un même métal elle varie avec l’état de lasurface
et,
enparticulier,
avec safatigue.
Cette influence de la
fatigue
est surtoutappréciable
audébut,
pour une surfacefraî-chement
nettoyée ;
elle diminue vite et devient très difficile à mettre en évidence au bout dequelques
heures, quand
l’accroissement de lafatigue
avec letemps
est devenu assez lent.Ainsi,
une série de mesures faites sur une lame de zinc peu detemps
après
l’avoirfrottée avec du
papier
de verre, a montré une diminutionprogressive
durapport
caracté-ristique
avec letemps :
il passe de~,4
à2,0 pendant
que, pour un mêmechamp,
l’intensité mesurée diminue en moyenne dans lerapport
de 3 à 1.D’ailleurs,
quand
on mesure les intensités pour deschamps
croissants,
puis
pour les mêmeschamps
pris
dans l’ordreinverse,
les valeurs obtenues sont bien moins concordantes que pour un métalfatigué,
parce que lafatigue
se fait sentirpendant
le tracé d’une même courbe.On obtient des résultats
plus
précis
enopérant
de lafaçon
suivante : la lamemétallique
étant
passée
aupapier
de verre est mise enplace
dans la chambred’ionisation,
on mesurele
rapport caractéristique
detemps
entemps,
à des intervalles detemps
connus,pendant
que l’éclairement est maintenu bien constant. La mesure du
rapport
se fait en déterminant l’intensité du courant pour les deuxchamps
de 215 et 168~1 v : cm ; mais l’effet de lafatigue,
qui augmente
encorevite,
se fait sentirpendant
letemps
nécessaire à la mesure. Pourl’éli-miner,
on effectue une mesure pour lepremier champ, puis
on passe au second et l’on ter-mine par une troisième détermination faite de nouveau dans lepremier.
C’est la moyenne de lapremière
et de la troisième mesure, d’unepart,
et la deuxième mesure, d’autrepart,
qui
servent à calculer lerapport caractéristique.
Sa détermination nedemande,
malgré
tout,
qu’un
temps
relativementcourt,
de l’ordre de la minute.La
figure
8indique
comment varie lerapport
caractéristique
en fonction dutemps
dansFig. 8. - Effet
produit
par la fatigue.le cas d’une lame de
platine :
les abscissesreprésentent
lestemps comptés
àpartir
dumoment où la lame a été frottée avec du
papier
de verre ; lapremière
détermination a été faite dix minutesaprès
ce moment initial. Les diverspoints
de la courbecorrespondent
autableau suivant : -.
Pendant que le
rapport
caractéristique
diminuait de 6 pour 1 00 de sa valeurinitiale,
l’intensité du courantphotoélectrique
relative à un mêmechamp
diminuait en moyenneAinsi,
lerapport caractéristique
diminue d’jnefaçon
notable à mesure que lafatigue
augmente ; toutefois,
sa diminution devient bientôt lente et au bout de deux ou trois heures il adéjà
atteint à peuprès
la valeurqui
correspond
au métal trèsfatigué.
Il faut remarquer que la modification
éprouvée
par la courbe sous l’influence de lafatigue
se traduit par une variation durapport caractéristique
de même sens que celle quel’on constate
quand
on passe d’un métal à un autre dont lafréquence
limite estplus
grande.
Lafatigue paraît
doncaccompagnée
d’uneaugmentation progressive
de lafréquence
limite. 7.Interprétation
des faitsexpérimentaux. -
Il résulte de tout cequi
précède
que le
phénomène qui
intervient pourempêcher
laproduction
d’un courant de saturation intéresse la surfacequi produit
le courantphotoélectrique.
On
pourrait
supposer que le nombre ito des électrons émis par seconde et parcenti-mètre carré n’est pas
constant,
pour un métal et un éclairementdonnés,
maisqu’il
aug-mente avec le
champ
électrique.
Cettehypothèse
estinadmissible,
puisque
la saturation est obtenue très facilement dans le vide : no est donc constant.On est alors conduit à admettre
plutôt
quechaque
électron émis par la surfacepeut
donner naissance non pas à un ionnégatif,
mais à un nombre d’ionsqui dépend
duchamp.
J.~J. Thomson(*),
afind’expliquer pourquoi
le courantphotoélectrique
estplus
grand
dansun gaz à faible
pression
que dans le videcomplet,
avait été amenédéjà
à supposer que les électronspeuvent
ioniser par leur choc les molécules du gaz voisines dumétal- ;
cette ioni-sation du gazproduit
le même effetqu’une augmentation
du nombre no des électrons émis.Mais cette
hypothèse
a besoin d’êtreprécisée
etcomplétée
pourexpliquer
le rôle duchamp électrique.
Enréalité,
en l’absence duchamp,
les électronsqui
sortent du métalpossèdent,
engénéral,
uneénergie cinétique
trop
faible pourpouvoir
ioniser les molécules du gaz : sa valeur maximumcorrespond
à une chute depotentiel
dequelques
volts subie parl’électron,
alors que lepotentiel
d’ionisationest,
pourl’air,
de l’ordre de 10 volts. Mais s’il y a unchamp électrique, chaque
électronparcourt
une certaine distance avant deren-contrer une molécule gazeuse et son
énergie cinétique
augmente
d’unequantité
proportion-nelle à laprojection
sur la direction duchamp
du cheminqu’il
a parcouru ; ilpeut
alorsdevenir
capable
d’ioniser la moléculequ’il
rencontre. Cela seproduit
pour unchamp
d’au-tant
plus
faible quel’énergie
initiale de l’électron estplus grande.
Si l’on admetqu’il
possé-daitl’énergie cinétique
d’émission maximum etqu’il
était lancé dans la direction même duchamp,
ilsuffit,
pourqu’il acquière
uneénergie
suffisante pourproduire l’ionisation,
qu’il
effectue un parcours
qui
est de l’ordre du dixième demillimètre,
pour unchamp
de 200 ou B300 v : cm ; c’est un ordre de
grandeur
trèsacceptable.
D’ailleurs,
commel’énergie cinétique
initiale des. électrons varie de l’un àl’autre,
àmesure que le
champ
augmente
des électrons deplus
enplus
nombreux deviennent capa-bles d’ioniser legaz ;
certainspeuvent
mêmeacquérir
assezd’énergie, quand
lechamp
estintense,
pour ioniserplusieurs
molécules avant de se fixer sur l’une d’elles. Dans cescondi-tions,
il nepeut
pas y avoir de saturation.On. voit
qu’il
doit exister une relation très étroite entre la forme de la courbequi
repré-sente l’intensité du courant
photoélectrique
en fonction duchamp
et celle de la courbequi
représenterait
larépartition
des électrons émis par le métal en fonction de leurénergie
cinétique initiale,
ou encore en fonction de leur vitesse d’émission. Comme les vitesses ini-tiales varient d’un métal à unautre,
pour la même lumièreincidente,
la forme de la courbe du courantphotoélectrique dépend
de la nature du métal. _Ces considérations
permettent
d’expliquer
à la foispourquoi
iln’y
a pas desaturation
et
pourquoi
le courant estplus
intense dans un gaz à faiblepression
que dans le vide : ccsont deux effets
produits
par la même cause et ils cessentsimultanément,
le courantpré-sentant une saturation de
plus
enplus complète
à mesure que sa valeur tend vers la valeurlimite
qui correspond
au videcomplet.
Maisquand
lapression
diminue àpartir
de lasion
ordinaire,
le courant commence paraugmenter
pour unchamp
donné,
parce que lesélectrons
parcourent
un cheminplus long
avant de rencontrer unemolécule,
etpeuvent
ainsi
acquérir
en moyenne uneénergie plus grande,
cequi
augmente
le nombre desmolé-cules ionisées.
D’autre
part,
tout cequi peut
modifier larépartition
des vitesses des électrons émis par le métal doit modifier aussi la forme de la courbe du courantphotoélectrique.
C’estprécisément
le cas pour lafréquence
de la lumièreincidente,
si elle estmonochromatique,
et pour sacomposition,
si elle ne l’est pas.Inversement,
si la forme de la courbe du courant en fonction duchamp
vient àchan-ger, on
peut
en conclure que larépartition
des vitesses des électrons a été modifiée. Hall-wachs(),
interprétant
lesexpériences
de K.-T.Compton
(6),
en avait conclu que les vitesses initiales des électronsétaient,
pour une mêmecomposition
de la lumière incidente,indé-pendantes
de lafatigue
du métal. Cette conclusion est en contradiction avec le fait que lafatigue
modifie la forme de la courbe : on doit enconclure,
aucontraire,
qu’elle
modifie larépartition
des vitesses des électrons.Si nous revenons maintenant au raisonnement
qui
a servi à établir la formule deJ.-J. Thomson,
représentant
l’intensité du courant en fonction duchamp,
nous voyonsqu’il
faut le modifier de la
façon
suivante : le nombre des ionsnégatifs produits
par les électrons estsupérieur
à no
et croît avec lechamp
h. Tout se passe alors comme si le nombre desélectrons émis par seconde et par centimètre
carré,
au lieu d’être no, était :f (h)
étant une fonction duchamp qui dépend
de larépartition
des vitesses desélec-trons et aussi du gaz dans
lequel
ils sontémis,
etqui,
dans l’air à lapression
ordinaire,
est nulle ounégligeable
pour leschamps faibles,
maisaugmente
avec lechamp.
Par
suite,
la formulequi
donne l’intensité devient :Quand
lechamp
h est trèspetit,
f (h)
estnégligeable
et l’on retrouve la loid’Ohm,
donnée par la formule(4) :
éMais
quand
h estgrand,
f (h)
devientappréciable
et croît avech,
de sortequ’il n’y
apas de saturation.
A cause de l’absence du courant de saturation et du fait que la courbe
qui représente
le courant en fonction duchamp
varie,
on nepeut
pas admettre que lerapport
des deux intensitésobtenues,
pour unchamp intense,
avec deux métaux différentsplacés
dans unmême gaz, à une
pression
voisine de lapression
ordinaire,
ou bien avec un même métalplacé
dans des gazdifférents,
fournit la valeur durapport
n°
des nombres d’électrons émis~ o
par seconde et par centimètre carré.Dans le cas de deux métaux
placés
dans le même gaz, on devraitplutôt
comparer les inténsitéscorrespondant
à un mêmechamp
h choisi assez faiblepour
quel’équation (4)
soit(5) HALLW1CH8, Deutsch,
phys.
Gesell. Verh., t. i4(1912),
p. 63~, (6) K.-T. CompiroN, Phil. t. 23 (1912), p. 579.applicable ;
comme lerapport
nedépend
pas dumétal,
on déduit decette’équation
appliquée
aux deux métaux :Mais il vaut
mieux,
quand
cela estpossible,
comparer les valeurs des courants desatu-ration obtenus dans un vide suffisamment
