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Submitted on 1 Jan 1900
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Les gaz raréfiés sont-ils des électrolytes ?
E. Bouty
To cite this version:
E. Bouty. Les gaz raréfiés sont-ils des électrolytes ?. J. Phys. Theor. Appl., 1900, 9 (1), pp.10-17.
�10.1051/jphystap:01900009001001�. �jpa-00240427�
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uniforme, à cause de l’inil uencc de la pesanteur. Ces effets, en règle générale, sont très petits et peuvent être négligés dans la plupart
des cas sans inconvénient. Ils peuvent être réduits au minimum en
opérant sur de petites quantités de matière.
On verra plus loin que la classification des équilibres à l’aide de la règle des pliases, et des changements d’éqllilibr0 tt l’aide du théorème de Le Chatelier, est tout à fait générale et n’implique aucune hypo-
thèse sur la nature de la matiére ou des modifications qui ont lieu.
Il n’est pas besoin de supposer que la matière est constituée de par- ticules distinctes, ni de supposer qu’elle est continue ; il n’est même pas besoin d’admettre l’existence ou la non-existence de la matière. Il est indifférent qu’il existe ou qu’il n’existe pas une distinction entre les réactions « chimiques » et les réactions « physiques ». La seule ques- tion qui se pose est celle du nombre relatif des composants indépen-
damment variables et des phases dans le cas de l’équilibre ; et celle
des données expérimentales relatives aux effets de la chaleur et aux
effets de la variation des densités ou des concentrations dans le cas
du déplacement de l’équilibre.
LES GAZ RARÉFIÉS SONT-ILS DES ÉLECTROLYTES ?
Par M. E. BOUTY.
1.
-Pour étudier les propriétés électriques des gaz rar~fi Ss, on a
le plus souvent recours à des ampoules dans lesquelles pénètrent deux
électrodes. Celles-ci sont mises en rapport avec une source à piffé-
rence de potentiel constante ou alternative, et l’on observe les phéno-
mènes de luminescence développés dans le gaz.
Les apparences observées dans ces conditions ne sont pas homo-
gènes ; les parties du gaz voisines des électrodes se comportent
autrement que les parties éloignées. Il est évident que l’on doit obte- nir des apparences plus simples, en supprimant les électrodes et en
excitant la luminescence par des phénomènes d’induction.
C’est ce qu’a fait notamment M. J.-J. Tho111S0n, dans un remar- quable ensemble de recherches, résumées dans son livre : Notes on
leecent Researc7ies in Electrieily and Mcz~ne~iso2, publié à O~f’ord
en 1893 ~’ ). Le tube à gaz raréfié est placé à 1’intérieur d’une courte
(1) Voir notamment les paragrnphes 12 il 88, p. 92 à 105.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:01900009001001
ii
spirale, traversée par la décharge oscillante d’une bouteille de Leyde.
On voit dans le tube un anneau lumineux homogène particulièrement brillant, quand la pression du gaz est voisine de 1 de millimètre.
200
Si l’ampoule à gaz raréfié est formée de deux parties concen- triques, l’expérience peut être réglée de telle sorte que l’ampoule
extérieure seule s’illumine ; le gaz de l’ampoule extérieure fait fonc- tion d’écran électrique, et l’induction dans l’ampoule centrale devient
trop faible pour y provoquer la luminescence du gaz.
M. J.-J. Thomson interprète les phénomènes qu’il observe, en attribuant au gaz raréfié une conductivité propre d’ordre électroly- tique. Poiir évaluer cette conductivité, il substitue au gaz de l’am-
poule extérieure une dissolution d’acide sulfurique par exemple,
et il fait varier la concentration du liquide jusqu’à reproduire un
écran électrique équivalent à l’écran constitué par le gaz. Il trouve, dans une de ces expériences, que l’acide sulfurique doit être pris au
maximum de conductivité électrique. D’ailleurs, la conductivité ainsi déterminée est une fonction de la pression qui passepar un maximum
au voisinage de de millimètre de mercure.
,
-
Si, au lieu de rapporter la conductivité au volume, on la rapporte à la masse du gaz et qu’on calcule ainsi une conductivité spécifique,
on trouve que les molécules du gaz au maximum de conductivité conduisent aussi bien que les molécules des métaux à l’état solide.
Ainsi les gaz qui, à la pression ordinaire, sont les diélectriques types seraient susceptibles, par la seule v~z~~zaGion de la pressions, de
devenir d’excellents conducteurs; cette altération si profonde de leurs propriétés serait at~tribuable à une dissociatioa ou à une ionisation de leurs molécules.
Si les gaz raréfiés sont d’excellents conducteurs, comment expli- quera-t-on la difficulté très grande qu’éprouve la décharge à traverser
un gaz raréfié dans un tube muni d’électrodes? On est réduit à invo- quer une résistance spéciale, sans doute énorme, qu’éprouverait
l’électricité pour passer d’un gaz dans un métal, ou inversement.
M. J.-J. Thomson trouve en effet que, si l’on divise une ampoule à
gaz en deux parties par un diaphrag me métallique continu, deux
anneaux lumineux aplatis se forment dans les deux portions de l’am- poule, le gaz restant obscur au voisinage imlrsécliat du diaphrag me :
les apparences delneurent les mêmes, si l’on remplace le diaphragme
métallique par un diaphragme de mica.
12
Tels sont les faits, excessivement curieux, révèles par les expé- riences de 1B1. J.-J. Thomson. Ils l’ont conduit (k ~nv~sa~e~~ les gaz
raréfiés co~~2me des électrolytes.
Or tous les électrolytes étudiés jusqu’ici obéissent à la loi de
Faraday. Si l’assimilation d’un gaz raréfié à un électrolyte est com- plète, un gaz composé soumis à l’action d’un nombre suffisant de déch arges doit présenter à ses électrodes les produits normaux de sa décomposition électrolytique, et cela en quantités correspondantes
à la quantité d’électricité qui l’a traversé.
1’I. Eilhard Qi°iedemann (’ ) a étudié, sous ce point de vue, d’abord
l’acide chlorhydrique gazeux, puis les vapeurs de chlorure, bromure,
iodure de mercure HgCI‘’, I-IgBr2, I-IgI2. Avec ces trois derniers
corps, notamment, il n’a trouvé aux électrodes que des quantités
insignifiantes de produits de décomposition, à peine 3 ou 4 centièmes
des quantités prévues par la loi de Faraday. De plus, ces produits
se présentaient presque indifféremment aux deux électrodes. On
s’explique suffisamment leur présence, sans invoquer un phénomène d’électrolyse partielle, par l’effet des actions secondaires (thermiques
par exemple) de la décharge. )1. E. Wiedemann conclut très juste-
ment de ses recherches qu’il est impossible de considérer un ~a~
)-aréfié comme un véritable électrolyte.
J’ai été conduit aux mêmes conclusions par une voie absolument diffé- rente, en étudiant l’action produite par un champ électrostatique cons-
tant sur un gaz raréfiés, renfermé dans une ampoule sans électrodes.
2.
-Si, entre les électrodes d’un condensateur plan, on introduit un
conducteur métallique isolé, on provoque un accroissement déter- miné de la capacité du condensateur, soit, par exemple, 50 0/0. Des expériences préliminaires que je vais rapporter établissent que tous les électrolytes connus se comportent à cet égard comme des con-
ducteurs métalliques. Une ampoule à gaz raréfié se comportera-t-elle
de la même manière?
La nécessité d’introduire une telle ampoule entre les plateaux d’un condensateur, qu’il faudra parfois écarter l’un de l’autre de plusieurs centimètres, impose l’emploi de très faibles capacités, de l’ordre du
cent-millième de microfarad, par exemple. Si l’on décharge une
telle capacité sur un électromètre capillaire, dont la capacité est de
(1) E. WIEDEII:~~TB, Iiebe~° die eleclrolylisclce Leilung ve1’c!ünnler Gase (Wied.
Afin., t. L~I, p. 737; 1897).
13
l’ordre du demi-microfarad (au voisinage du zéro de l’électromètre),
la différence de potentiel à laquelle sera porté l’appareil sera elle-
même de l’ordre du cent-millième de la différence de potentiel ini-
tiale des armatures du condensateur. Or l’électromètre révèle avisé- ment le dix-millième de volt ; les mesures seront déjà possibles en chargeant le condensateur à quelques dizaines de volts; elles com-
menceront à devenir précises à partir d’une centaine de volts.
Cela posé, j’ai introduit entre les armatures d’un condensateur un ballon de verre soigneusement paraffiné à l’intérieur et à l’extérieur et plein d’air à la pressions atmosphérique. Le ballon n’ag it que par la masse diélectrique de ses parois, laquelle n’occupe qu’une très
faible fraction du volume compris entre les plateaux. L’accroissem ent de capacité électrique correspondant peut cependant être rendu sensible à l’électromètre, en employant une différence de potentiel
suffisante. Il ne dépasse pas, en générale, 1 à 2 % de la capacité électrique totale.
Le ballon peut ètre rempli successivement de mercure, d’une dis- solution électrolytique, d’eau distillée, d’alcool absolu, de pétrole, etc.
En ayant bien soin de renouveler à chaque fois le paraffinage interne
pour supprimer toute conductivité superficielle antérieurement
acquise, on constate que le ballon plein d’air produit toujours l’ac-
croissement de capacité de 2 0/0, et que le ballon plein de lic~2~icZe produit loujouos l’accroi*ssein?nt de 50 0/0 constaté avec le mercure.
Dans ces expériences, la charge et la décharge sont produites par un commutateur à main, et le condensateur peut rester en communica-
tion avec la source (accumulateurs) pendant plusieurs secondes. Le s
meilleurs diélectriqnes liquides se comportent alors, au poin t de vue
de la charge des condensateurs, comme des conducteurs parfaits.
Enfin la moindre trace d’humidité sur les parois internes ou externes
du ballon se manifeste par un accroissement de capacité parfois
aussi considérable, mais qui peut aussi prendre toutes les valeurs intermédiaires à 2 0/0 et à 5J 0/0. Des expériences de cette espèce paraissent susceptibles de mettre en évidence des conductivités au
moins cent fois plus faibles que celles des meilleurs diélectriques liquides.
3. -Assuré, par ces premières constatations, de la sensibil~té de la
méthode, j’ai fait usage de tubes à gaz raréfié; j’ai eu recours d’abord
à ceux qui se trouvaient sous ma main, lampes à incandescence,
tubes de Crookes divers, radio111Btee, etc. M llge2 la présence de
14
pièces métalliques isolées peu importantes, telles que la monture et le fil de charbon des lampes, les électrodes des tubes de Crookes,
les ailettes du radiomètre, tous ces appareils soigneuselnent paraf-
finés à l’extérieur, se sont comportés comme des ballons pleins d’air
à la pression atmosphérique. Ils n’ont jamais provoqué d’accroisse- ment de capacité de plus de 5 0/0. Des tubes de Crookes sans élec- trodes de formes diverses que je fis construire à cette occasion ne don- nèrent que des accroissements de capacité de 1 à 2 0/0, et cela même quand je réduisais la distance des plateaux du condensateur à 2 cen-
timètres et que la différence de potentiel s’élevait à 2.000 volts (1).
Ainsi il est impossible d’assigner au gaz raréfié des tubes de Crookes (pressions de 1 100 a 500 ? de millimètre de mercure) non seu-
lement une conductivité comparable à celle des dissolutions d’acide
sulfurique, mais mème une conductivité d’un ordre cent fois plus
faible que celle du pétrole ou de l’essence de térébentliine rectifiés.
4.
-Parmi les tubes étudiés se trouvaient accidentellement deux tubes de Geissler (pressions de l’ordre du millimètre de mercure).
Tant que le champ électrostatique employé n’atteignait pas une cer- taine valeur minimum C (de 300 volts par centimètre par exemple j,
ces tubes se comportaient comme les tubes de Crookes, c’est-à-dire
comme des ballons pleins d’air à la pression atmosphérique ; mais,
pour des valeurs du champ notablement supérieures à C, ils équi-
valaient à des ballons pleins de mercure : on passait sans transition appréciable d’un accroissement de capacité de 2 0/0 à un accroisse-
ment de ~0 0/0.
Pour un champ égal à C, on observait indifféremment tantôt l’ac- croissement de 2 0/0 et tantôt celui de ~0 0/ 0, suivant des circons- tances accessoires non encore étudiées, mais très probablement analogues à celles qui font que l’étincelle éclate ou n’éclate pas entre deux boules placées dans l’air el une distance invariable, quand la
différence de potentiel maintenue entre ces deux boules est très voi- sine de sa valeur limite.
J’ai substitué aux tubes de Geissler des tubes sans électrodes, mon-
tés directement sur une machine pneumatique à mercure, et j’ai fait
varier la pression de 5 millimètres à omm,2, par exemple. J’ai toujours
(1) Ces difl’érences de potentiel étaient obtenues à l’aide d’une batterie de
niille petits accumulateurs, construits il mon laboratoire Inên1c.
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retrouvé les mêmes phénomènes. Pour chaque valeur assignée à la pression, il y a, pour l’intensité du champ, une limite C fonction de la pression, et telle que, pour tout cliamp inférieur, le gaz se comporte
comme un diélectrique parfait, que pour tout champ supérieur il se comporte comme un conducteur.
Il est clair que, dans notre expérience, rien n’a été modifié au
contact des plateaux métalliques du condensateur, toujours baignés
par l’air à la pression atmosphérique,. La variation discontinue que
nous observons ne peut avoir son origine dans la couche de contact gaz-métal ; elle appartient bien en propre à la masse gazeuse isolée dans l’ampoule de verre.
Si l’on se place dans l’obscurité absolue et qu’on y accoutume son oeil, on reconnaît que, dans les champs élevés où le gaz parait con- duire, le tube sans électrodes s’illum ine soudainement aussi bien à l’instant de la charge du condensateur qu’à l’instant de la décharge.
Dans les champs faibles pour lesquels le gaz isole, le tube demeure invariablement obscur. Lot conductivÜé apparente du gaz raî-éflé est
done es.~entiellN~~2ent liée il sa lu~~zinescenee. Le gaz s’illumine chaque fois quïllivre passage il de l’électricité.
5.
-J’insisterai sur ce fait que, d’après les observations précédentes,
il est impossible d’assimiler un gaz raréfié à aucun électrolyte connu.
J’ai en effet montré, il y a bien longtemps (1), qu’un électrolyte n’a qu’une seule manière d’être au point de vue de sa conductivité, c’est-
à-dire au point de vue de la propriété qu’il possède de livrer passage à l’électricité. Quelque faible que soit la force électromotrice appliquée
en un point d’une masse électrolytique, ou (quand on ne fait pas usage de l’induction) quelque faible que soit la différence de potentiel
établie entre deux plans au sein du liquide, la conductivité demeure invariable et persiste toujours identique à elle-même. Il est impos-
sible d’assigner au champ une limite C, si faible soit-elle, au-dessous
de laquelle un électrolyte cesserait de conduire.
Nous voyons, d’ailleurs, que la conductivité apparente d’un gaz
raréfié est liée à un phénomène essentiellement brusque et violent,
qui succède sans transition aux phénomènes de l’équilibre diélec-
trique, comme la rupture d’un fil tendu succède à son équilibre
élastique, dès que le poids tenseur dépasse une certaine limite. Sous
(1) BOUTY, Sur la polarisation cles élecll’odes et la co7aclicc~ibilité des liquides
(Jour°nul cle Physique,2e série, t. l, p. 3f6-36’~; 1882).
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Faction d’un cliamp électrique suffisamment puissant, le gaz se
déchire, comme un carton ou une lame de verre se percc ; mais, en
vertu de son homogénéité plns grande, le gaz cède à la fois en un
très grand nombre de points de sa masse, et il s’illumine non sur un
trajet précis et relativement étroit, comme cela a lieu, a la pression
ordinaire, entre des électrodes métalliques, mais sur un trajet diffus qui paraît envelopper toute la masse. Au fond, il ne semble y avoir
aucune différence essentielle entre la décharge qui éclate dans l’in- tervalle de deux électrodes métalliques et le phénomène de l’illu1l1i- nation des tubes sans électrodes que nous étudions en ce moment.
De même que la charge de rupture permet d’évaluer la cohésion
qui retenait en présence les deux portions contiguës d’un nm·me fil
que l’on est parvenu à séparer, de même aussi le chainp minimum
nécessaire pour rompre l’équilibre diélectrique d’un gaz mcsure ce que nous appellerons sa cohésion ~i~lectri~~ce. I~’éther, c’est-à-dire le vide absoln, possède une élasticité di~lect~°ir~ue parfaite. Nous ne
pouvons vaincre sa cohésion diélectrique et le faire traverser par des
décharges. Mais les molécules gazeuses y introduisent des points
faibles et la cohésion diélectrique devient désormais mesurable. Je me
suis proposé de déterminer comment cette cohésion dépend de la
nature du gaz, de sa pression et des diverses circonstances acces-
soires de l’expérience. Je n’entrerai ici dans aucun détail sur ce
travail encore en cours d’exécution et dont les premiers résultats
ont été publiés ailleurs (’).
6.
-Je me bornerai à fixer les points de vue divers sous lesquels peut être faite désormais l’étude rationnelle des propriétés électriques
d’un gaz.
Il Dans les chan1ps électriques inférieurs à la valeur critique signalée ci-dessus, on étudiera l’équilibre diélectrique, lequel sera
déterminé par la connaissance d’une ou de plusieurs constantes caractéristiques du gaz (constante diélectrique, sa variation avec la pression, la température, etc.) ;
~° Dans des champs supérieurs à la valeur critique, on étudiera,
soit les modifications internes éprouvées par le gaz sous l’action des décharges [nature et quantité des produits de décomposition (Eilhard BVieden1ana), polymérisation, dissociation ; température (’j Voir Comples Rendus (12 l’~lcc~clémie des Sciences, 1,. CXXXIX) p. 2D4; il juil-
let 1899.
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atteinte, qualité et intensité des radiations émises], soit le champ électro-magnétique produit par les décharges, ou, ce qui revient au même, l’intensité moyenne des courants équivalents à ces décharges (effets d’écrans électriques, J.-J. Thomson). En ce sens, mais en ce
sens seulement, on sera en droit de parler d’une conductivité spéci- fique fictive du gaz. Ce serait la eonductivité d’un milieu électrol~~- tique ou métallique occupant le volume du gaz, soumis aux mêmes actions électriques et tel qu’il livre passage par conduction aux
mêmes quantités moyennes d’électricité que les décharges effective
transportent. Cette notion, la seule que l’on soit rigoureusement en
droit d’introduire pour interpréter les expériences de J.-J . Thomson,
ne préjuge nullement le mécanisme intime de la décharge, et l’on
demeure libre de le considérer ou de ne pas le considérer comme
analogue à celui de la conductivité électrolytique;
>3° Enfin on peut chercher à déterminer la limite entre les phéno-
mènes opposés produits dans un même gaz par les champs faibles
et par les champs intenses. C’est à cet ordre de recherches qu’il
faut rapporter les mesures de la différence de potentiel minimum
nécessairé pour produire une étincelle entre deux électrodes métal-
liques placées dans l’air à diverses pressions, et c’est aussi dans cet ordre d’idées que je dirige mes recherches actuelles sur les lois de la collésion diélectrique des gaz.
RECHERCHES EXPÉRIMENTALES SUR LES OSCILLATIONS ÉLECTRIQUES ;
Par M. ALBERT TURPAIN (1).
Les recherches expérimentales que nous avons entreprises sur les
oscillations électriques, et qui sont résumées dans cette note, se divisent en trois parties principales.
Dans une première série d’expériences, nous nous SOm111eS pro-
posé de faire une analyse du champ hertzien : champ concentré par-
deux fils, champ concentré par un fil unique, et leur comparaison.
Une deuxième partie comprend l’étude du Fonctionnement du réso-
nateur. A l’étude du résonateur complet de Hertz, nous avons fait
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(1) Voir (JOUl’/lcÛ de Physique, 3° série, 1. YII, p. 470 j 1898) un z°ésunl~; antéi’ieuç
°
d’une partie des travaux de M. Turpain.
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