Les gros ions dans l'atmosphère

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Submitted on 1 Jan 1913

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J.A. Mc Clelland, H. Kennedy

To cite this version:

J.A. Mc Clelland, H. Kennedy. Les gros ions dans l’atmosphère. Radium (Paris), 1913, 10 (12),

pp.392-400. �10.1051/radium:019130010012039201�. �jpa-00242622�

,

En employant la formule d’interpolation complète,

on doit t prendre A2 =0,010, h=4, ^{et le calcul} donne :

Exemple ^5.

^{Étant connu} qu’un ^{curie est la} quantité d’émanation en équilibre ^{avec un} gr. de Ha,

un demande d’exprimer ^en millicuries la quantité

d’émanation qui ^{sera accumulée en} 5j22h31m par ^une

préparation ^{contenant 10 mgr. de RaCl2 pur.}

10 _mgr. de BACI, contiennent 7,61 mgr. de Ra ^et sont en équilibre ^{avec 7,61} 1 millicuries d’émanation ; si n ^{est la} production d’émanation par heure, ^on a,

d’après le tableau B ;

en tenant compte ^{du résultat de} l’exemple ^2, la quan- tité cherchée est :

[Manuscrit reou le 15 novembre].

Les gros ^ions dans l’atmosphère

Par J. A. Mc CLELLAND et H. KENNEDY [University College, Dublin].

Dans ces dernièrco années on a beaucoup ^travaillé

pour l’étude et la mesure des ions de l’atmosphére.

Pratiquement ^{dans la} totalité dc ce travail, ^{on s’est}

a lonné unicluement ^li l’étude des ions analogues ^à

ceux produits directement quand ^uti gaz ^est soumis à

un agent ionisant, ^{et d’une} mobilité de l’ordre de 1,6 cn1. par seconde dans un champ électrique ^de

1 volt par centimètre. Quoique Langevin, ^dans

des notes publiées ^{en 1905,} ait attiré l’attention sur

l’existence dans l’atmosphère ^{d’une autre classe}

d’ions de mobilité beaucoup plus petite ^{et aussi en} beaucoup plus grand ^nombre que les ions ordi-

naires, les recher hes sur l’ionisation atmosphérique

se sont poursuivies ^{seulement sur les ions} ordinaires,

Langevin ^a montré que ^ces gros ions atmosphériques

ont une mobilité de l’ordre de 1/3000 ^cnl. par seconde alors que ^cette mobilité est de 1,6 ^cm. par seconde pour les ions ordinaires, ^et qu’ils ^{sont envi-}

ron 50 fois plus nombreux que ^ces derniers. De plus,

la théorie de la production ^{et de la nature de ces} gros ions, développée par Langevin, ^niontre qu’ils ^ont

vraisemblablement une grande importance ^{dans la}

théorie générale météorologique.

La seule autre recherche sur ces gros ions ^atmo-

sphériques ^est celle de Pollock 2 ¹ et Lusby 3 ^à Sydney

en 1909 ; ^leurs résultats, quoique ^{donnant une valeur} plus ^faible que celle de Lange viu ^{pour le nombre des}

gros ions présents par centimètre cube, s’accordent à montrer la présence générale ^et l’importance ^{de ces}

-,ros ions.

4, Le Radium, 4 (1907) ^218.

2. Le Radium. 6 (1909) ^1’:2tt.

3. Prior. Ray. Soc. (1909) ^33-60.

Le présent ^{travail a} pour objet d’obtenir de llon-

i elles données concernant le nombre des _{gros ions} de

l’atmosphère, ^leur origine ^{et leur} propriété. ^Nous

renvoyons ^a l’iinportant travail de Langevin ^{et à celui}

de Pollock et Lusby jusqu’à ^ce que ^nous discutions les observations rassemblées dans ce mémoire.

Description ^de 1 appareil.

^Pour obtenir les

courants de saturation avec des ions de très faible mobilité, ^{il est} nécessaire _{que le} gaz soit, ^{ou bien} aspiré ^{à travers un} champ électrique ^{très intense,}

ou bien que le temps ^{de son} passage ^{à travers} le

champ ^soit prolongé. ^{Afln de} pouvoir utiliser des

potentiels ^pas trop ^{élevés et} d’opérer, ^{comme nous}

le désirions avec de _gros volumes d’air, l’appareil

avait la forme suivante. L’air était aspiré ^au moyen d’un moteur et d’un ventilateur à travers un long ^tube rectangulaire ^en bois d’environ 550 _cms., de longueur.

La section droite du tube est représentée ^schémati- quement ^{sur la} figure ^{I. Le} tube avait C3 cms. de

Fig. 1.

large ^{est 4 cms. de} haut. Les surfaces intérieure, supérieure ^et inférieure, ^étaient recouvertes d’une feuille d’étain D placée sur ^une iiiincè couche de

paraffine, 1 Ïsolenlent étant suffisamment bon pour permettre de maintenir les surfaces étamées au pot en-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:019130010012039201

tiel désiré au moyen d’une batterie de petites piles.

Au milieu de l’espace compris ^{entre les} deux surfaces conductrices horizontales, ^était placé ^un plateau ^de

verre A recouvert d’étain. Ce plateau ^était supporté

comme le montre la figure ^{2 sur de} petites tiges métalliques émergeant ^sur les côtés du tube, ^{et était} isolé de ces supports ^{par de la} paraffine ^les tiges ^étant

elles-mêmes reliées ^au sol. Les surfaces conductrices D,

supérieur ^et inférieure, étaient maintenues à un poten- tiel élevé, ^{et le} plateau intermédiaire A était relié à un

électromètre Dolezalek par ^{un fil} de connexion conve-

nable. Grâce à cette méthode de support qui ^vient

d’être décrite, ^{il ne} prouvait y avoir à l’électrométre d’autre fuite _que celle due a l’air. Le plateau ^{du milieu}

et les surfaces étamées supérieure ^èt inférieure du tube avaient environ 457 cms. de long, ^{de sorte} que l’air traversait environ 90 cms. du tube avant de pénétrer

dans le champ ^{existant entre} les deux surfaces char- ’ gées. La distance entre les surfaces supérieure ^{et infé-}

rieure et le plateau ^{A était de 2,1 l cm. Le} plateau ^A

avait 20 CUlS. de large ^{et était} séparé des faces verti- cales du tube par des plateaux ^{de verre} recouverts de feuilles d’étain et reliés ^au sol de façon ^{à laisser un}

espace d’environ 5 mms. entre les parties ^{au sol et}

le plateau ^{relié à} l’électromètre. Le but de ces pla-

teaux était d’obtenir un chalnp transversal uniforme.

Toutes les connexions à l’électromètre étaient faites

au travers de tubes recouverts de papier ^{d’étain et}

mis au sol, ^de façon ^à préserver ^le système des per- turbations extérieures. ^{La capacité de} l’appareil ^{et de}

l’électromètre était 0,0011 microfarad ; ^{il était} géné-

ralement nécessaire d’adjoindre ^{une autre} capacité

afin de diminuer la vitesse du mouvement du spot

lumineux sur l’échelle de l’électramètre.

L’électromètre, employé ^{a la} façon ordinaire, ^don-

nait environ 1000 divisions de l’échelle _par volt. Dans la plupart ^des expériences, l’air était aspiré ^{au travers}

de l’appareil ^au moyen d’un ventilateur. L’extrémité du tuhe était fixée à une boite munie d’un tube de sortie, ^dans laquel!e ^{marchait le} ventilateur. Dans ce

tube, il y avait aussi ^un nlanométre, qui permettait

dc mesurer la vitesse du courant d’air. Dans quelques expériences ^décrites plus ^{loin, le courant} d’air était

produit ^{et mesuré au moyen d’un} grand ^réservoir

construit comme un gaz11ètre ^ordinaire.

L’appareil ^{décrit a} été exécuté après ^{un certain}

nombre d’expériences ^{sur une} plus petite ^{échelle. Nous}

avions trouvé qu’il valait mieux opérer ^{avec de} grands

volumes d’air et que les grandes dimensions de l’ap- pareil ^ne constituaient pas ^une objection. ^{Il était} placé ^{dans une} position ^telle, qu’en ^{ouvrant des fenê-}

tres convenables, ^{l’air ii} examiner entrait directement par ^un petit rectangle.

Quoique ^{ce mémoire concerne surtout} les gros ions de l’atmosphère, ^{nous avons} pensé qu’il ^{était dési-}

rable de faire quelques ^mesures du nnmbre des petits

ions présents. L’appareil ^{utilise dans ce but est} repre-

sente ^sur la figure ^{2. Il se} compose d’un tube cylin-

Fig. 2.

drique ^{A de} 3,2 ^{cm de} rayon ^{et de 40 cm de} long.

isolé et relié à ^un électromètre, ^et protégé par un tube extérieur B relié au sol. Suivant l’axe du cylindre A

se trouve une tige métallique ^{C de 2 01n1} de rayon,

qui ^{est reliée à l’une} des extrémités d’une batterie de

petits acculnulateurs. Le tube D placé ^à l’extrémité conduit au ventilateur destiné à produire ^{le courant}

d’air à travers le tube A et au gazomètre ^{pour mesurer}

la vitesse du courant. Le tube B se continue au delà du _{tube A de} telle façon que le courant d’air entre dans A avec une grande ^{vitesse; la} tige C n’atteint pas l’extrémité de A. Ce dispositif permet ^{à tous les ions} d’un signe d’être recueillis sur A ; leur entrée n’est pas empêchée par ^un chanlp électrique, puisque ^le

tube A pendant ^une observation n’est jamais ^{à un} potentiel ^très différent de zéro.

l’n potentiel ^{suffisant était} appliqué ^{à C} pour ^retenir

tous les petits ^{ions; le nombrc des} gros ions recueillis était négligeable ^{ou bien la} correction correspondante pouvait ^{en être faite.}

Le dispositif était tel que l’électrométre pouvait ^être

facilement relié à l’appareil pour ^mesurcr les petits

ions ou à celui _{pour la} mesure des gros ^ions.

Mobilüé des ions. - Le premier point ^{étudié a}

été la mobilité des _gros ions; ^{on s’est efforcé à décider}

si 1(,s gros ions étaient ^tous de mémo mobilité ou s’ils étaient un mélange ^{d’ions de masscs} différentes.

La méthode consistait à tracer soigneusement ^la

courbe de saturation et la théorie due la méthode ^est bien connue. Dans l’appareil le plus prand, supposons que la vitesse du ^courant d’air à la distance y du pla-

teau isolé relié à 1 électromètre soit _{n, et} que le gra- dient uniforme du poteiiiitl ^soit de Y volts par ^{cm ;} la vitesse transversale d’un ion est kV. où k es[ la n1ohi- lité d’un ion. Donc, si r est mesuré suivant le plateau

médian à partir ^du point ^{oit l’air} quitte ^le champ électrique, ^{et si les} plateaux extérieurs sont chargé positivement, ^{nous avons,} pour le parcours d’nn ion

positif, l’équation :

Si a est la largeur du tuhc, ^{on a}

1.0 V d.r = au dy.

D’où, _pour la saturation des ion; de mohilitr Il,

nous avons un potentiel ^V donné par l’équation

où 1 est la longueur ^du plateau central isolé.

Or l’intégrale a f u dy ^{étendue à} la surface de la section comprise ^{entre le} plateau ^{du milieu et l’un}

des plateaux chargés ^{est la} quantité Q ^{d’air traversant}

cette section par seconde.

Par conséquent

et

L’équation (2) ^montre aussi que pour ^un voltage ^V’

moindre que ^V les ions de mobilité li seront extraits d’un volume Q’ d’air donné par

Si donc ^ces ions sont distribués uniformément dans

l’air; ^{le courant} obtenu par ^leur intermédiaire est

proportionnel ^au voltage ; ^la représentation graphique

de cette relation est une ligne ^droite jusqu’à ^ce que la saturation soit atteinte. S’il y ^{a un} nombre fini n de différents type d’ions, ^{chacun d’eux} ayant ^{une moLi-}

lité définie et distribués uniformément dans l’air, ^la relation ^entre le courant et le voltage ^{devra être} représentée ^{par une courbe, dont une ordonnée} quel-

conque ^est la somme des ordonnées (pour ^{le même} potentiel) ^{de n} courbes, chacune de ces courbes étant

une ligne ^droite depuis l’origine jusqu’à ^{la satu-} ration ; après quoi ^la ligne ^est parallèle, ^{à l’axe des} potentiels. ^Par conséquent, la courbe qui représen-

terait la relation entre le courant et le potentiel,

serait une courbe concave vers l’axe des potentiels

et sc composerait ^{de n} parties, ^{chacune d’elles}

étant ^une ligne ^{droite, et} devenant finalement paral-

lèle à l’axe des potentiels. ^{Si les ions} n’étaient pas divisés en groupes distincts, mais avaient des mobi- lités croissant graduellement de l’un à l’autre, ^la

représentation graphique ^{serait une courbe à cour-}

bure continue concave vers l’axe des volts et se ter- minant par ^une ligne parallèle ^{à cet axe.}

Dans la recherche de la relation actuelle entre le courant et le potentiel, ^{il n’est} pas ^commode de con-

struire avec une série d’observations, la totalité de la courbe depuis ^la saturation, _{parce que} ^{si on utilise}

un courant d’air de vitesse telle _que la saturation

puisse ^{ètre atteinte avec des} potentiels ^{modérés, le}

courant obtenu pour des potentiels éloignés ^{de la satu-}

ration sera trop faiblie pour des mesures précise·. ^De plus, ^{il est} nécessaire de faire ces observations aussi vite que possihle, ^{étant donnée la nature} variable de l’ionisation atiiiosphérique. ^{La méthode} employée ^en

conséquence consistait à faire un examen sépare ^{de la} partie ^{de la courbe} éloignée ^{de la} saturation, ^{en uti-} lisant un courant d’air considérablement plus ^violent

que celui employé quand ^on désirait obtenir la satura- tion. La figure 5 représente ^la portion ^{de cette courbe.}

Fig. ^5.

Ici la valeur de Q ^{était telle} que la courbe comporte

une échelle de potentiels qui satureraient des ions de mobilité variant de ^{1/50 _à 1/100 cm/sec. Il n’y a}

pas évidence de quelque courbure dans cette portion.

De mcme, ^{la courbe} (fig. 4) ^{montre la relation entre}

Fig. ⁴

le potentiel ^{et le courant} pour des potentiels pouvant

saturer des ions de nl0hilité variant due 1/100 à

1 1200 cm/sec., ^{et la} ngure 5 ^la relation correspon-

Fig. 5.

dant à des potentiels qui satureraient des ions de mobilité variant de 1 500 ^{à 1/2000} cm/sec. ^Dans

aucune de ces courbes n’apparait ^{une courbure} indiquant ^une hétérogénéité des ions. Remarquons

que dans ^{tous ces} caa les petits ^ions présents ^seraient

extraits par ^une fraction de volt, et leur présence ^est indiquée par le fait que la courbe rcpresentce ^ne

semble pas passer par l’origine.

La courbe (fi;. ü) ^est relative a un’courant d’air et

Fig. 6.

à des voltages tels que la saturation complète ^est atteinte ; ^{si nous} prenons 450 ^comme potentiel ^de

saturation, ^{la valeur en} Q ^{étant 832 em3} par seconde,

nous obtenons la valeur i 5100 _pour la mobilité des gros ions.

Il faut remarquer qu’il ^{est souvent d’une} grande

difficulté d’obtenir une longue ^série satisfaisante d’observations pour ^la représentation graphique. ^Cette

difliculté tient aux grandes variations quelquefois

subites concernant le nombre des gros ions présents.

Les courbes représentées ^{ici ont} été obtenues après ^un grand ^{nombre d’essais, en} maintenant seulement ceux

dans lesquels l’ionisation restait constante pendant ^le temps nécessité pour faire ^{une série} complète ^d’ula-

servations.

La série des courbes qui ^{viennent d’être} repro- duites montre que ^tous les gros ^ions présents ^dans l’atmosphère ^ont approximativement ^{la même mobi-}

lité. Notre travail ne donne aucune indication sur la

présence ^{des ions} d’une dimension intermédiaire,

caractérisés par ^une mobilité de l’ordre de 1/100

par seconde, ^{comme cela a} été trouvé par Pollock.

La valeur de la mobilité donnée ci-dessus, 1/5100 ^cm

par seconde, ^{est en} bon accord ^avec les observations de

Langevin.

Rapport ^des observations du nombre des gros ions par cme de l’atmosphère.

^{On verra} plus ^loin que ^le nombre des petits ions dans l’atmo-

sphère ^n’est qu’une ^très petite fraction du nombre des gros ions. 11 ^en résulte que l’ionisation ^mesurée

en observant le couraut de saturation dans 1 appareil

le plus grand intéresse presque entièrement des gros

ions, ^et leur nombre pur ^cm3 peut être obtenu si on

suppose que chacun d’cll porte ^la charge ^électro- nique.

Plus de 400 séries d’observations ^ont été faites sur ce nombre; ^{les valseurs ont} été trouvées varier entre

5700 _par rn1;) et 60000 par ^cul, la moyenne étant environ 1 000. Les observations s’étendaient avec des

intervalles 3ur une période ^de do douze moi de ni ai 1911 i juin 1912. Le nombre présent ^est sujet

il de grandes ^et rapides variations. La méthode em-

ployée, ^en donnant d’abord les résultats généraux ^des observations, ^a pour but de donner simplement ^la

moyenne pour ^un jour quelconque, ^à l’exception ^des jours ^{on on observait de} grandes variations ou quand

il se présentait ^d’autres phénomènes intéressants. Ces observations ont été notées d’une façon spéciale.

Dans les premières étapes ^{de ce travail nous avons} pris ^soin d’examiner s’il y avait quelque ^différence

dans les nombres des gros ions positifs ^et négatifs :

mais nous n’avons pas trouvé la certitude d’une telle différence de grandeur appréciable. Nous ^{avons dressé}

des tableaux dans lesquels N indique le nombre de gros ions positifs ^{par em-3 et M le nombre de} petits

ions par ^cme pour ^toutes les fois où on les a mesurés.

Les petites ^{valseurs trouvées} pour ^{n seront} discutées

plus loin 1.

Discussion des observations.

Les tableaux dressés montrent de très grandes variations dans la valeur de N. Il est difficile de trouver une cause de

ces variations de façon ^à la relier à des conditions dé- unies de l’atmosphère ayant ^{lieu en même} temps,

particulièrement ^{si on} considère que les changements

subits de grande amplitude ^{ont lieu souvent} indépen-

damment de tout changement apparent ^{des conditions} météorologiques. ^En négligeant ^{les cas anormaux, il} n’y ^a pas de grande différence dans la valeur moyenne de N pour chacun des rrlois sur lesquels les obser- vations ont porté. ^Il y ^a peut-être ^un léger ^excès

pour ^{les lnois} d’hiver. Par teinps ^{très sec et} chaud,

de mai à juin, les valeurs de N variaient pour ^la plus grande partie ^{entre 5000 et 10} 000, ^et des valseurs semblablement faibles ont été trouvées par temps

sec de novembre et pendant ^une période ^{de froid}

sec de janvier. ^Le temps ^{llumide et} brun1eux, ^d’autre part, ^est accompagne ^de grandes valeurs de N.

Les valeurs éleva-es de N d’une façon ^{anormale ont}

été obtenues ^en quelques ^{occasions au cours d’une} pluie exceptionnellement ^lourde; mais les valeurs

exceptionnellement grandes ^étaient chaque ^{fois accom-} pagnées ^d’une précipitation anormalement grande, ^les

gouttes ^de pluie étant très grosses ^est tombant vcrtica- lement. En une de ces occasions N a été de 60 000.

La valeur 53 000 a été obtenue pendant un ^brouillard

très dense. Un a toujours ^obtenu des valeurs élevées

quand les observations ont eu lieu pendant ^{le brouil-}

lard. Quelques ^inatins, pendant lesquels il y aBait d(Bs brouillards épais, ^les valeurs de N étaient grandes

mais diminuaient à ^mesure que l’atmosphère ^devenait plus ^claire.

1. Ces tableaux qu’il ^ne paraît pas utill’ de reproduire ^ici

on tété imprimées dans les Proceedings of the Royal liste

A ( , fi L’ JU y. 30 ^{1912). 80. 81 et 82.}

Un jour ^{on a fait des} observations pendant ^une

tout mente déneige. ^{Environ deux heures avant lt’}

commencement de la chute, N avait la vakur 15 000.

La neige ^{tomba a} peu près ^{une heure;} pendant ^ce temps N s’éleva h :0 000. Dans la soirée dtl même

jour il y ^{eut une autre} chute de neige pendant laquelle N atteignit ^la valeur 54 000, pour ^dinlinl1er a 18 000 quand ^{la neige eut} cessé de tomber.

On a observe la variation suivante huit fois pen- dant un temps ^{chaud sans} nuages. Les valeurs de N

pendant ^le jour,

c’est-à-dire, ^al différents instant avant six heures, par minute ^{en ces} occasions

étaient comprises ^{entre 5000 et i 000. Entre 9 et}

10 heures _par niinute, ^les valeurs pour les mêmes

jours ^{variaient entre 1 () 000 et 1 1000. Cet accroisse-}

ment dans la soirée ^a toujours ^{été observé toutes les}

fois qu’on ^{a fait} des observations pendant ^ce type particulier ^de temps.

On ^a fait beaucoup d’observations de N pendant ^la

nuit. En général, ^{elles n’ont} pas présenté ^{de diffé-}

rence frappante ^{avec les valeurs obtenues} pendant ^le jour.

Le tableau contient beaucoup d’exemples ^{de très} grandes variations dans la valeur de N pour ^{un court} espace de temps. ^{La nature} variable de N est amplifiée

dans le diagramme (fig. ^7), qui donne les valeurs

Fig. ^7.

Elc B prises a ^des intervalles d’une demi-heure pen- dant une période prolongée ^{où le} nombre n’était pas d’une inconstance spéciale.

f;n plusieurs occasions, ^de longues serves continues d’observations ont été fiites allernatirclllenl slln le nombre des ions positifs ^et négatifs. Elit s n"ont pas réussi a montrer une différence appréciable quel-

conque ^entre les nombres des ions positifs ^et négatifs

à un moment quelconque.

Les valeurs _{de N que} nous avons obtenues sont, dans la tolalilô, beaucoup supérieures ^{à celles tronv ’es}

par Pollock a Sydney. ^{Dans le} travail de cet auteur une série de 117 observations a donne 5300 comme

valeur maximum et 600 comme valeur minimum de 1, la moyenne pour les ions positifs ^{étant 1 ,9 1 fi et}

pour les négatifs 2,228. Les valeurs obtenues par

Langevin donnent une moyenne d’environ JO ono.

Reproduction ^{de3 ions.}

Dans le but de découvrir la nature et le mode de formation des gros ions, ^{on a} fait des expériences ^de reproduction ^{de ces}

ions dans de l’air qui avait été antérieurement prive

de ces ions. On employait ^{à cet effet un} récipient cylindrique ^{dont la} capacité était environ 450 000cm3

et en faisant varier convenablement la pression ^en pouvait ^{obtenir un courant} d’air très constant de la valseur désirée. L’air était aspiré par l’aspirateur ^à

travers l’appareil, ^de façon que ^tous les _gros ions étaient supprimés pendant ^le passage à ^travers le

champ électrique, ^{le courant} de saturation c étant observé. Il était maintenu pendant des intervalles de temps ^{variées dans le} récipient ^et envoyé ^{de nouveau}

dans le clamp électrique., ^{le courant} de saturation c’

étant de nouveau mesuré. On a trouvé que pour ^dif- férentes valeurs de _c, quand l’air désionisé était maintenu dans le récipient pcndant le même inter-

valle, les valseurs du rapport ^{de c’ à c étaient} beaucoup plus concordantes que les valseurs absolues de c’. Les résultats des expériences pour différents intervalle sont représentés surlangure 8 ou les abscisses repré-

FigB8.

sentent les intervalles de temps pendant lesquels ^l’air

était maintenu, ^{et les} ordonnées, ^les valeurs du _rap- porl, ^{cle c’ a c. On verra} que la valeur de l’ordonnée

a presque ^{atteint son maximum} de 0,86 ^{en environ}

une heure, demeure pins ^{ou moins constant} pendant

un temps considérable, puis ^{tombe, en} quelque ^sorte rapidement ^{au début} puis ^{très lentument vers zéro.}

Il semble, par conséquent, que ^des gros ions puis-

sent être reproduits d;ins l’air d’où ils ont été enlevés par ⁿⁿ champ électrique, quoique ^{dans une} propor- tion moindre, ^et que ^ces ions disparaissent ^ensuite

très lentement.

Atm de voir quel temps peut ^{durer le mode de} reproduction ^{dans une masse} donnée d’air privée ^des

gros ions à intervalles par ^un champ ^rIt ctrique, ^{on a}

fait les expëricn’es su:Bantes. L’air était d’abord

aspiré ^{d.ins le} récipient ^{,1, à travers le} champ ^élec- trique, ^tons les gros ions étant de ^celte façon ^enlevés.

Apres ^un intervalle de 11) minutes il était envoyé ^à

travers le chainp électrique ^{dans un autre} récipient

semblable R, ^{le courant} de saturation étant mesuré ;

il était cnvt’yé ^{de B en À} après ^un intervalle de 10 minuter ^{le courant} de saturation étant de nou-

;eau mesuré ; ^on répétait ^cette manipulation pour différents intervalles. Les résultats sont représentés

sur la figure ^{9, où les ordonnées} donnent les ^cou-

Fig.9.

ranls de saturation en unités arbitraires et les abscisses le temps ^mesuré depuis ^le premier passage de l’air de B à A i celui auquel ^les observations successives étaient faites. La courhe montre que les

gros ions ^sont produits immëdiatement après ^{que l’air}

a été privé ^{d’eux d’une} façon répétée, ^la quantité produite pendant ^un intervalle quelconque ^{est moindre}

que celle produite pendant l’intervalle précédent. ^L’air

devient moins propre ^à produire ^de gros ions après que

ceux déjà produits ^{ont été} enlevés, De là il semble que

la reproduction de gros ^{ions ne} dépende simplement ^de

J’état de l’air en ce qui ^{concerne des} caractéristiques

telles que l’humidité, ^la température ^{ou la} pression ;

elle ne dépend ^non plus simplement ^{de la} quantité

de rayonnement radioactif ^ou pénétrant auquel ^l’air

est exposé. L’air doit contenir une quantité ^limitée

de quelque ^{chose d’où les} gros ions ^sont produits ^et

dont ^une portion ^{est enlevée avcc} les gros ions formés. Par ces cunsidérations on est immédiatement conduit à examiner la possibilité ^{d’un gros ion formé}

par ^un noyau suspendu ^{dans l’air,} primitivemcnt ^non chargé, ^{mais le devenant} par attraction ^sur lui d’un des petits ions, ^{dont un} certain nombre existe toujours

dans l’atmosphère. L’cxistence de tels noyaux ^{a étu} surabondamment prouvée par les expériences ^de

condensation d’Aitken, Wilson, ^{et autres.}

L’exactitude de cette conception desgros ^ions reçoit

une forte confirmation dans les expériences ^{que nous}

avons faites sur l’effet de reproduction des gros ions

en filtrant l’air sur du coton de verre. L’air était

aspiré dans le réservoir à travers un tampon ^{de coton} de verre hien tassé et d’une grande longueur. Il pon- vait demeurer dans le récipient à gaz pendant ^environ

une heure et demie, correspondant ^au temps ^de

reproduction maximum des gros ions dans l’air désionisé, ^et était ensuite examine ^en le faisant passer dans le champ électrique et mesurant le courant de saturation. Le courant de saturation obtenu n’était que CI, 14 du courant de l’air libre. Le filtre devenait d’autant

plus propre à enipècher ^la reproduction des gros ions que la quantité ^{de coton de verre était} plus grande, ^et

que ^{ce coton} était plus tassé, ^{de telle sorte} qu’il ^semble probable qu’en perfectionnant ^{le filtre l’air} pourrait

être amené à un état dans lequel ^aucun gros ion ^ne

pourrait ^être reproduit. ^{C’est ce} qui ari-iverait si tous les noyaux présents dans l’air et capahles ^{de créer des}

gros ^ions étaient enlevées, ^{et cela} correspond ^{au fait} qu’aucun nuage ^n’est produit par de petites ^détentes quand ^{l’air est filtré au travers du coton de verre}

avant d’être admis dans la chambre de condensation.

C’est par conséquent ^un argument puissant pour considérer que ^ces gros ions ^sont formés par ^un centre non chargé ^{attirant à lui un} petit ^ion présent

dans l’air.

Parvenus à cette conception ^{des gros ions, nous}

devons examiner plus étroitement la nature et les

propriétés ^{des noyaux} nécessaires pour leur reproduc-

tion. Ce qui ^est probahlement le caractère le plus frappant ^des gros ^{ions est le} fait qu’ils ^soit

tous de la même grandeur. ^{Si, par} conséquent, ^le

gros ^{ion se} compose d’un ^tout petit ^{ion et d’un}

noyau, les noyaux doivent ^{être tous} de la même

grandeur. Chauveau 1, ^{en examinant la nature des} noyaux né essaires pour les expériences ^{des con-}

densations £1’Aitken, ^{considère les sources de ((} _pous-

sières » sous la forme de fines particules ^{solides sus-} pendues ^dans l’atmosphère ; par exemple, l’ascension de quantités considérables des matières de la surface du sol par les ^courants d’air ascendant, spécialement

dans les contrées désertiques, ^{et les} éruptions ^volca- niques accidentelles qui projettent ^{à une} grande ^dis-

tance d’énormes quantités ^{de matières finement}

divisées. Quoiqu il admette ^la difficulté d’une _preuve certaine, ^il expose les raisons de considérer cette façon

de vomir comme douteuse, ^{si dans l’air normal} _{il y} ^a

une quantité suffisante de matière solide dans un

état de division sulfisant pour rendre compte ^des expériences ^d’Aitkcn, qui ^établit 100.000 par ^cm3

comme valseur du nombre de ces novaux fréquem-

ment obtenus près ^{du sol. Il} y ^{a une} difficulté incom-

parable111ent hlus grande ^à accepter que ^ces parti-

cules de poussières ^{solides sont} les noyaux envisagés

dans la formation des gros ions ; car on ne peut

concevoir rlue des particules produites sans aucune

loi régulière apparente puissent ^{être tous de la même} grandeur.

D’autre part. la théorie que Langevin ^a développée

de la formation des gros ions agrée bien dans ses

lignes générales ^{aBec les résultats} expérimentaux ^de

4. Le Radium, 9 HH2 161-169.

ce mémoire. J. J. Thomson’ et Langevin ^{2 ont mon-}

tré indépendamment, par des considérations thermo-

dynamiques, ^{que l’eau condensée sous forme de} gouttes in;isibles peut ^{exister dans} l’atmosphère, ^même quand ^{elle est loin d’être saturée} de vapeur d’eau,

et la grandeur probable ^{de ces} gouttes, indiquée par la théorie, quand ^{ellcs sont} en équilibre ^{stable, est}

en bon accord avec la grandeur de gros ions déter- minée par ^sa mobilité. Langevin ^{considère ces} gouttes

d’eau invisibles comme les _{noyaux à} partir desquels

les gros ions ^sont formés, quand ^ils acquièrent ^une charge par collision ^{avec un} petit ^ion.

En admettant cette théorie pour la production ^des

gros ions, quelques points concernant les relations

entre les nombres de noyaux ^non chargés, petits ^ions,

et gros ions présents ^{à un instant} quelconque. peuvent

être discutés ultérieurement.

Lan--evin5 ^considère que la fraction des noyaux

liquides qui ^est chargée ^{ii un instant} quelconque ^est indépendante du nombre des petits ^{ions. Il} imagine ^les

gros ions ^{comme étant} produits par la diffusion des

petits ^{ions vers les centres non} chargés, ^la production

des gros ions étant limitée par la recombinaison ^de gros ^{ions avec} les petits ^{ions du} signe contraire, ^de façon que si les petits ions des deux signes ^{étaient en}

nombre égal, ^il s’établirait un état permanent ^dans lequel ^une fraction des particules ^serait transformée en

gros ^ions. Cette fraction, ^{il la} considère comme indépen-

dante du nombre des petits ^{ions à un instant} quel-

conque, puisque ^{la formation et} la rccombinaison à la fois ont lieu sur une échelle proportionnelle ^aux

nombres des petits ^ions présents.

Des expériences que nous avons faites ne sont pas

en accord avec cette considérations. Les expériences

étaient faites sur l’effet des rasons y ^du radium sur

la loi de

production des gros ions dans l’air désionisé maintenu dans un récipient â gaz. Les résultats ^ont montré que l’exposition ^aux rayons y augmente ^le nombre des gros ^ions produits ^{-à un instant} quel-

conque. Quand l’exposition ^{durait un} peu plus ^d’une

heure correspondant ^au temps nécessaire pour obtenir la valeur maximum de c’/c (fig. 8), la valeur obtenue alors était ’2 au lieu de 0.86.

Quand de l’air filtré sur du coton de verre était soumis aux rayons y, il n’y ^avait pas d’augmentation appréciable ^des gros ions produits, ^{fait en hon accord}

avec la théorie que l’impuissance pour l’air filtré li

reproduire des gros ions ^est due à l’enlèvement des noyaux essentiels par le ^coton de verre.

La théorie semblerait d’accord avec les résultats que nous aBons obtenus, ^{si nous} considérons la recom-

binaison de _{gros ions} de signe contraire. Considérons

une masse d’air, d’où les gros ions ^ont été supprimés

1. Conductivity through ^Gccses.

2. Le Radium 9 (1912.

5. Soc. de Phys., ^{19 ilai} (1905).

par ^un champ électrique, ^mais qui ^{contient un certain}

nombre de noyaux liquides. ^De gros ^{ions seront} gra- duellement produits dans l’air. Soit N1 le ^{nombre des}

noyaux ^non charges ^{vt un instant} quelconque, ^{et N le}

nombre des gros ions de l’un et l’autre signe. ^Un

accroissement de N sera dii à une diffusion ultérieure des petits ^{ions sur} les noyaux neutres, ^et la loi de l’accroissement sera proportionnelle ^au produit ^{de N}

par le nombre des petits ions de l’un ou l’autre signe

que ^nous désignons par ^{u. En} opposition ^{à cet accrois-}

sement sera la perte ^{due à} la recombinaison _{des gros} ions d’un signe ^{avec les} petits ^{ions du} signe ^contraire,

recombinaison qui ^est proportionnelle ^au produit ^Nn,

et aussi la perte ^{due à} la recombinaison des _gros ions d’un signe ^{avec ceux du} signe contraire, ^{dont la} valeur est proportionnelle ^{à N’. On a donc :}

où B Y o ^{sont des} constantes. Des considérations théo-

riques ^montrent que B et ; ^sont chacun du même ordre de grandeur que ^a, coefficient ordinaire de recombinaison des petits ^ions, quoique ^un peu plus petit, ^tandis que o ^est hcaucoup plus petit. L’équation

montre que N passe par ^{un maximum} quand :

après quoi ^{il diminue} graduellement. ^{Si l’air est}

fortement ionisé, n ^sera grand par rapport ^à N, ^de

sorte que ^{dN2 sera} petit par rapport ^{aux autres termes.}

Dans ce cas, quand ^{N ezt maximum,} la fraction N1 N ^tend

vers la valeur y B. ^{Si l’air est} exposé ^{à de faibles sources} d’ionisation,

En conséquence, quand N ^est maximum, ^{une frac-}

tion moindre des noyaux ^alors présents ^sera des gros ions.

Les petits ^ions.

Le nombres des petits ^{ions dans} l’atmosphère ^{à un instant} quelconque ^{cst de} grande importance; ^{et dans les dix années} passées ^{on a beau-}

coup travaillé a mesurer ce nombre dans des condi- tions très varices. Le nombre trouvé généralement

par ^cm3 varie considérablement, ^{mais en} général

oscille entre )00 ^et plusieurs ^{milliers, la valeur}

moyenne étant d’environ 1300. Ces résultats sont

ordinairement déduits d’observations effectuées avec

l’appareil ^{bien connu d’Ebert. Dans de tels calculs,} cependant, ^{il n’est} pas ^tenu compte des gros ions

présents ^dans l’atmosphère; ^{et un} grand ^{doute a été} jeté ^{sur leur} exactitude à donner le nonlbre connu de

petits ^{ions de Pollock,} qui aifirme que dans l’appareil

d’Ebert une très grande fraction de gros ions ^est recueillie par l’extrémité isolée, ^résultat avant pour effet de donner une valeur beaucoup trop élevée pour le nombre des petits ^{ions. Dans les mesures des} petits ions effectuées par Pollock, ^{en utilisant un}

appareil ^{et un} voltage ^tel qu’il recueillait tous les

petits ^{ions et seulement une fraction} insignifiante ^de

gros, il obtenait à Sydney des valeurs dont le maxi-

mum était 157, le minimum 0, la moyenne de 128 observations donnant 59 pour le nombre des ions

positifs ^et 58 pour celui des ions négatifs par ^cm3.

Langevin ^a mesuré les petits ions de la même façon ;

et le résultat avec ie nombre des gros ions étant envi-

ron 50 fois celui des petits donnerait la valeur 200 pour ^les petits ions par cm5. Ceci est loin aussi au-

dessous des valeurs ordinairement trouvées. La diffé-

rence entre les valeurs de n mentionnées par les obser-

vateurs qui ^{ne tiennent} pas compte des gros ^{ions et} les valeurs données par ^ceux qui ^les considèrent, ^est appuyée par nos mesures faites sur 25 jours ^{à ditTé-}

rentes époques de l’année. Le tableau montre que ^la valeur maximum observée de n est 197 et le minimum

17, la moyenne ^étant 78.

Des ohservations directes du nombre (q) ^des petits

ions produits par seconde dans ^un centimètre cube d’air par ionisation naturelle donnent ^{5 ou 6 comme}

valeur moyenne pour ^cette quantité. ^{Dans le cas de}

l’ionisation naturelle dans l’air ordinaire, pour ^trou-

ver la relation de n et q, ^nous devons tenir compte ^de la recombinaison des petits ^{ions avec} les gros ions de

signe contraire, ^{et aussi} de la diffusion des petits ^ions

vers les noyaux ^non chargés, ^{comme affectant l’état}

constant. A l’équilibre nous aurons par conséquent

relation dans laquelle ^{x est le} coefficient ordinaire de rccombinaison des petits ^{ions de} signes opposés, ^les

autres lettres ayant ^{les mêmes} significations qu’aupa-

ravant. Dans cette équation, ^{les termes} correspondants

au nombre des _{gros ions} et des noyaux neutres seront de beaucoup plus importants que le ^{terme «n2} dans le cas de l’air ordinaire, ^{où îz est} faible par rapport à N et Ni. Nous n’avons à présent que peu ^de données pour comparer la valeur de q obtenue de cette équa-

tion avec celle trouvée expérirnentalement. Supposons, cependant, que ^nous prenions B et y ^{de même ordre} que x’, c’est-à-dire 10-6, ^et prenons pour N1 ^la

valeur 50000, qui ^{serait une} valeur moyenne pour le nombre de noyaux par ^cnn obtenu _{par Barus} avec son

appareil ^de condensation; ^en supposant pour ^7t et N les valeurs moyennes 80 et 16 000, ^{nous obtenons}

pour q la valeur à. Dans ^ce calcul nous avions supposé

tous les noyaux de Barus de la nature de ceux qui

sont nécessaires pour la production des gros ions.

1. La valeur due », ubtenuc _{par 1Ic} Clung ^dans l’air tilt’ est

1.3x 10-6 [Phil, Mag. 1902) 283-305].

Nous reviendrons sur ce point plus tard. Les valeurs de rl, par conséquent, déduites des résultats donnés par Lalyevïn, ^{Pollock et} par ^nos propres observations, semblent concorder bien mieux avec les résultats des

mesures directes que celles tirées des valeurs de n données par les expérimentateurs ^utilisant l’appareil d’Ebert, quand ^{on tient} compte ^{de la} combinaison des

petits ^{ions avec des} gros ^ions de signes opposés ^{et avec}

les noyaux ^neutres. Rutherford a attiré l’attention

sur l’effet de particules finement divisées en suspension

dans l’air pour augmenter la conductibilité de l’air,

quand ^{la source} d’ionisation ^a été retirée, ^{et a mis en} évidence que ^cet effet serait relativement d’une grande importance ^{dans le cas de l’air} exposé ^{seulement aux}

sources naturelles d’ionisrion.

Le point ^mcntionné p?i haut, à savoir, s’il n’y ^a

que certains parmi ^{tous cs} noyaux de condensatinn d’Aitken et Barus qui ^sont identiques ^{comme nature}

avec les noyaux propres ^à la formation des _gros ions,

est d’un grand intérêt. Dans une série de ses expé-

riences Pollock ne réussit pas ^à observer ^une conden- sation sur les _gros ions par détente. Ceci s’explique

par le fait que la « poussière ^o était enlevée _par une

opération préliminaire ^{et très} probablement ^{en même}

temps ^{étaient enlevés} les gros ions et les noyaux qui

les engendrent. ^{En fait, ces} expériences s’accordent

avec nos observations qu’il n’existe pas de production

de gros ions ^ou des noyaux ^nouveaux dans une

enceinte fermée contenant de l’air d’où on a enlevé ces

noyaux. Barns 2 donne un compte ^très détaillé, des valeurs journalières ^du nombre de noyaux présents

par cnr pendant ^la plus grande partie des années 4005 et 1904. Ces valeurs étaient obtenues par ^des méthodes de condensation. Elles se rangent ^{entre 10 000 et} 100 000 et sont par conséquent ^{de même ordre de} grandeur que celles auxquelles ^on s’attendrait si ces

noyaux étaient ^tous de même nature que les _noyaux

(lui produisent les gros ions. Des valeurs analogues

ont été obtenues par Aitken.

Toutes les observations relatives au nombre de gros ions par ^em5 dans l’atmosphère rapportées ^{dans ce}

mémoire ont été faites anx butiments du Collègue ^situés

dans la Nille, ^{et la} question ^se pose de ^savoir jusqu’à quelle ^limite les ^{nombres observés} peuvent ^être parti-

culiers à l’air d’une ville et quels ^{résultats on} pouvait

obtenir dans de l’air plus pur. Un ^antre travail pour- suis i à présent ^{dans un} laboratoire a montré que, dans les gaz issus de, flalnnmes de nature variée, ^les ions diminuent en mobilité avec le temps jusqu’à

iitteiiidre la même valeur (me nous avons trouvée pour les gros ions atmosphériques, ^et leur mobilité reste alors constante. Ceci s’accorde ^avec les résultats de Bloch3. Cu· résultats font penser que probablement

1. Phil. Mag. ^{1897 -l22-440.}

’2. Nucleation atmosphérique. Smithsonium Contributions to knouledge. ^{34 (1905.}

3. So ieté française ^de Phys que (1905, 436.

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

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

nous avons fréquemment observe la présence ^de gros ions pendant ^{la nuit et aux} premières ^{heures du matin}

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

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

époque prochaine, ^{avec un} appareil plus transportahle,

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

En conclusion, ^nous pouvons discuter la nécessité d’étudier beaucoup plus soigneusement l’action de

l’appareil enregistreur employé ^dans beaucoup ^{de sta-}

tions pour ^mesurer l’ionisation de l’atmosphère, ^car

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

[llanuscrit reçu le 15 décembre HH3.]

Sur la résonance optique des gaz ^et des vapeurs

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

Un cas remarquable de résonance optique Parmi les raies d’émission d’une vapeur, ^{il en est} certaines qui jouissent ^{de la} propriété ^{suivante :} quand ^{on envoie à} travers cette vapeur ^un faisceau lumineux dont la longueur ^{d’onde est} celle de l’une de ces raies, ^{la trace} du faisceau à travers la vapeur devient, a son tour, ^une région d’émission pour ^cette

longueur ^{d’onde. La} question ^{de savoir} quelles ^sont

les raies d’émission qui jouissent ^{de cette} propriété reularquable ^est loin d’être résolue. M. Wood ^{1 a} montré, ^en particulier, que la raie 2556 du mercure

donne un exemple ^{très net de ce} ph8nomène. ^J’ai

observé moi-même ² qu’un faisceau de lumièrc blan- che marque ^son passage ^{à travers de} la vapeur ^de sodium pure ^en provoquant la luminescence de cette vapeur. Cette luminescence ^est orangée, ^et je ^n’ai

pu y observer que la raie ^D. Ce sont les premiers exemples ^d’un phénomène qu’il ^{est bien} difficile d’in-

lerprllter ^autrement qu’en admettant l’existence dans la vapeur de résonateurs accordés sur la longueur

d’onde excitatrice.

Que ^se passe-t-il quand ^la densité de la vapeur

augmente ? ^On peut s’attendre à ce que l’absorption

de la lumière excitatrice soit de plus ^en plus rapide,

qu’elle pénètre ^{de moins en moins à travers} la vapeur,

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

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

ou des résonateurs moléculaires devient assez grande,

on peut prévoir que la couche de résonance sera

extrèmement mince et constituera sur la paroi ^interne

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

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

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

la suriace intérieure du récipient ^était devenue par- faitement diffusante.

On peut ^{même se} demander, quoique ^{cela ne} paraisse pas évident, ^si la vapeur ^ne peut, ^{sous une}

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

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

phénomène ^{de résonance} superficielle ^{dilluise est}

d’une observation très aisée.

Le dispositif ^le plus ^{commode consiste à chauffer,}

dans le courant de _gaz chauds qui ^{sort d’une che-}

minée au bas de laquelle ^{hrùle un bec Bunsen, un} petit ballon de quelques centimètres de diamètre, soigneusement ^{vidé de} gaz, ^{et contenant un} peu de sodium pur. ^On forme sur la paroi ^{du ballon} l’image

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

arriver de l’air chargé ^de gouttelettes ^par pulvérisa-

tion d’une solution très étendue de chlorure de sodium. Au lieu de former exactement l’image ^{de la}

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

la flamme. Si l’on se place ^en dehors du faisceau des rayons réfléchis régulièrement par ^la paroi, ^cette image ^{est invisible} quand le ballon est froid et quc ^L.

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

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

trace du faisceau lumineux excitateur qui ^{traverse le}

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

présente ^{à un haut} degré ^{un caractère très remar-} quable, que j’avais déjà ^observé, mais moins nette- ment, ^avec l’excitation par la lumière blanche ; ^au

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

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