Décharges dans les gaz raréfiés et actions de surface

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G. Reboul

To cite this version:

G. Reboul. Décharges dans les gaz raréfiés et actions de surface. Radium (Paris), 1909, 6 (7), pp.209-

215. �10.1051/radium:0190900607020901�. �jpa-00242362�

nous citerons celles qu’on ^{obtient en chauffant un} peu

un corps légèrement ^{hamide; on} peut ^{ainsi obtenir}

des centres diffûsant peu de lumière ^et animés de mouvements browniens très vifs; ^{en les} chargeant

par le radium ^{et en mesurant} leur mobilité on en dé-

duit, par la formule de Stokes, ^un rayon qui ^{ne dé-} passerait pas 3 ^{à 5 03BC03BC.}

La fumée de cigarette contient des centres positifs, négatifs et neutres dont les rayons peuvent aller de 50 à 300 tJ.1J. ; les fumées de papier salpêtré ^sont également chargées et souvent très fines et très homogènes ; ^{il en}

est de même des poussières ^{dont se} chargent les gaz

qui passent ^au voisinage ^d’une petite ^{étincelle élec-} trique.

Les fumées de chlorhydrate d’ammoniaque ^sont

neutres et relativement grosses ; les poussières qu’on

obtient en faisant decréfJîter des cristaux (sel marïn)

ou qui ^{se trouvent en} suspension dans les gaz ayant

barboté dans des solutions concentrées sont toutes

chargées ^et portent ^des cl2arges multiples qui peuvent aller jusqu’à ^{50 ou 50 fois e ; elles sont} produites par des arrachements de surfaces.

Le nombre des centres présents ^{dans les fumées} peut ^{être très} considérable ; dans la fumée de tabac

moyennement épaisse ^on peut ^{l’évaluer à} plusieurs

dizaines de millions par centimètre cube, ^ce qui ^donne

une distance moyenne de l’ordre ^de 50 03BC.

Il _y a une cause d’erreur à éviter dans le inanie- ment des fumées : il faut naturellement les faire pas-

ser de l’endroit où on les a produites ^{dans la cuve où on}

les examinera ; quand ^les grains ^sont gros ^et qu’on

refoule trop ^{vivement le} gaz qui les contient à travers

un tube de verre ou de caoutchouc, ^ils peuvent ^se charger par frottement contre les parois, par le méca- nisme utilisé dans les figures ^de Lichtenberg; ^le

même inconvénient est moins à craindre avec les pous- sières fines, ^sans doute parce que les grains qui ^tou-

chent les parois ^{ne s’en} séparent plus et sortent de la

suspension; ^{il sera} toujours prudent ^{de faire douce-}

ment les transvasements; l’obtention de fumées ^com-

plètement neutres montre du reste qu’on ^{arrive assez}

facilement à éliminer l’effet du frottement.

Conclusions.

En résumé, les fumées qui peuvent ^{se trouver en} suspension ^{dans un} gaz ^et que la pesanteur ^{n’entraîne}

pas trop rapideiiient, ^se composent ^de grains ^vi-

sibles à l’ultramicroscope ^et dont le rayon ^{va de}

quelques ^{03BC03BC à} quelques ^{centaines de 03BC03BC; les} parti-

cules sont animées de mouvements browniens qu’on peut enregistrer par la photographie ; l’amplitude ^{de ces}

mouvements est reliée à la grosseur des ^centres par

une relation que l’expérience ^{montre être conforme à}

la formule d’Einstein.

Sou; l’action d’un champ électrique, ^les particules

se montrent neutres ou chargées ^de chaque signe ^et

se comportent ^{en tous} points ^{comme des ions de}

faible mobilité. La charge, égale ^{dans un} grand

nombre de cas à la charge atomique, peut ^atteindre plusieurs ^{fois cette valeur ; on} peut ^{alors la ramener}

à l’unité en produisant ^de petits ^{ions au sein du}

gaz.

Les suspensions gazcuses ^se rapprochent ^{des sus-} pensions liquides ^{en ce} que, dans les deux _cas, le mouvement brownien des granules ^suit la formule d’Einstein malgré 1a différence des chemins moyens

qui, petits ^devant la grosseur des particules ^{dans le}

cas des liquides, peuvent dépasser ^{cette valeur} pour les gaz; les deux principes ^sur lesquels repose l’éta- blissement de la formule d’Einstein paraissent ^du

reste valables dans les deux cas.

Mais, ^{outre les} différences _que font naître la fai- blesse de la densité et de la viscosité des _gaz, les

suspensions ^{dans ces milieux se} séparent ^{des solu-}

tions colloïdales par le ^fait qu’elles peuvent contenir ¡t la fois des charges positives, négatives ^{et nulles.}

[Reçu ^{le 29} juin 1909.]

Décharges ^{dans les} gaz raréfiés ^{et actions de} surface

Par G, REBOUL

[Faculté des Sciences de Paris.

Laboratoire de M. LIPPMANN].

J’ai essayé ^{de montrer 1} que le passage de cliarbes électriques d’un gaz ^{sur un} métal produit ^{une modi-}

fication de la cohésion à la surface de séparation ^des

deux milieux, ^et qu’inversement ^une variation de la 1. G. REBOUL, Annales de Physique ^{et de Chimie, 8me série,}

i4 (1908) ^435.

surface de l’électrode provoque l’apparition de charges électriques dans le gaz. Les expériences étaient f’aites

avec le mercure et rair à la pression ordinaire; ^{il m’a} paru intéressant de les répéter dans l’air raréfié, ^ce

qui permet d’augmenter l’intensité des charges ^mises

en jeu.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190900607020901

J’exposerai d’abord les expériences ^montrant que le passage ^de charges du gaz ^sur le mercure produit ^une

variation de la constante capillaire, nous verrons en-

suite quelle ^est l’influence de la variation de la surface

sur la décharge ^dans le gaz, ^en dernier lieu ,j’essaierai

de montrer le rôle possible ^de la surface de l’électrode dans les décharges électriques des tubes à vide.

1

Influence de la décharge ^{sur la constante} capillaire.

L’expérience ^{est, en} principe, disposée ^{de la} façon

suicante : dans un récipient ^{à vide est} placé ^{un tube}

à extrémité effilée et contenant du mercure. Au moyen de petits accumulateurs on établit une diflé-

rence de potentiel ^{entre le mercure de la} pointe ^et

une électrode placée vis-à-vis. On provoque ^{la con-} ductibilité _{du gaz} ^et l’on examine au microscope ^les déplacements ^{du niveau du mercure dans la} pointe capillaire. ^La pression ^{dans les} expéricnces qui ^suivent

était de l’ordre du millimètre de mercure.

Les résultats sont essentiellement différentes sui- vant l’intensité des charges ^{mises en} jeu, c’est-à-dire suivant que l’on ^{a une} décharge ^{obscure, ou} bien que la décharge ^{affecte la forme} lumineuse du Geissler,

soit enfin, quand, ^en augmentant l’intensité, ^l’on

arrive à la décharge réellement disruptive, qui ^accom-

pagne l’établissement ^{de l’arc.}

a) Décharge obscure. 2013Il est indispensable ^de

mettre le mercure de la pointe ^à l’abri des phénomè-

nes d’influence

F 1.

et la pointe ^elle-

même à l’abri de la pénétration ^de charges. ^Aussi l’expérience ^était-

elle disposée

comme l’indique langue.

L’extrém ité

capillaire ^est pla-

cée à l’intérieur d’un écran élec-

trostatique, ^for-

mé par ^un cylin-

dre en toile mé-

tallique ^{relié au}

sol d’une façon permanente. ^Un

entonnoir à robi- net en relation par ^un tube de caoutchouc ^avec le tube de la pointe permet ^d’amener

le niveau dans le champ ^du microscope. ^On provoque

la conductibilité du _gaz en produisant ^entre l’électrode

supérieure ^{et l’écran les} décharges d’une bobine d’in- duction : des charges positives ^et négatives pénètrent

dans l’écran soit sous forme de particules cathodiques quand l’électrode supérieure ^est négative, ^{soit sous}

forme de rayons ^canaux quand ^{elle est} positive. ^Il y ^a donc des charges ^{des deux} signes ^{dans le} voisinage ^de

la pointe, qui ^reste cependant à l’abri des phénomènes

d’influence. Une batterie de petits accumulateurs _per-

met d’établir une différence de potentiel ^{entre le mer-}

cure de la pointe ^{et l’écran :} suivant le sens de cette

différence de potentiel ^{ce sont. les} charges positii es ^ou négatives du gaz qui ^{viennent sur le mercure et} y pro- duisent les variations de cohésion que l’on suit au

microscope.

Si le mercure est au sol, quand ^{on excite la bobine,}

l’on ne constate aucun déplaeement ^{du niveau : il} n’y

a donc ni phénomène d’influence ni pénétration ^de charges.

Si l’on charge ^{le mercure} positivement ^{et si le} champ ^est suffisamment intense (C00 ^{ou 500} volts)

pour amener la majeure partie ^des charges ^{sur le mer-}

cure de la pointe, ^dès qu’on excite la bobine on voit le niveau s’élever rapidement ^vers l’extrémité capil- laire, puis ^{se fixer. Quand le mercure est} positif’ ^la

constante capillaire ^diminue.

Si l’on charge ^{le mercure} négativement, ^dès qu’on

excite la bobine, ^on voit le niveau s’abaisser, ^s’éloi- gner ^de l’extrémité, _{passer par} ^un minimum, puis

s’élever vers l’extrémité et se fixer : par conséquent,

dans ce cas, la constante capillaire augmente, passe par ^{un maximum et} diminue.

Les résultats sont qualitativement ^{les mêmes} que

ceux qui ^se produiraient ^{avec un} électromètre capil- laire, ^{si les} charges ^mises en jeu ^étaient excessivement faibles ou si l’on remplaçait ^{l’eau acidulée} par ^un

liquide ^très médiocrement conducteur.

b) Décharge lumineuse.

Il est absolument

impossible ^{de se mettre à} l’abri des phénomènes ^d’in-

iluence et des pénétrations ^de charges, ^{l’écran électro-} statique ^{devient inutile.}

A part ^l’écran que l’on enlève, l’expérience ^{est dis-} posée ^comme précédemment. ^L’on provoque la conduc- tibilité du gaz ^au moyen d’un anneau entourant le tube et si;’ge ^d’un champ oscillant. On crée, ^au moyen de petits accumulateurs, ^une différence de potentiel

entre le mercure de la pointe ^et l’électrode supérieure.

Tant que l’intensité est relativement faible (résis-

stance liquide intercalée sur le circuit des accumula-

teurs), quel que soit le ^sens du champ, ^{et même} quand

le champ ^est supprimé, ^dès qu’on produit ^{la conduc-}

tibilité du gaz, le niveau s’élève vers l’extrémité de la

pointe. ^{La constante} capillaire ^diminue.

Ces résultats sont dus à la pénétration ^des charges

sur le verre de la pointe : ^on sait que l’effet d’un

étranglement ^{dans un tube à vide est} d’augmenter ^le champ ^{en ce} point, par conséquent d*exagérer ^les

effets cl’influence sur le mercure qui ^{est attiré vers}

l’extrémité de la pointe.

c) Décharge ^{en arc.}

^On remplace ^dans l’expé-

rience précédente ^{le tube de verre} par ^un tube de quartz. On enlève la résistance liquide du circuit des accumulateurs, ^{et on élève} progressivement la ditl’é-

rence de potentiel, ^{tout en} provoquant ^comme pré-

cédemnient la conductibilité du _gaz de manière indé-

pendante ; ^{il arrive un moment où une} décharge ^très

brillante s’établit entre le mercure de la pointe (elle

ne tarde d’ailleurs _{pas à} fondre) ^et l’électrode supé-

rieure.

Quel que soit le ^sens du champ, ^{que le mercure soit} positif ^ou négatif, dès que l’arc s’établit ^{le niveau} baisse brusquement ^{dans la} pointe : l’établissement de l’arc est toujours accompagné d’une subite _aug- mentation de la constante capillaire.

Ces résultats sont d’accord avec ceux obtenus _par Stark ¹ dans l’étude d’arcs électriques ^{à électrodes} liquides. Ils sembleraient indiquer qu’au ^{moment où}

l’arc s’établit, ^il _y ^{a une} brusque diminution de la couche double à la surface de séparation ^{des deux}

milieux, l’on sait qu’une diminution de la couche double doit être accompagnée ^d’une augmentation ^de

la constante capillaire.

Je rappelle qu’alors que dans ^la décharge de Geissler la chute de potentiel ^à la cathode est de plusieurs

centaines de volts; lorsque ^{l’arc est établi, les chutes}

de potentiel, ^{tant à l’anode} qu’à ^{la cathode, sont de} quelques ^volts seulement, ^{comme le montrent les} expériences ^de Cooper ^{Hewitt sur l’arc} au mercure.

Nous verrons plus ^{loin la relation} qui peut ^exister

entre ^ces chutes de potentiel ^aux électrodes et la couche double à la surface de séparation ^{du métal et}

du _gaz.

Il

Influence de la variation de surface

sur la décharge.

Dans l’hypothèse ^d’un équilibre électrique ^{à la sur-}

face de séparation d’un métal et du gaz environnant,

toute modification de la surface du métal doit provo- quer l’apparition ^de charges dans le milieu environ- nant. En particulier, chaque ^fois qu’une goutte ^de

mercure se forme, ^l’air qui l’entoure doit contenir des charges ^{des deux} signes : ^l’on peut facilement,

coinme je ^{l’ai fait} antérieurement, déceler ces charges

dans l’air à la pression ordinaire; ^aux basses pres- sions, ^on peut ^{les mettre en} évidence d’une façon plus ^{brillante en se} plaçant ^dans des conditions telles que leur production ^{affecte la} décharge ^{sous forme}

lumineuse.

1. STARK. Phys. Zeilschr., 4 (1905) 322.,

L’électrode inférieure d’un tube a vide est formée d’une calotte en nickel légèrement sphérique ^et percée

en son sommet d’un trou très petit. ^{Cette électrode est}

fixée à un tube de verre muni d’un robinet. Quand ^le

Fig. 2.

vide est fait daus l’appareil, ^la pression atmosphé- rique ^{fait monter dans le tube le mercure d’un réci-} pient ; ^en agissant ^{sur le} robinet, ^on provoque, ^à la surface de l’électrode, la formation de gouttes ^de

mercure. Une batterie de petits accumulateurs permet d’établir une différence de potentiel ^{entre les deux}

électrodes. L’air de l’appareil ^était desséché par de ^la potasse ^{calcinée et le} tube vertical rempli progressive-

ment de mercure en le chautfant point par point,

comme l’on ferait pour ^un tube de baromètre.

cc) Lorsqu’on ^{établit entre les} deux électrodes

une différence de potentiel légèrement supérieure ^au potentiel disruptif, ^la décharge ^se produit ^{avec des}

retards qui atteignent plusieurs minutes. L’on sait comment la théorie actuelle de la décharge disruptive explique ^{ces retards et} que l’apparition ^{entre les deux}

électrodes de charges électriques ^{doit les} supprimer.

L’expérience ^montre que, dans des conditions telles que le retard peut ^{atteindre à} l’obscurité un quart d’heure et même davantage, il suffit de la formation de quelques gouttes pour établir instantanément la

décharge. ^Le phénomène ^se produit quel que soit le

sens du champ, ^{un peu} plus facilement cependant quand ^{le mercure est} négatif : ^{il faut donc en conclure}

que la formation des gouttes provoque ^autour du

point ^{où elle se} produit l’apparition ^des charges ^{à la}

fois positives ^et négatives.

Les retards étant supprimés ^{il est très facile d’ob-}

tenir le potentiel disruptif ^{minimum et ses variations}

avec la pression.

b) Il y ^a dans les expériences précédentes ^{une dis-} symétrie très nette, ^et l’allure du phénomène n’est pas la même suivant que le ^{mercure est} positif ^ou négatif.

Quand ^{le mercure est} positif, ^la formation de

gouttes ^sur l’électrode inférieure supprime ^{le retard,}

mais elle n’affecte pas sensiblement la différence de

potentiel explosive ^{minima. Quand le mercure est} négatif ^au contraire, ^l’on peut produire ^des décharges

lumineuses pour ^des potentiels inférieurs aux poten- tiels minima.

Par exemple, ^{dans la série} d’expériences ^suivantes

l’on a obtenu :

Les résultats de la deuxième colonne ont été obte-

nus en supprimant simplement ^le retard à la décharge

par ^la formation de quelques gouttes. ^{Ceux de la troi-}

sième ^colonne ont été obtenus en laissant l’écoulement

-se produire constamment et en cherchant la différence de potentiel ^{minima pour} qu’il y ait dans le _gaz dé-

charge lumineuse, ^même intermittente, Il _y a sur ces derniers résultats une incertitude assez grande, ^car

à mesure que l’on diminue la différence de potentiel,

la luminosité s’estompe ^de plus ^en plus ^et il arrive un momcnt où l’observation est gênée par la lumines-

cence particulière qui ^se produit chaque ^fois qu’une goutte ^{de mercure vient s’écraser à la} partie ^inférieure

du récipient : mais pour ^une différence d’une ving-

taine de volts la décharge ^{est très nette,} quoique ^inter-

mittente.

On peut expliquer ^assez facilement cette dissymé- trie ; l’on sait _{que, par} suite de la différence de mobi- lité des ions positifs ^et négatifs, ^{ces derniers} peuvent par collisions produire d’autres ions pour ^des diffé-

rences de potentiel telles que les premiers ^ne le peu- vent pas. Il ^se peut ^aussi que ^la décharge ^{soit facili-}

tée par ^ce qui ^se passe à la surface même de la

goutte : ^{si l’on admet} qu’il y ^a à cette surface une

couche double électrique, positive ^{du côté du métal,} négative du côté du gaz, quand ^{le métal sera cathode}

cette couche double, par suite méme de son sens, sera le principal ^{obstacle au} passage du ^{courant. Une}

brusque variation de surface produira ^{une diminution}

de la différence de potentiel de la couche double, _par conséquent ^un abaissement de l’obstacle; ^{cet effet ne} peut ^se manifester que si le ^{mercure est} négatif.

c) ^{Cette action} particulière ^de lasurface semble ^sur- tout s’exagérer ^{aux basses} pressions. ^Prenons, par

exemple, ^{le cas où la} pression ^{est 0,05 mm. ;} pour

une différence de potentiel d’environ 500 volts aux

électrodes la décharge s’établit, l’espace ^{obscur d’Hit-}

torf s’étendant à 1 ou 2 centimètres de la cathode,

les parois étant fluorescentes. Si le mercure est anode

lorsqu’on prodait l’écoulement, la décharge n’est pas

affectée, mais si le mercure est cathode, chaque ^fois qu’une goutte ^se forme, ^{on voit} partir ^{de la} goutte

un cône d’ombre affaiblissant très nettement la lumière

sur son trajet ^{et se} déplaçant quand ^la goutte ^roule

sur la calotte ; ^{en même} temps la fluorescence des

parois ^{est effacée aux} points qu’atteint le cône d’ombre.

On peut ^{se demander si cet} affaiblissement de la lumière ne serait pas dù à la projection ^{des ions né-} gatifs ^que produit ^la goutte ^{en se} formant, projection

donc l’effet serait de prolonger l’espace ^{obscur suivant}

son trajet ; ^{dans ce cas, le} prolongement ^de l’espace

obscur, ^{au lieu} d’atténuer la fluorescence des parties

de la paroi qu’il atteint, ^{devrait au contraire l’accen-}

tuer.

Pendant sa formation la goutte ^ne semble pas par-

ticiper ^{à la} production ^des rayons cathodiques; l’expli-

cation pourrait ^{être la} suivante : la formation de la goutte produit ^une diminution de la différence de

potentiel ^{de la couche double à} la surface et, par suite,

comme nous verrons plus ^{loin, une} diminution de la chute cathodique ^{dans le} voisinage ^{immédiat de la} goutte; ^cette diminution provoquerait ^la disparition

des rayons cathodiques. L’effet serait ^en somme

l’inverse de celui découvert par Gehrcke ^et Reichen- heim ; ^ces physiciens ^ont montré que la création à l’anode ^{d’une chute de} potentiel produit, ^{dans cer-}

taines conditions, l’apparition de rayons anodiques, ayant ^certaines similitudes avec les rayons catho-

diques ; inversement, la destruction à la cathode de la chute de potentiel ^serait accompagnée ^{de la} disparition

des rayons cathodiques.

Ilt

Rôle possible ^{de la surface des} électrodes dans les décharges ^{des tubes à vide.}

L’électricité semble avoir de très grandes difficultés à passer d’un métal ^{à un} gaz raréfié, ^il parait ^aussi

très difficile de concilier la bonne conductibilité des tubes à gaz raréfiés dépourvus d’électrodes ^et la très mauvaise conductibilité apparente des tubes de Geissler ordinaires : la présence des électrodes ^a donc

une inflnence essentielle. Il est assez facile d’expli-

quer ^cette influence dans la théorie électronique ^des

métaux et l’hypothèse qu’elle entraine d’une couche double électrique ^{à la} surface de séparation ^d’un

métal et du gaz environnant.

Le sens du champ ^{de la couche double,} positif ^du

côté du métal, négatif du côté du gaz, doit introduire

une dissymétrie dans le passage de charges électriques

du gaz ^au métal ou du métal au gaz, puisque ^ce champ ^{est un obstacle} quand ^{le métal est cathode et}

non pas quand ^{il est} anode. L’on conçoit que ^cette

dissymétrie dans l’effet des couches de passage amène

une dissymétrie ^dans l’aspect ^{de la} décharge ^{au voisi-}

nage des deux électrodes ; ^nous allons l’examiner

rapidement dans les drivers cas de la décharge.

L’on sait que les caractères de la décharge ¹ dépendent ^surtout de l’intensité du courant; ^on peut distinguer ^trois phases : ^{avec une} intensité très faible

(agent ^ionisant auxiliaire) ^la décharge ^{est obscure,}

l’intensité augmentant ^la décharge ^{affecte la forme}

bien connue que présentent les tubes de Geissler,

enfin l’exagération ^de l’intensité amène la décharge

réellement disruptive ^en forme d’arc.

a) Décharge ^obscure.

^{C’est le cas d’une}

ionisation ordinaire, ^sous l’influence du champ ^les charges s’orientent. Supposons qu’à ^{la surface des}

électrodes _{il y ait} une couche double due à un équi-

libre entre des centres positifs, négatifs ^{et neutres’.}

Les ions négatif ^du gaz viennent ^vers r anode, ^modi-

fient légèrement l’équilibre ^en augmentant ^{le nombre}

des centres neutres et abandonnent leur charge ^au

métal puisque ^{ricn ne les} empêche ^{de venir en con-}

tact avec lui. Les ions positifs ^du gaz viennent vers la

cathode, ^modifient l’équilibre électrique, ^diminuent

le nombre des centres neutres et abandonnent leur

charge ^{au métal ; mais si} r afflux des centres positifs

est suffisant, la modification de l’écluilibre ^{ne faisant}

intervenir dans un temps ^donné qu’une partie ^des

centres qui ^{arrivent, les centres inactifs,} arrêtés par le champ ^{de la couche double, se} concentrent dans le

voisinage ^{de la} cathode. Tout se passe ^{en somme}

comme si les centres du gaz chargeaient ^{du côté de la}

cathode un condensateur dont le diélectrique ^n’isole-

rait pas parfaitement.

Il _y a du côté de la cathode une concenfration d’ions positifs qui y produit ^{une chute de} potentiel ^et

déforme le champ a, ^ce que l’on peut d’ailleurs expli-

quer par ^la différence de mobilité des ions positifs ^et négatifs.

L’apport ^{de centres} négatifs ^{à l’anode,} l’augmenta-

tion des centres neutres de la couche doivent _provo- quer ^une diminution de la constante capillaire : ^nous

avons vu que, lorsque ^{le mercure est} positif, ^{le niveau}

s’élève vers le sommet de la pointe.

La concentration de ^centres positifs à la cathode doit avoir d’abord pour effet de diminuer l’action de la couche double sur la cohésion à la surface, ^la

constante capillaire ^doit augmenter; ^la concentration devenant plus grande, l’action de ces centres deviendra

prédominante ^{et la constante} capillaire ^{se mettra à}

diminuer : ce sont bien les résultats de l’expérience.

b) Décharge ^{de Geissler.}

^La conductibilité du gaz ^est produite par les collisions ^sur les molt- 1. P. ’VII,L.4RD. Journal de Physique. 4e série, ⁷ (1908), 526.

?. G. REBOUL, ^Le Radium, 5 (IB08) ^129-136.

5. J. J. THOMSON, PlâLo.f5ophical Magazine, 5e série, ^4’i (1899

255.

cules des ions présents ^{dans la masse} gazeuse. Si le nombre d’ions transportés ^est suffisant, ^une partie

des ions positifs ^{sert à modifier} l’équilibre ^{de la}

couche double à la cathode et passe ^sur le métal,

l’autre s’accumule dans le voisinage ^de 1 électrode créant la chute cathodique : ^le champ électrique ^cesse

d’être uniforme et se trouve resserré du côté de la ca-

thode, dont le voisinage ^{devient un} champ ^d’ionisa-

tion très actif. Le courant dans le tube se diviserait donc ^en deux parties, ^l’une passant ^{d’une manière}

continue dans le tube, ^l’autre chargeant ^une capacité

dans le voisinage ^{de la cathode.} Il arrive un moment où la charge ^{de cette} capacité ^est suffisante pour que la différence de potentiel qui ^{en résulte} neutralise le

champ de la couche douhle; ^{à ce moment rien ne} s’op-

pose ^à la sortie des électrons du métal et un flux d’é- lectrons s’échappe ^{dans le} gaz, ^venant neutraliser les

charges positives ; ^{il se constitue une} décharge, ^en général discontinue, ^dont l’aspect dépendra ^essentiel-

lement du libre _parcours des centres chargés, ^c’est-à-

dire de la pression, ^{et dont on} peut expliquer les ap- parences par l’incompatibilité ^de la lumière positive ^et

des particules cathodiques’.

L’on sait que, lorsque ^{dans un tube} de Geissler la différence de potentiel ^aux électrodes est voisine du

potentiel explosif, ^la décharge ^est intermittente. Nous

avons dit _que lorsque le ^{mercure est} négatif, ^{dans les ex-} périences ^vues plus ^haut, pour ^une différence de poten-

tiel inférieure au potentiel disruptif ^{l’on a une} décharge

discontinue dès qu’on produit l’écoulement : les

charges ^{fournies au} gaz par la formation des

gouttes ^se multiplient par collisions, ^les charges posi-

tives, ^{en se} concentrant autour de la cathode, _{y pro-} duisent cette espèce ^de polarisation qui, suffisamment avancée, provoque ^la décharge; ^cette concentration demandant ^un certain temps, ^la décharge ^{est intermit-}

tente et à intervalles réguliers.

En somme, ^un tube à gaz raréfié peut ^{être consi-} déré comme formé d’une capacité ^{et d’une résistance}

en dérivation : le courant du circuit est la somme de deux courants, ^l’un continu, l’autre discontinu dû à la charge ^{et à la} décharge ^d’une capacité, ^la décharge cathodique ^étant essentiellement discontinue. L’on con-

çoit que, si le flux d’électrons qui s’échappe ^{du métal}

à chaque décharge ^{de la} capacité provoque ^un change-

ment dans la résistance du tube, ^{la solllme des deux}

courants, c’est-à-dire le courant du circuit puisse ^être

constant, les variations du courant discontinu étant

en quelque ^sorte équilibrées par celles du ^courant continu. Si rrquilibre précédent ^{ne subsiste} plus, ^le

courant dans le circuit ^sera variable : ^un tèléphone placé ^{dans ce circuit} accusera un son, dont la fré- quence ^sera le nombre de décharges par seconde de la

capacité ^{à la cathode ; à mesure} que l’on augmente ^la

différence de potentiel ^aux électrodes, l’intensité des

1. P. VILLARD. Journal de Physique. ^4e série, 7 (1908), ^325).

charges ^{mises en} jeu augmente également, ^la capa- cité à la cathode se charge plus ^vite, l’intermittence devient plus courte et la hauteur du son monte de

plus ^en plus 1.

On comprend que des ^traces d’impuretés ^dont

l’influence sur la chute cathodique ^est considérable ²

puisse faciliter la rupture ^{de cet} équilibre : ^{avec un} mélange de gaz le courant dans le circuit est presque invariablemeat intermittent3.

La chute cathodique ^{serait donc, en somme,} provo-

quée par la différence de potentiel ^{de la couche double,}

et son rôle serait de la neutraliser. On conçoit que dans ces conditions, ^{la chute de} potentiel cathodique

niinima puisse ^être la même que la différence de po- tentiel disruptive minima4. Cette chute minima ne

doit pas dépendre ^{de la} distance des électrodes, ^de

leurs diaiensions, ^de l’intensité du courant, ⁿⁱ du volume ^ou de la forme du tube, ^mais seulement des matières qui interviennent à la surface de séparation

des deux iiiilieux, c’est-à-dire du métal des élec- trodes et du gaz environnant 5. Toute altération de la surface des électrodes la fera varier : ainsi, ^{des élec-} trodes de zinc, cuivre, ^fer présentent, quand ^elles

sont neuves, des chutes cathodiques ^{très faibles, et}

ne donnent la valeur normale qu’après ^avoir déjà ^été employées plusieurs ^{fois 6. Toute} modification de la distribution des électrons du métal doit se répercuter

sur la chute cathodique ; ^{cette dernière diminue} quand

l’électrode est portée ^au rouge7, ^{cette diminution}

devient beaucoup plus ^faible quand l’électrode est

chauffée depuis longtemps8. ^Dans les effets précé- dents, ^{il se manifeste une} fatigue, qui ^{est à} rappro- cher de celle qui ^se présente ^dans l’érnission de

charges par les ^métaux chauffés, qui parait, ^elle aussi, liée à l’existence de cette couche double9.

Dans l’hypothèse précédente, ^{la chute} cathodique

doit être constante et minima tant que la gaine ^catho- dique ^n’entoure pas la cathode, c’est-à-dire tant que la surface entière de l’électrode ne participe pas à la

décharge, ^mais ensuite elle doit augmenter ^{avec l’in-} tensilé du courant. C’est ^ce _{que donne} l’expérience 10.

Le mécanisme précédent expliquerait ^en partie ^la grande capacité d’un tube à vide, et pourquoi ^un

condensateur chargé ^{et relié aux} électrodes d’un tube à gaz raré6é ^ne peut ^se décharger complètement ^et

n’utilise pour la décharge que des différences de _po- tentiel supérieures à certaines limites

1. Il. A. PERKINS, ^C. R., ^{lIai ’190g.}

2. ’YARnURG, JFied. Ann., 40 (1890), 1.

5. CAPPSTIC, ^Proc. Roy. ^{Soc., 63} (1898), ^356.

4. J. J. THoàisoN, Coitditetioit of electr°icily through gazes, p. 557.

5. WARBURG, Wied. Ann., 3i li887), 545, ^{Loc. cil.}

6. llw, Verhand. Deutsch. Ph ysikal. Gesellsch. (1903) ^72.

7. HITTORF, Jried. Ann.. 2i (1884), ^135.

8. GOLDSTEV, ^Jried. Ann,, 24 (1885), ^91.

9. G. HEBOUL. Ann. de Pltys. ^et de Chi1n.. aoùt 190R.

10. Il. Les J’ayons cathodiques (coll. Scienta), p. 27.

11. P. WILLARD. Journal de Physique, ^{4e séi-ie, 7} (1908), ³³⁰

On reconnaît dans ^cet afflux des centres positifs qui ^{viennent se} concentrer dans le voisinage ^{de la}

cathode l’afflux cathodique ^{de àl. Yillard, et l’on} peut interpréter ^{de même les} expériences ^sur les effets de cet afflux’.

La surface de la cathode doit s’échauffer, puisque

les charges qui passent ^{du gaz au métal ou inverse-}

ment trouvent en ce point-là la presque totalité ^de la résistance du tube.

Le bombardement, par des ^centres positifs, ^{de la}

surface de la cathode, ^doit _provoquer l’émission _par la cathode de particu les négatives 2.

En résumé, ^{la chute} cathodique paraît ^{liée à la}

surface de séparation ^{des deux milieux; on} peut expliquer ^en partie ^{son existence} par ^la différence de mobilité des ions positifs ^et négatifs, ^{mais cet effet,} qui intervient certainement, ^ne peut expliquer ^com- plètement ^les phénomènes : ^{la chute} cathodique ^de-

vrait dépendre ^{surtout de la masse} du gaz ^et peu de la nature du _gaz ou des électrodes. D’ailleurs, ^si seule la mobilité intervenait, ^on devrait avoir le même

aspect ^{dans les tubes} avec ou sans électrodes : on

sait que, dans ^ce dernier cas, la décharge ^{se réduit} uniquement ^à la colonne positive.

Le phénomène ^{est tout ditïérent à r anode: les char-}

ges passent sans aucune difficulté du _gaz au métal,

la colonne positive ^{est un} conducteur continuation naturelle de l’électrode, ^il n’y ^{a entre ce conducteur}

et 1 anode qu’une différence de potentiel relativement faible, ^{due à} la différence de concentration des électrons dans les deux milieux. Ce conducteur, qui ^{forme la}

colonne positive, ^est parfaitement distinct du milieu gazeux environnant ^{et en sera} séparé par ^une couche double analogue ^{à celle} qui, ^{à la surface d’un métal,} s’oppose à la sortie des électrons, ^{d’où la} cohésion de cette colonne positive5.

Comme conséquence ^{de la} répercussion ^{sur le} pas- sage de la décharge ^de la couche double à la cathode,

toute cause qui ^aura pour ^en’et de détruire ^ou de diminuer cette couche double aura pour effet ^{de dirui-}

nuer la chute cathodique ^{et de vaincre la} répugnance ^à

la cathode. Nous avons vu comment dans les expé-

riences des gouttes ^cette diminution se traduit _par la

suppression ^des rayons cathodiques. ^{On sait com-}

ment, dans les expérienees ^de Cooper ^{Hewitt, la désa-} grégation de la surface de la cathode, _par l’écliautle-

ment dû ^au courant qui passe, supprime ^la répugnance

à la cathode et facilite l’établissement du troisième

régime ^de décharge, c’est-à-dire de l’arc.

c) Décharge ^{en arc.}

Si l’intensilé du courant devient suffisante, il arrive ^un moment où l’arc s’éta-

blit, l’obstacle _que présenlait la couche double à la

1. P. les _rayons cathodiques, p. 8î.

2. J. J. Tiiomsori, ^{I oc.} cit., _{p. 485.}

5. P. VILLARD, Journal ^4e Physique. ^{Loc. cil.,} p. ^552.

cathode Il’existe plus : par suite de l’effet Edison les électrons s’échappenl abondamment du mélal. L’obstacle

au passage des charges ayant disparu, ^il n’y ^aura plus

accumulation de centres positifs du coté de la cathode,

la chute cathodique disparaitra ^{et la} décharge ^{dans le}

tuhe se réduira à la colonne positive, ^{les chutes de} potentiel ^{aux deux} électrodes étant du même ordre:

la décharge constituera dans ce cas un véritable court- circuit. En diminuant l’intensité _par l’interposition

d’une résistance, ^{l’on reviendra au} régime ^{de Geiss-}

ler’.

On comprend que, l’établissernent de l’arc pro- voquant ^une diminution de la diflérence de potentiel

de la couche double, ^{tant à l’anode} qu’a ^{la cathode, l’on}

ait, quand ^il s’établit, ^une brusque augmentation ^de

la constante capillaire.

Ce rapide exposé ^montre que ^cette notion si simple

de couche électrique ^douhte pourrait peut ^être expli-

quer les apparences principales ^{de la} décharge ^dans

un tube à vide et la dissymétrie caractéristique ^des

deux électrodes. La décharge dans les tubes à vide

comprendrait ^{donc deux} phases : ^vaincre la cohésion

diélectrique du gaz pour le rendre conducteur, ^faire

passer les charges ^du gaz ^au métal des électrodes _pour fermer le circuit. La cohésion diélectrique ^{une fois} vaincue, grâce ^au potentiel disruptif, pour entretenir le courant il suffit d’une différence de potentiel ^assez grande pour produire ^cette espèce ^de polarisation ^{à la}

cathode dont nous avons parlé : ^on sait que le potentiel, disruptif, qui ^{amorce la} décharge, ^est essentiellement différent du potentiel nécessaire pour ^la maintenir, et que ^ce dernier se rapproche ^du potentiel disruptif

minimum et de la chute cathodique ^normale’.

[Reçu ^{le 25} juin 1909.]

Spectres d’absorption ^des dissolutions ^du néodyme

Par Boris STAHL

[Faculté des Sciences de Paris.

Laboratoire de Chimie analytique].

Comme il reste encore des incertitudes sur la nature élémentaire du néodyme ^{et dn} praséodyme, ^{il n’est}

pas dépourvu d’intérêt de poursuivre ^{l’étude de leurs} propriétés atomiques, ^et j’ai repris ^{celle de leurs} spectres d’absorption.

Je dois à l’obligeance de ^M. Urbain les ternies suc-

cessifs d’un fractionnement compris ^{entre le} praséo- dyme ^{et le} néodyme.

Ce fractionnement a été fait par le procédé ^{de M. H.}

Lacombe, qui consiste à soumettre les nitrates du type

2 (NO3)3Di, 3 (NO3)2Mn, ^{24 H2O à une série} de cristal- lisations méthodiques ^{dans l’acide} nitrique. ^{Outre les}

terres rares et le manganèse, ^ces produits contenaient du magnésium ^{et du bismuth.}

Pour séparer ^{les terres rares} des substances qui ^les accompagnent, j’ai procédé ^{de la façon} suivante : le bismuth a été éliminé ^en diluant les dissolutions avec

beaucoup ^d’eau, puis ^{en filtrant le} précipité ^{de nitrate} basique de bismuth. Les liqueurs étaient traitées en-

suite par l’hydrogène sulfnré. Les dissolutions débar- rassées du bismuth ont été additionnées d’ammo-

niaque ^{et d’eau} oxygénée. ^Les hydroxydes ^de néodyme

et de praséodyme ^se précipitent ^alors, ainsi que la ^to- talité du manganèse, ^{à l’état} d’hydroxyde ^{brun, et une} partie ^{de la} magnésie. Si l’on traite ^ce précipité par l’acide azotique étendu, ^la majeure partie ^{du nlanga-}

nèse reste non dissoute, tandis que les ^autres élé- ments se dissolvent intégralement.

1. P. VILLARD, Joul’1lal de Pltys., ^Loc. cit., p. 530.

La dissolution est de nouveau traitée par de l’arn-

moniaque, mais alors en présence d’un excès de sels ammoniacaux pour éliminer le ^reste de la magnésie.

Le précipité ^de néodn me ^{et de} praséodyme n’entraîne, dans ces conditions, _que ^{des traces de} magnésie qui

sont complètement éliminées par des lavages ^{avec de}

l’eau ammoniacal.

L’élimination des dernières traces de manganèse ^est

très pénible. ^Parmi les méthodes qui ^{suivent, aucune}

n’a donné de résultats absolument satisfaisants : 1. Les dissolutions ont été précipitées par l’acide

oxalique. ^Les précipités d’oxalates ont été filtrés, séchés et calcinés. Les oxydes ^{obtenus ainsi ont été}

ensuite projetés ^{dans une} dissolution nitrique ^concen-

trée de chlorate de potassium. ^Le praséodyme ^{et le} néodyme ^sont ainsi transformés en nitrates, ^tandis que le manganèse ^{donne un} précipité ^de bioxyde qui ^est

filtré sur de l’amiante et lavé avec de l’acide azotique

concentré et chaud. La liqueur ^{retient le} plus ^sou-

vent de très petites quantités ^de manganèse.

2. Les dissolutions des nitrates sont évaporées ^au

bain-marie.On les chauffe ensuite pendant 2 ^{heures à}

une température ^de 260°-280°. Le nitrate de manga- nèse, n’étant pas stable à ^cette température, ^{se trans-}

forme en peroxyde, tandis quc les nitrates de néodyme

et de praséodyme ^{sont a} peine ^altérés.

Le précipité ^de peroxyde ^de manganèse présente

1. TOWNSEND. Ions. Électrons. Corpuscules H. ^{Abraham et}

Langevin). ^1909.