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L’influence des parois en verre sur l’établissement des
stratifications de la colonne positive
E. Badareu, G. Maciuc
To cite this version:
L’INFLUENCE DES PAROIS EN VERRE SUR
L’ÉTABLISSEMENT
DES STRATIFICATIONS DE LA COLONNE POSITIVEPar MM. E. BADAREU
(Bucarest)
et G. MACIUC(Cernauti)
Sommaire. 2014 Dans le présent travail sont exposées certaines modifications d’aspect des phénomènes
lumineux présentés par une ampoule à décharge
(âir
pression 0,08-1 mm Hg) dans des conditions définies. L’introduction d’un tube en verre étroit sur le trajet des particules a une influence déterminée surl’établissement de la colonne anodique (apparition progressive des stratifications positives), tandis que
les phénomènes lumineux catholiques ne sont pas influencés.
La distribution du potentiel électrique le long des stratifications (décharge avec tube) a été explorée
avec une sonde; les résultats sont concordants avec ceux prévus par K T. Compton, Turner et Mac
Curdy (1). Les variations du potentiel électrique dans les régions de la décharge anodique, provoquées de
la manière indiquée, sont également étudiées.
~i. En différentes
occasions,
un de nous(2)
a observé quependant
ladécharge
souspression
réduite dansune
ampoule
suffisamentlarge,
la lumièrepositive qui
a la forme d’une calotte entourantl’anode,
se transforme enquelques
stratifications bien définies si larégion
explosive
est limitée par un tube étroit en verre. Plustard,
Giinlherschulze et Betz~3)
ont étudié legradient
de la colonnepositive
formée dans un tube dont unepartie
avait un diamètreplus petit
que le reste. Une des électrodes étant fixée à l’extrémité àgrand
diamètre,
l’autre
pouvait
êtredéplacée
suivant l’axe. Ces auteurs ont montré que pour ledéplacement
de l’anode à l’intérieur dutube,
dugrand
aupetit
diamètre,
l’aspect
lumineux de ladécharge anodique
étaitcomplètement
modifié.Les
expériences qui
suivent ont pour but de mettre en évidence d’une manièreplus
claire ceschangements
dephénomènes
lumineux de même que la variation dupotentiel électrique
dans larégion anodique
de ladécharge.
Les deux électrodes étant fixées dans une
grande
ampoule,
on a réduitl’espace
de ladécharge
par un tube en verre depetit
diamètre,
qui
couvregraduellement
le
trajet explosif.
2.
Dispositif
expérimental. -
Unegrande
clocheen verre
B,
collée parrodage
à uneplate-forme
en ferP,
sert comme
ampoule
dedécharge.
Son diamètre es t de 27 cm et la hauteur de 30 cm. Dans lapartie
centrale de B son fixées les électrodesE,
-Ez,
formées par deuxdisques
en cuivre(diamètre
11 mm etépaisseur
1,~
mm) (fig.
1).
La distance entre les électrodes est d’environ il cm. Enexceptant
lesdisques,
les électrodes sont entourées par des tubes en verre, cequi
limite nettement la distance entre elles. A lapartie supérieure
(1) K. T. COMPTON, J. A. TURNER et W. H Mc CURDY, Phys. Rev., ~92~, 24, 591.1’) E. BADAREU, Bul. Fac Sc. Cernauti, 1932, 6, 1.
(3) GÛNTHERScapLZË et BETZ, Z.
Physik,
1933, 81, 283.de la cloche se trouve un
dispositif spécial
Fi,
qui
est traversé par unetige prismatique
H,
déplaçable
suivant laverticale,
au moyen d’unrodage
mobilebi.
AFig. 4 .
l’extrémité inférieure de cette
tige
est fixé lecylindre
en verreR,
ouvert au deux bouts. Par la manaeuvrede
Fi,
ilpeut
être amené soit à lapartie supérieure
de lacloche,
pour que les électrodes soient libres à l’intérieur del’ampoule,
où bienpeut
être descendu pour isoler entièrement ou enpartie
la distanceexplosive E1
-E2.
De cettemanière,
lapression
du gaz, ainsi que l’intensité du courant dedécharge,
restent constantes pour touteposition
de Rsur‘le trajet
E, -E2o
Le tubecylindrique,
que nous avonsutilisé,
à une366
largeur
de2,5
cm de diamètreintérieur,
et 12 cm delongueur,
est muni suivant lagénératrice
d’une fente de JÎ mm d’ouverture. Ceci nouspermet
d’explorer
avec une sonde S lepotentiel
à l’intérieur du tube. Cette sonde est constituée par un fil enplatine
de2,5
mm delongueur
et0,2
mm de diamètre. La sondepeut
êtredéplacée
par un deuxièmedispositif
F~,
fixé sur laplate-forme
P, qui peut
êlre man0153uvré de l’extérieur par lerodage
b2.
Le tube R est lié à latige
de com-mande H de sorte que la fente R e t la sonde S secorres-pondent
exactement.La distribution du
potentiel
sur letrajet
Ea
est mesurée avec un voltmètreélectrostatique
qui
est en relation d’unepart
avec la sondeS,
d’autrepart
avecune des
électrodes,
habituellement l’anode. Les recherches ont été faites en air sec, à despressions
comprises
entre0,08
et 2 mmHg.
~~. Résultats des
expériences. --
Pour le cas où larégion explosive
n’est pas délimitée(l’enveloppe
cylindrique
R se trouve à lapartie
supérieure
de lacloche j,
ladécharge
est réduite à une mince couche lumineuse entourantl’anode,
tandis que la cathodeprésente l’aspect
lumineux habituel. Le reste de 1 espace estcomplètement
obscur. Une certaine lueurpositive
apparait
devant r anode seulement dans le cas où l’intensité du courant est tellemerlt faible que ladécharge
peut
ètre maintenue àpeine.
Laphotographie
rig. 2.
Fig. 3.
(fig.
2)
donnel’aspect
de ladécharge
sous unepression
de mm de
Hg
et une intensité de courantd’approx.
10-3 A. Lapartie
supérieure
de lafigure correspond
à l’anode et lapartie
inférieure à lacathode
Si laplate-forme
P,
ainsi que lesupport
de la sondeF
aulieu d’être isolés sont reliés au sol par une
grande
résistanceélectrolytique (106 ohms),
1"aspect
de ladécharge
nechange
pas. En descendantl’enveloppe
R pour couvrir soit enpartie
soit en totalité L’intervalle entre lesélectrodes,
les formes lumineuses devant l’anode se modifientcomplètement
tandisqu’au
voisi-nage de lacathode,
iln’y
a pas de modification sensible. Lesphotographies 3
a - ;i c montren tces modification s pour unepression
de0,26
mmHg.
En descendantlégèrement
l’enveloppe
R,
pour délimiter enpartie
l’espace
de ladécharge
autour del’anode,
la lumièrepositive
sort, de cette électrode de la même manière comme si la distanceexplosive
seraitaugmentée
par ledéplacement
de l’anode(1).
(1) Dans les con. ilions habituelles c’e!’l-à-rHre en ehoisifant la
pression
du gaz et le- ditreUS10ns du lubc à décharge.En descendant
davantage
l’enveloppe cylindrique
R,
la lumière se détache del’anode,
et accompagne R dansson
déplacement.
IL vient de se former de cette manière unepremière
couchelumineuse,
séparée
de la couche mincequi
entoure l’anode par lepremier
intervalle obsur(fig.
3a).
Nous remarquons en mêmetemps
que la couche lumineuse restetoujours
au même endroit du tube R où elle s’est formée.Si on continue à descendre le tube
R,
une nouvelles coucheapparait,
suivie d’un autre intervalle obscur(fig.
3~),
de sortequ’on
a maintenant deux couches de la colonnepositive.
Quand
le tube vient de couvrirapproximativement
la moitié de la distanceexplosive,
on a trois couches devant l’anode(fig.
3c) (1).
Apartir
de cette situation lesphénomènes
lumineux de l’anode nechangent
plus
d’aspect,
même si l’on couvrecomplètement
1 inter-valle entre les électrodes.pressions
élevées et de faibles densités decourant,
le nombre de stratificationsaugmente.
Quand
on fait monter letube,
ce processus dechan-gement
de formes lumineuses va en sens inverse. Onconstate
d’abord la
disparition
des stratifications auvoisinage
immédiat del’anode,
de sorte que la couchequi
pendant
la descente du tube s’était forméepre-mière,
est maintenant la dernièrequi disparaît.
Pourune
enveloppe cylindrique
avecfente,
dutype indiqué,
lesphénomènes
lumineuxqui
viennent d’être décrits sont facilités en reliant au sol lesupport
de la sondeS,
ainsi que la
plateforme
P del’appareil,
par 1 intermé-diaire d’unegrande
résistance. Dans le cas où cespièces
sontisolées,
en descendant letube,
la lumièrequi
sort de l’anodepeut
rester concentrée à l’ouverture dutube,
auvoisinage
de l’anode. Parexemple,
les formes lumineuses de lafigure
3 c,
qui
ont été obtenuesavec P et
F2
au sol(par
une résistance de 106ohms),
se transforment dans la
figure 3 d, quand
lespièces
P etFa
2 sontisolées,
même si l’intensité du courantconserve le même ordre de
grandeur.
Si le tube R est sans fente on n’a pas besoin de relier P et
F
2 ausol,
pour que lesphénomènes
soient facilementreproductibles.
La délimitation de
l’espace explosif
par uneenve-loppe cylindrique
a aussi une influence sur l’intensité du courant dedécharges
(’).
En descendant letube,
le débit du courant diminuecl’approx.
10 pour100,
et pour conserverl’aspect
desphénomènes
ci-dessus onest
obligé
de compenser cette diminutiond’intensité,
cequi
a été fait tout letemps
d’ailleurspendant
lesexpériences.
Le fait que l’intensité du courant diminue avec la
descente de
l’enveloppe,
d’unepart,
d’autrepart
la concentration de la lumière sur la fente au cas où P etF2
sont
isolés,
montre que dans cesexpériences
on a à faire à unphénomène
de diffusion descharges
électriques
vers lesparois
du tube. Laconséquence
est une modification dugradient
dans la colonnepositive,
cequi
déterminel’apparition
desphénomènes
lumi-neux.
4. La distribution du
potentiel
dans la colonne stratifiée. - Ce mêmedispositif
nous a servi pour déterniner la distribution dupotentiel
dans la colonnepositive.
On a cherché d’abord cette distribution dans la colonne entièrement formée(avec
le tube Rcomplè-tement
descendu),
etpuis
on a cherché les variations dupotentiel
d’unpoint
à l’autre de lastratification,
pour les différentes
positions
du tube R.En ce
qui
concerne lapremière situation,
cette dis-tribution estreprésentée
dans lafigure
4,
qui
cor-respond
à laphotographie
3c. Lepotentiel
estrapporté
àl’anode;
l’a,xe horizontal donne la distanceanode-sonde,
l’axe vertical les différences depotentiel
cor-respondantes.
La flèche verticaleindique
sur la courbe(1) Sur les photographies, la fente du tube lE esL visiblc sur
toute la longueur, ce qui nous permet de préciser la position de .~de ce tubj sur le trajet E~.
la
position
de l’extrémité inférieure du tubeR ;
l’inter-valle entre cette flèche et la cathode est libre. Cette courbe à échelons ressemble très bien à celle obtenue par MarcCurdy
(4)
pour la vapeur de mercure.Fig. 4.
La variation du
potentiel
dans unpoint
de la colonnepositive
à l’état de formation estreprésentée
par lesfigures 5
et 6. Lafijure 5
a été obtenue dans lescir-Fi g. 5.
constances suivantes :
pression
du gaz0,16
mmHg;
au commencement le tube R se trouve à la fin de lacourse, à la
partie
supérieure
del’appareil ;
la sonde est dans uneposition
fixe,
à 60mm del’anode ;
l’inten-sité du courant de
décharge
3.10-3A ;
lessupports
P etF2
reliés au sol par unegrande résistance ;
ladé-charge
a la forme donnée par lafigure 2 ;
la différence depotentiel
anode-sonde est de 28 volts.La distance entre l’extrémité inférieure du tube et l’anode est notée sur la
fi-ure 5
par Siaugmente,
des couchespositives
apparaissent
àl’ano(le,
368
indiquées
sur l’axe vertical de lafigure.
En certainspoints, a,b,c,
de lacourbe,
ces variations sont caractérisées par des accroissementsplus
rapides,
plus
lents,
ou même par des diminutions dupotentiel,
de la manière suivante : areprésente l’augmentation
ra-pide
dupotentiel pendant
ledéveloppement
descou-ches ; - b
représente
la diminution dupotentiel
auFig. 6. ,
moment où les couches se détachent de
l’anode ;
enfinc
représente
un nouvel accroissementbeaucoup plus
faible que leprécédent, pendant
ledéveloppement
del’espace
obscur. L’allure de cette courbe diffère de laprécédente
par le fait quechaque
montée dupotentiel
est suivie d’unepetite
descente De cequi précède
ondéduit que pour la formation d’une coiiche
positive
il faut une différence depotentiel
un peuplus
grande
que lepotentiel
nécessaire pourl’entretenir,
en
parfaite analogie
d’ailleurs avec lesphénomènes
d’amorçage
et d’entretien d’unedécharge
dans un gazquelconque.
Enfin,
les résultats donnés par lafigure
6peuvent
être obtenus pour une distance de 8 mm entre l’anode et la sonde en descendant le tube R pour couvrirpresque entièrement le
trajet
de ladécharge.
Les autres conditions initiales de cetteexpérience,
c’est-à-dire lapression,
l’intensité ducourant,
la mise au sol de laplate-forme
P et deF2’
ainsi quel’aspect
de ladécharge
sanstube,
sontidentiques
à celles del’expé-rience
précédente.
Supposons
que le tube R est descendu lentement : de l’anodepartent
successivement les stratifications de la colonnepositive.
Cedéveloppement
de la colonne estaccompagné
par desaugmentations
successives du po-tentielVA-s
jusqu’à
certaines valeursVmax.,
suivies de descentes aux valeursVmin.
Desaugmentations
ont lieu toutes les foisqu’une
nouvelle stratification vient de seformer;
par contre on observe une diminution deVA-s
àl’apparition
dechaque
intervalle obscur. Le nombre des maxima estégal
au nombre des strati-fications formées à l’anodequi
viennent de passer de-vant la sonde.Les résultats
précédents
montrent que les valeurs dupotentiel Vmin., quand
le tube R limitel’espace
explosif
sur toute lalongueur
El
Ez,
diffère dequel-ques volts seulement par
rapport
aux valeursqu’on
obtientquand l’espace
Et E2,
estcomplètement
libre. La conclusion estqu’une
telle limitation del’espace
de ladécharge
ne modifie pasbeaucoup
la chuteano-dique.
D’ailleurs l’allure de la courbe 6 ressemble à une des courbes de Güntherschulze etBetz ;
ladiffé-rence concerne seulement les variations du
potentiel
(fig.
6), pendant
la formation d’une stratifica-tion. Cette variation estbeaucoup
plus petite
que celle observée par Giintherschulze et Betz entre la sonde et lacathode,
pendant
l’apparition
d’une couche dansl’espace
dedécharge.
Tous les résultats
qui
sontreprésentés
par lesfigures
4, 5
et6,
sont facilementreproductibles
à condition que lapression
du gaz soit choisie dema-nière que
