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Submitted on 1 Jan 1914
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spectrales
J. Stark
To cite this version:
J. Stark. Recherches sur l’action du champ électrique sur les raies spectrales. Radium (Paris), 1914,
11 (3), pp.81-90. �10.1051/radium:0191400110308101�. �jpa-00242635�
précédente ne subsiste pas une augmentation du nombre ou de la des particules (supposées toujours petites vis-à-vis de laisserait la polarisa-
tion inaltérée et augmenterait l’absorption (théorie de Lord Rayleigh.
De très nombreuses mesures faites sur l’atmosphère
m ont montré que le pouvoir absorbant varie toujour-
en sens inverse de la polarisation. On
semble-t-il. légitimement conclure. que les ca- tions dont l’atmosphere est le siege et qui se tradui- sent par leur effet sur la polarisation et le femoir
absorbant portent sur des particules dimen-
sions sont au moins. de l’ordre des lo onde.
Man le 12 mars
Recherches sur l’action du champ électrique
sur les raies spectrales1.
Par J. STARK
[Institut de Physique de l’ École technique supérieure de Aix-la-Chapelle.]
PREMIÈRE PARTIE.
Effet transversal.
Par J. SARK
§ 1.
-Exposé du problème. - Le problème
de l’influence d’un champ électrique sur les raies spectrales a préoccupé de nombreux chercheurs depuis
la découverte par Faraday de la rotation du plan de polarisation et surtout depuis la découverte du phéno-
mèle de Kerr et du phénomène de Zeemdn. On a
même annoncé plusieurs ibis l’existence d’une action du champ sur la polarisation d’ondes lumineuse dont la source est située dans ce champ ; mais ces
affirmations n’ont pas résisté a Ull examen critique
sérienx. M. Voigt-’ 2 a1 approfondi le cote théorique du problème; il a, e11 partant de certaines hypothèses,
obtenu des formules donnant la décomposition dl’’’’
raies spectrales par un champ électrique.
Dans mes recherches sur ce phénomène, je n’ai pas
pris comme point de départ les essais d’autres experi- mentateurs: j’al suivi la voie qui m’avait déjà conduit
à mes travaux sur les rayons canaux. Au cours d’un
exposé d’ensemble de ces travaux j’ai été amené à
dire que le changement d’état électrique qu’éprouve
un atome ionisé provoque une modification d
fréquences optiques. Ces ce qui m’a incité à n
prendre une étude experimentale sérieuse de l’action
1. C. R.
dede l’ Academie
je le
les directions de vibration
tout sur
d’un champ électrique exterieur sur les frequences
optiques d’un atome. J’avais, il est vrai. imagine depuis plusieurs années la méthode dont je me suis
servi avec succès dans ces recherces; mais comme je devais y employer les rayons cannaux comme cources
d’j lumière. j’ai ajourné les expériences projetées, jusq’à ce que j’aie pli. pour Loute une série d’élé- moments, séparer les raies mobiles des raies immobiles
(ruhende et bawegte Linien).Ce n’est qu’après avoir
termine ces recherces, que j’ai entrepris une serie
d’experiences sur l’action du champ eléctrique sur les raies spectrales.
Le mémoire que voici a tout d’abord pour but de
décrir la péthode que m’a permis de resoudre avec
succès le problème posé: j’indiquerai ensuite. à titre d’exemple. quelques résultats provenant de mes recherces. On ne peut naturellement pas se proposer.
en pénétrant dans une région nouvelle, d’avancer pas à pas en faisant des mesures de précision. il faut au contraire s’orienter tout d’avord, puis se plaçant en des positions bien choisies examiner la nature et
l’etendue de cette région. Si donc, dans ce qui va
suivre. j’indique quelques résultats sur la nature et
la grandeur de la décomposition des ra par un champ élécrique. ces donne que provi-
ennes. Il faudra les rectifier em-
ployant une dispersion plus grande et un champ l’intention de publier dans un prochain mème temps que la reprosuction de mes
§ 2. - Production d’un champ éléctrique
intens un
se:
les plulpart
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191400110308101
de; atomes ou des molécules chargés positivement. Si
l’on veut produire un champ électrique dans un pareil
gaz, il faut compter avec le courant que provoquera
ce champ.
Dans la colonne positive du courant de décharge, il
existe a la fois un courant, un champ électrique et
une émission de lumière. Mais l’intensité du champ électrique est relativement faible: si on l’augmente
par accroissement de pression, on augmente égale-
ment la conductibilité électrique spécifique ; la ten1- pérature s’élève, il se produit un élargissenlent et
l’étude de l’effet optique du champ électrique est tout
au nloins rendu très difficile.
Les choses se présentent d’une manière un peu plus
favorable dans la première zone cathodique du cou-
rant de décharge. Il se produit lz une émission de lumière due aux rayons cathodiques et surtout aux
rayons canaux, qui, sur la cathode, ont subi une accé-
lération ; en mème temps le champ est assez intense;
mais il varie d’une façon fort difficile à connaître de la cathode à la gaine lumineuse négative, puisque la
chute cathodique se produit dans l’espace situé entre
la cathode et la gaine négative. Il est difficile d’aug-
menter sensiblement l’intensité de ce champ en abais-
sant la pression gazeuse, car la chute cathodique, plus forte il est vrai, se répartit le long d’un espace obscur plus grand. A pression constante on peut aug-
menter le champ en augmentant l’intensité du courant, mais on est bien vite arrêté par la résistance élec-
trique des sources et la fragilité des tubes à décharge.
Il est néanmoins possible d’obtenir tout ensemble
un champ électrique puissant, un courant de faible
intensité et une émission lumineuse relativement considérable. Les rayons canaux d’un tube à décharge
émettent de la lumière dalls l’espace situé inlmédiate-
ment en arrière de la cathode ; dans cet espace on
, provoquera l’apparition d’un courant en établissant
entre deux électrodes une grande différence de potcn- tiel ; la cathode du courant de décharge servira de première électrode, la seconde électrode sera une
électrode auxiliaire indépendante du courant de dé- charge. l ’n choisira la pression gazeuse et la distance de ces deux électrodes de manière que cette distance soit petite par rapport a la longueur de l’espace obscur cathodique, Dans Ces conditions, il ne se produit pas
spontanément de courant entre les deux électrodes:
le courant provoqué par la grande difference de poten- tiel entre les ultntrodcs dntl· le gaz ionisé par les rayons canaux, cesse des que la production de rayons
canaux s arrête.
Voici comment ,j’ai appliqué ce principe dans mes expériences: Dans un tube cylindrique (fig. 1 se
trouve un cathode circulaire percée de nombreux
trous de 1 mm. fixée en trois points par des che- villes. En arrière et vis-à-vis de cette cathode on
dispose un disque plein; cette éléctrode auxiliaire est
située soit à 2,6mm., soit à 1,1 mm. de la cathode.
Le courant de décharge -entre l’anode A et la cathode K est produit à l’aide
d’une puissante bobine
d’induction (interrup-
teur rotatif, tube venti- lateur). L’élecrode auxi- liaire H et la cathode K sont réunies par l’in- termédiaire d’une résis- tance à une source de courant continu, le pôle négatif en Il, le pôle posi-
tif en K. La cathode du courant de décharge sert
donc d’anode au courant
« forcé "
.La pression gazeuse est assez faible pour due
l’espace obscur ait une
longueur déjà 10 cm.
De cette façon, entre les
électrodes H et h du
cr cliamp de tension » il ne peut pas se pro- duire de courant de dé-
charge. Le courant forcé s’arrêtait en effet dès que l’on interronlpait la décharge entre A et K.
Gràce à cette disposition, les rayons canaux venant du champ de décharge subissent à leur entrée dans
le champ de tension une accélération dans la direction IHème de lcur mouvement. De même les ions po,itifs
et les électrons négatifs qu’ils produisent par choc
sont fortement accélérés par le champ de tension, ils
sc transforment en raBons canaux et en rayons catllo-
diques. Les rayons cathodiques passent à travers la cathode du champ de tension au champ de décharge,
tandis que les nouveaux rayoiis canaux traversent le
champ de tension jusqu’à la surface de la cathode auxiliaire Il et contribuent avec les rayons canaux pri-
maires h l’émission lumineuse. J’ai déjà analysé
ailleurs en détail ces phénomènes1.
Pour produire le champ constallt, j’avais à ma disposition une dynamo de 4300 volts et une batterie d’acculnulateurs de 3800 volts. Pour les premiers essais, avais mis ces dem sources en série aux
bornes du champ; mais un accident aBant rendu la dynamo inutilisable, jc ne me suis plus servi ensuite que de la batterie d’accumulateurs.
Il faut remarquer que pour que la dinérence de
potentiel entre les électrodes reste constante, il est nécessaire qu’un courant traverse le champ de ten-
sion. Dans les conditions on j’ai opéré, ce courant
variât de 1 à 4 milliampères. Un ne peut donc même
pas se servir pour établir cette différence de potentiel
Z chr. 11 (1910 471.
d’une nlachine à inflllence à Vingt plateaux: son
débit serait trop faibles. il ne peut pas être question
non plus d’employer une seconde bobine d’induction dont le circuit secondaire était différent de celui de la première bobine. Car, bien que le même cou- rant primaire mc servit à exciter les deux bobines, je n’obtenais pas les mêmes résultats qu’avec la
batterie d’accumulateurs. Cela s explique par ce l’ait que le courant de décharge de la première bobine
n’était pas en concordance de phase avec le courant
entretenu par la seconde dans le champ de tension.
§ 5.
-Méthode employée (suite).
-Dans le dispositil’ yue j’ai employé, la lumière émise par les rayons canaux cst soumise a l’action d’un champ électrique. Une partie du rayonnement est provoqué
par le choc des rayons canaux contre les atoles
immobiles; les raies correspondantes (raies immobiles) occupent la même position dans le spectre, quel que soit l’angle de la direction d obserBation avec la direc- tion des rayons canaux. Le reste du rayonnement est
émis par les rayons canaux eux-mémes (intensité mohile) ; les raies correspondantes se déplacent dans
le spectre, conformément au principe de Doppler, quand on les observe parallèlement à la vitesse des rayons canaux. Pour rendre les observations indépen-
dantes de cet effet Doppler, j’ai observé perpendicu-
lairement à la direction des rayons canaux et par
conséquent aux lignes de force du champ. Les inten-
sités mobile et immobile donnaient alors les mêmes raies fines et non déplacées, et l’effet du champ élec- trique était un effet transversal par rapport u sa direction.
Je rappellerai à ce propos duc dans l’hy drogène pur, les rayons canaux produisent surtout une " intensité
mobile ", que dans l’hélium pur au contraire (je me
suis servi de cette particularité) les raies immobiles
ont unc très grande intensité par rapport aux raies mobiles. 3les observations se rapportent donc, dans
le cas de l’hydrogène, ii l’intensité mobile des rayons
canaux eux-mêmes, dans le cas de l’hélium aux raies immobiles des atomes heurtés par les rayons canaux.
J’ai, dans les deux cas, observé une décomposition électriquc des raies sériées. C’e·t donc que le mouve- ment des particules émettantes n’est pas une cOlldi- tion nécessaire de la production de ce phénomène.
Pour prendre les premières épreuves j aBais placé
la fente tout contre le tube il rayons canaux. l’axe du collimateur perpendiculaire a la directioll du champ
en son milieu.
llais lorsque j’ai Boulu déterminer les directions de vibrations des composantes d’une raie produites par le champ, j ai modifié le dispositif de la manière sui-
vante: J’ai éloigné It’ spectrographe du tube à ray
canaux : j’ai projeté aumoven d’un objectif Zeiss
sar 1: 3.3 foyer 3 cm le champ lumineux sur la
fente de ce spectrographe. En avant de cet objectif
se trouvait une lame de calcite parallèle à l’axe orien- tée de manière que les deux images qu’elle donnait
furent placées vertiralement l’une au-dessus de 1 autre.
Je me suis servi pour les épreuves photographiques
du spectrographe très lumineux que j’ai fait cons-
truire pour mes expériences sur les rayons canaux.
Le temps de pose variait, de 25 minutes a S heures.
Pendant toute la durée de la pose, un électromètre
permettait de contrôler la constance du champ dans
le champ de tension ; lorsque, par suite du vide spon- tané, le voltage s’était élevé de 1UÛ volts, on le rame-
nait à sa valeur primitive en introduisant avec pré-
caution du gaz dans le tube. Pour la préparation et
la manipulation des gaz, j’ai employé les mêmes
méthodes que dans mes recherches sur les rayons
canaux.
§ 4. - Cas des raies H; et H. de 1 hydrogène.
-
J’ai tout d’abord fait de simples observations visuelles sur l’influence du champ sur la raie Ils. En
l’absellce du champ cette raie était une mais peu intense; on voyait nettemcnt, après rétablissement du
champ, un élargissement de la raie : elle redevenait fine, des que l’on interrompait le courant.
Je ne décrirai pas les spectrogrammes obtenus sans
la lame de spath; ,je lllc contente de donner les résul-
tats obtenus au moyen de cette lame.
Les raies H; (Dispersion 1: 23,3mm ; A) et II (Dispersion I : 11.9 mm:Ä ) sont décomposées par
ell’el transversal en 3 composantes. Le vecteur ("14’c-
trique des trois raies médianes est perpendiculaire,
celui des deux raies extrêmes parallèle au champ élec- trique. La composante moyenne du tripict vibrant parallèlement au champ coïncide presque avec la
raie non décomposée. Les figures 2 et 3 donnent uiie
idée de la nature et de la grandeur df la décomposi-
tiun pour un champ de 13 000 volt: on. L’intensité des composantes est en gros proportionnelle Ù l’épais-
setlr des traits correspondants. Un écart tnltrt’ elles (le 1 mm représente une différence de longueur d’onde
de 0,23 unités Amstrong. Les composantes exté- rieures dl’ la figure 3 sont du 3.2 A: L difh-
reHce de longueur d’onde des deux raies D est, un
s’en souvient, de 6 A.
§ 3. Cas du spectre de l’hélium.2013L’hélium présente, ta1l1 :1 l’état d helium qu’j l’etat de
Ij parhélium », Ulle scrjc principale et LieuB séries
secondaires. Comme je l’ai montre eii collaboration 1. Elle parail légèrement depls y notes lon- gueur
’ 1