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Submitted on 1 Jan 1905
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Expériences de Cooper Hewitt sur les tubes à vide
Maurice Leblanc
To cite this version:
Maurice Leblanc. Expériences de Cooper Hewitt sur les tubes à vide. J. Phys. Theor. Appl., 1905, 4
(1), pp.417-441. �10.1051/jphystap:019050040041701�. �jpa-00241020�
417 La lumière émise semble donc en tous points identique à la
lumière ordinaire émise par incandescence. La cause du mouvement vibratoire seule est différente, comme je le montrerai dans la seconde
partie de ce travail. Quant à la réserve d’énergie qui fournit le tra- vail mis en jeu par les radiations, on la trouve dans la chaleur de
transformation des cristaux biréfringents en cristaux cubiques. En
admettant que ces cristaux triboluminescents sont la variété mono-
clinique, on calcule, d’après les nombres de MM. Troost et Haute-
feuille, que la transformation de l’acide monoclinique en acide cubique dégage 702 calories pour AS203 == 198.
28 avril 1905.
EXPÉRIENCES DE M. COOPER HEWITT SUR LES TUBES A VIDE;
Par M. MAURICE LEBLANC (1).
1. Tubes cc gaz raréfié de grande conductibilzïé.
-Si l’on veut faire passer un courant électrique dans un tube contenant un
gaz raréfié, ce gaz se compo rte comme un diélectrique parfait, tant
que le champ électrique n’a pas atteint une valeur déterminée, dépendant de la pression et de la nature du gaz. Lorsqu’elle est atteinte, le gaz perd brusquement son pouvoir diélectrique et se
comporte ensuite comme un conducteur, tant qu’il est traversé par
un courant.
Pour le démontrer, Bouty place le tube contenant le gaz raréfié entre les plateaux d’un condensateur. Dès qu’un courant tra-
verse le tube, la capacité du condensateur est augmentée comme si
l’on avait rempli le tube d’un liquide conducteur.
On peut également se servir d’une ampoule munie de quatre électrodes, a, b, c et d : si un premier courant passe à travers deux d’entre elles, a et b, par exemple (Voir 1), et si l’on ferme une
pile P sur les deux autres, celle-ci débite un courant facile
mesurer avec un galvanomètre G, quand même le voltage de la pile ne serait que de 1 volt. Cet effet cesse instantanément dès que l’on interrompt le passage du premier courant.
(1) Conférence faite à la Société française de Physique, le 29 avril 1905.
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:019050040041701
418
Cooper Hewitt (1) a étudié les tubes à vide dès 1895 et a porté spécialement son attention sur les phénomènes qui se manifestent à la surface des électrodes. Il a découvert que la résistance offerte au
passage d’un courant par un semblable tube, une fois détruite la cohésion diélectrique des gaz restants, ne devait être attribuée que pour une très faible partie à la colonne gazeuse, et qu’elle résidait
surtout à la surface de la cathode. Il a appelé ce phénomène
gnance de la calhode.
,r
Il a découvert, en même temps, que, si la surface de la cathode était désagrégée par le passage du courant (mécaniquement, physiquement ou électriquement), elle perdait aussitôt sa répu-
gnance et que l’on pouvait, alors, après un amorçage préalable,
,faire traverser un tube ou une ampoule à vide par un courant con- tinu de grande intensité, en ne disposant que de quelques volts.
C’est ainsi qu’il a pu faire passer dans une ampoule de centi-
(l) Les renseignements suivants
surles recherches de Cooper Hewitt m’ont été fournis par
soncollaborateur, le Dr de Recklinghausen, qui
abien voulu
m’assister lors de
maconférence à la Société de Physique, et qui
arépété
devant les assistants les expériences fondamentales auxquelles il
aparticipé.
419 mètres de diamètre environ, refroidie par un bain d’huile, un
courant de 100 ampères avec 8 volts.
Cette découverte a la plus haute importance au point de vue pra-
tique, car elle permet d’utiliser industriellemeni les tubes à vide,
que l’on pouvait croire confinés à jamais dans les laboratoires. Dès à présent, on a pu faire avec eux de nOl1veaux appareils d’éclairage
intéressants à bien des points de vue, et une nouvelle soupape élec-
trique avec laquelle on redresse, dans les meilleures conditions de
rendement, des courants alternatifs de toutes fréquences, même égales à 10", résultat impossible à atteindre par tout autre moyen.
Nous signalerons encore un exploseur qui interrompt et rétablit
un courant au moins 10-~ fois par seconde et, enfin, un interrupteur
pour courants alternatifs, qui permet de les couper au moment
précis où leur intensité est nulle.
..Voici comment Cooper Hewitt a mis en évidence la propriété
,
fondamentale de la cathode.
F[G. 2.
’Il a pris un tube vertical, ayant 30 millimètres de diamètre inté-
rieur, muni de trois électrodes, ~r, b, c, comme celui représenté sur
la 2. Chacune de ces électrodes était constituée par une petite poche remplie de mercure où pénétrait un fil de platine apries avoir
traversé le verre. La distance des électrodes et b était de 3 î l-,5 et
celle des électrodes b et c de i 3 centimètres.
420
Ce tube ayant été soigneusement vidé d’air, il l’a amorcé au
moyen d’un des procédés décrits plus haut, et a fait passer un cou- rant continu entre les électrodes a et c, la première servant d’anode
et la seconde de cathode.
Avec 72 volts seulement, le courant a acquis une intensité de
3,5 ampères. Son passage maintenait la surface de la cathode à l’état de désagrégation. Son mercure s’évaporait, mais se conden-
sait sur les parois du tube et retombait à la partie inférieure; la
cathode se reconstituait ainsi au fur et à mesure de sa destruc- tion.
Dans ces conditions, il a mesuré successivement les voltages développés entre les électrodes c~ et b et entre les électrodes b et c, et les a trouvés respectivement ég aux à 28 et à 44 volts.
Le rapport de ces voltages est voisin de celui des distances des
électrodes a,, b et b, c. Mais il en diffère, car il y a encore une chute
brusque due voltage à la surface de chaque électrode, Ces chutes de
voltage sont d’ailleurs peu importantes, et leur somme est rarement
supérieure à 14 volts.
Il a réuni alors les électrodes b et c par un circuit renfermant un
galvanomètre et constaté le passage d’un courant de 1 à 2 cen-
tièmes d’ampère, ayant une intensité du même ordre de grandeur
que celle du courant qu’eût fait passer le même voltage entre les
électrodes c et d de l’ampoule de la fig. 1, lorsqu’un premier cou-
rant eut passé entre les deux autres. La presque totalité du cou- rant continuait à passer entre les électrodes a et c.
11 a ensuite réuni l’électrode b à l’anode a. Aussitôt l’entrée du courant a sauté de l’anode a à la nouvelle anode b.
En intercalant, entre la source d’électricité et les anodes a et 1j, deux rhéostats à résistances variables, il a pu partager le courant
entre les deux anodes, dans une proportion quelconque ; la portion
du tube comprise entre les électrodes cc et b se comportait comme
une simple résistance.
Cette expérience démontre péremptoirement qu’une électrode en
mercure n’offre que très peu de résistance au passage du courant
lorsqu’elle sert d’anode, et qu’elle lui en oppose, au contraire, une
très considérable lorsqu’elle sert de cathode, si sa surface ne
se trouve pas maintenue à l’état de désagrégation continuelle par le passage d’un courant suffisamment intense, préalablement établi.
1B1. Cooper Hewitt a repris la même expérience en remplaçant le
421
mercure par d’autres corps. Il a toujours obtenu les mêmes résultats;
mais l’intensité du courant qui doit traverser la cathode c est d’au-
tant plus grande qu’il s’agit de corps plus difficiles à désagréger
d’une manière quelconque.
La répugnance de la cathode est donc une propriété générale : on peut toujours la surmonter, en désagrégeant sa surface.
Le graphite est facile à désagréger : il se transforme en poussière.
Il en est de même pour le potassium et le radium; mais leurs vapeurs attaquent rapidement le verre du tube. Quant aux sels,
leur dissociation amène la production de vapeurs acides, qui
attaquent l’anode.
Pratiquement, le mercure à l’état de pureté permet seul de consti-
tuer une catllode dont on puisse maintenir constamment la surface à l’état de désagrégation et qui se reconstitue d*elle-même, au fur
et à mesure de sa destruction. Les vapeurs de mercure n’exercent
aucune action nocive sur les parois du tube ou sur l’anode, si elle
est en fer comme celles qu’emploie Cooper Hewitt.
,On peut donc constituer un tube à vide offrant une grande conduc-
tibilité au passage d’un courant continu, une fois qu’il a été amorcé,
à la condition de lui donner une cathode en mercure et de le faire
toujours traverser par un courant continu d’intensité suffisante pour que la surface de la cathode soit maintenue à l’état de désagréga-
tion. L’anode peut être en mercure, en fer ou tout autre métal non
attaquable par les vapeurs de mercure.
D’ordinaire, l’anode s’échauffe davantage que la cathode. Si on la fait en mercure, il y a un transport de métal de l’anode à la cathode, opéré par voie de distillation.
Il.
-Tout tube à vide et à cathode de mercure doit être préalablement amorcé, c’est-à-dire que la cohésion diélectrique
des gaz restants doit être détruite une fois pour toutes avant que l’on
puisse lui faire produire un effet utile.
Un premier moyen consiste à lui faire supporter, pendant un temps court, un voltage suffisant développé par une source d’élec- tricité capable de lui fournir, en même temps, un courant d’intensité
assez grande pour amener la désagrégation immédiate de la sur-
face de la cathode.
Cette source doit pouvoir fournir un grand débit d’énergie, mais
seulement pendant un temps très court. Il était tout indiqué de la
constituer avec une bobine de self-induction, qui restituerait brus-
422
quement l’énergie qu’elle aurait emmagasinée pendant un temps quelconque.
Aussi Cooper IIeXN.itt a-t-il eu recours au dispositif suivant {Voir =3).
FIG. 3.
Soit A le tube que l’on veut amorcer, a son anode en fer, et c sa
cathode de mercure.
On relie l’anode au pôle + de la source d’électricité par l’inter- médiaire d’une résistance R et d’une bobine de self-induction J.
D’autre part, la cathode étant reliée au pôle
-de la source, on établit une connexion, entre l’anode et la cathode, renfermant un
interrupteur à huile et à action rapide U et une résistance R’.
Enfin, autour du tube et dans le voisinage immédiat de la cathode,
on dispose une feuille d’étain f, que l’on relie à l’anode. On fait ainsi
un petit condensateur, dont les armatures sont fournies par la feuille d’étain et le mercure de la catlode, et qui est monté en déri-
vation entre les bornes de l’interrupteur. Quand on ouvrira celui-ci,
l’extra-courant de rupture ira d’abord charger ce condensateur, au
lieu de se frayer un passage à travers l’huile, ce qui augmentera la rapidité de l’action de l’interrupteur, comme dans les bobines de
Ruhmkorf.
Mais cette disposition a une efficacité toute spéciale dans le cas
423 actuel. En effet, la charge du condensateur amène une variation
brusque de la tension superficielle du mercure de la cathode. Il en
résulte une violente agitation de cette surface, qui est ainsi désa-
grégée, au moment même où la cohésion diélectrique du gaz est détruite.
L’expérience montre que la quantité d’énergie qa’il faut emmaga- siner dans la bobine de self-induction J, pour déterminer l’amor- çage, doit être environ 5 fois plus grande lorsque ce condensateur est supprimé que lorsqu’il est rétabli.
Pour amorcer le tube, on ferme l’interrupteur U. Un courant d’in-
tensité constante finit par le traverser, après avoir emmagasiné une
certaine quantité d’énergie dans la bobine de self-induction J. On
ouvre alors l’interrupteur, ce qui provoque un coup de bélier. Le
voltage s’élève entre l’électrode et la cathode, jusqu’à ce qu’un cou-
rant d’intensité constante le traverse désormais. La résistance R sert à régler son intensité. La résistance R’ sert à régler l’intensité du courant dans la bobine, avant la mise en route, et, par suite, la
quantité d’énergie disponible pour l’amorçage.
Le voltage nécessaire est proportionnel à la longueur du tube A,
mais croît très rapidement avec le degré de raréfaction des gaz, en tendant vers l’infini lorsque le vide devient absolu.
Pour éviter d’avoir à produire des voltages démesurés, M. Cooper
Hewitt a fait des tubes ayant deux anodes, a et b, et une cathode, c, comme celui représenté sur la fig. 4.
L’anode b est située aussi près que possible de la cathode c. On relie les anodes a et b par un circuit contenant un interrupteur U’.
Cet interrupteur étant fermé, on détermine, comme précédemment, l’amorçage entre l’anode b et la cathode c. Le tube devient conduc- teur sur toute sa longueur et une partie du courant passe par l’anode ~. Dans ces conditions, pendant l’amorçage, on n’a à surmon-
ter que la cohésion diélectrique de la colonne comprise entre les
électrodes b et c, au lieu de celle de la colonne comprise entre les
électrodes a et c.
Néanmoins, lorsque la raréfaction des gaz devient extrême et que, la lampe étant froide, la tension des vapeurs de mercure émises par la cathode est sensiblement nulle, le voltage nécessaire pour déter- miner l’amorçage est encore énorme. Il faut alors avoir recours à la méthode suivante, connue d’ailleurs depuis longtemps :
On incline le tube de façon qu’un mince filet de mercure vienne
424
joindre l’anode à la cathode et établisse un court-circuit. Le courant passe : dès qu’on redresse le tube, le court-circuit est interrompu,
FIG.
un arc jaillit à l’intérieur du tube et détermine son amorçage immé- diat.
III. Stabilité du fonctionnement.
-Si l’intensité du courant de- vient trop faible pour entretenir l’état de désagrégation de la cathode,
elle reprend immédiatement sa répugnance.
Or, les expériences de MM. Wiedemann, Ruhlmann et Cantor ont
montré qu’un courant traversant un gaz raréfié, lorsqu’il est fourni
par une source à voltage constant, est toujours discontinu.
Il était donc nécessaire de le forcer à demeurer continu en faisant croître automatiquement le voltage aux bornes du tube, lorsque
l’intensité diminuait, et réciproquement. 12. Cooper Ilexvitt y est
arrivé en montant en série, avec chacun de ses tubes, une résistance
ou une bobine de self-induction.
Au contraire, on rend impossible le fonctionnement d’un tube raréfié si l’on dispose un condensateur de capacité appréciable
entre ses bornes.
M. Robert de Valbreuze, qui a fait, il y a deux ans, d’intéressantes recherches sur les tubes à vide, a reconnu, de son côté, la grande
efficacité des bobines de self-induction pour les maintenir amorcés.
Elles ont l’avantage de ne pas dépenser d’énergie.
425
Toutefois, pour des raisons qui seront exposées plus loin, M. Coo-
per Hewitt joint à leur action celle d’une résistance ohmique.
IV. Etude spéciale de la conductibilité des tubes il vide et à cathode de mercure.
-M. Cooper Hewitt, avec; l’aide de 1.B1. Wills, a
fait de nombreuses expériences sur la conductibilité de ces tubes. Il
a d’abord étudié comment variait le voltage à l’intérieur d’un tube à
vide, à cathode de mercure, à la surface des électrodes et le long de
la colonne gazeuse.
Un premier point était déjà acquis : la présence de gaz raréfiés à l’intérieur du tube ne pouvait produire qu’un accroissement de résis- tance après l’amorçage. Aussi les expériences n’ont-elles porté que
sur des tubes où le vide avait été porté aussi loin que possible, et qui
ne renfermaient plus que la vapeur de mercure émise par la cathode.
M. Cooper Hewitt avait aussi constaté que la chute de voltage,
ala surface des électrodes, était presque indépendante de l’intensité du courant, qu’elle ne dépendait guère que de la température de ces , surfaces et diminuait lorsque celle-ci augmentait.
Ils ont opéré sur des tubes à anode de fer. Une pince tliermo-élec-
trique, traversant le verre, passait à 1 centimètre environ de l’anode,
et un électromètre mesurait la chute de voltage entre l’anode et la
vapeur située dans son voisinage immédiat.
On se servait d’un électromètre pour éviter l’action de la cathode
sur le courant qui aurait dû traverser un voltmètre.
M. Wills a, en particulier, relevé sur un tube de 19 millimètres de diamètre les nombres suivants, qu’il a publiés en août 1904 dans
Revieu) :
Il est impossible de faire la même expérience avec la cathode, à
cause de l’état d’agitation continuel de sa surface. Mais, eq opérant
sur des ampoules de grande section dont l’anode et la cathode étaient
’ très voisines, et où la chute de voltage dans le milieu intermédiaire était négligeable, il étai, possible, en connaissant la chute de vol-
tage totale entre les deux électrodes et la chute de voltage à l’anod e,
J. de Phys., 4e série, t. IV. (Juin 1905.) 2~
426
d’en déduire, par simple différence, la chute de voltage à la cathode.
On a trouvé, ainsi, que cette dernière chute était très sensiblement constante et égale à 5 volts.
M. Cooper Hewitt et Wills ont ensuite recherché comment variait le voltage à l’intérieur d’un tube, en fonction de son diamètre,
de la tension de vapeur de mercure qui y régnait et de l’intensité du
courant qui le traversait.
Pour cela, ils ont pris des tubes de diamètres différents (Voir 5)
dans lesquels pénétraient : tl une pince thermo-électrique C et une pointe de platine D situées à une distance déterminée l’une de l’autre. La pince thermo-électrique C actionnait un galvanomètre B, dont la déviation donnait la température à l’intérieur du tube. On en
déduisait la tension de vapeur du mercure au moyen des tables de lord Rayleigh. Un électromètre E mesurait le voltage entre les points C et D. On faisait varier la température de la lampe en la
réchauffant extérieurement, et un ampèremètre F mesurait l’inten-
sité du courant qui la traversait.
°La colonne lumineuse ne remplit pas toujours complètement le
tube. Elle cesse de le faire dès que la tension de vapeur a acquis
427 une valeur déterminée. A partir de ce moment, son diamètre aug- . mente avec l’intensité du courant et diminue lorsque la tension de la vapeur augmente.
FiG. 6.
Les diagrammes de la 6 représentent les résultats observés
"’Sur un tube de 38 millimètres de diamètre. Ils montrent comment
varie, pour ce tube, la chute de voltage par centimètre en fonction de la tension de vapeur et de l’intensité du courant.
Ils se composent chacun de deux droites se coupant sous un angle obtus. La tension de vapeur au point d’intersection de
ces deux droites, est approximativement donnée par l’expression :
où J représente l’intensité, exprimée en ampères, du courant qui
428
,
traverse le tube, et D le diamètre de ce dernier, exprimé en centi-
mètres.
La discontinuité du phénomène s’explique aisément parce que, tant que l’on a à la colonne lumineuse occupe toute la section du tube et que, pour à > ~~, elle n’en occupe qu’une partie.
Il est à remarquer que, pour un même tube, les droites apparte-
nant à chacun des deux groupes de droites composant les dia- grammes relatifs à des intensités différentes convergent en un
même point, et que les deux points de convergence ont même ab- scisse.
Pour des tubes plus étroits, on trouve des diagrammes composés
de droites semblables, mais qui se relèvent plus rapidement.
FIG. î.
M. Wills a pu représenter les résultats observés par la formule
suivante, où X désigne la différence de potentiel nécessaire pour
faire traverser par un courant de J ampères 1 centimètre de lon-
gueur d’un tube de D centimètres de diamètre, la tension de vapeur
étant de A millimètres de mercure. Dans cette formule, a, b, c et d
représentent des constantes :
429 On a pour :
Cette formule rnontre que le voltage X est une fonction linéaire de la tension de vapeur A. Un tube conduit donc d’autant mieux que le vide y est plus grand.
Les 7 et 8 se rapportent au cas où la pression dans le tube est maintenue constante et égale à 1 millimètre de mercure.
La première montre comment varie le voltage par centimètre,
lorsque l’intensité du courant augmente, dans des tubes de diamètres différents. Lia seconde montre comment varie le même voltage, avec
le diamètre du tube, pour des courants de diverses intensités.
Les diagrammes des fig. 6, 7 et 8 sont des illustrations de la
formule de Wills.
,V . Influence d’un champ magnétique un tube à vide et à cathode de mercure.
---M. Hewitt a eu l’idée d’approcher un aimant
d’un tube à vide et à cathode de mercure traversé par un courant.
ll l a constaté qu’une flamme, dirigée suivant les lignes de force,
émanait alors de la tache brillante constituant la zone de désagréga-
tion de la cathode et venait s’écraser contre les parois du tube, en
un point où se manifestait un vif dégagement de chaleur.
Un phénomène très curieux s’est manifesté : la colonne lumineuse, qui continuait à aller de l’anode à la cathode, contournait cette flamme,
en affectant la forme d’une hélice.
’Vl. Première application des tubes vide il catlaocle de mercure.
-Lampes dites il vapeur de 1nercnre.
-Le voltage nécessaire pour faire passer un courant dans un tube à vide, dont la cathode est en
mercure, est d’autant plus petit, après l’amorçage, que la raréfac- tion du gaz a été poussée plus loin. Lorsqu’elle est extrême et que le tube est refroidi de manière que la vapeur de mercure émise par la cathode se condense immédiatement et 110 vienne pas remplir le
tube, le passage d’un courant de plus de 100 ampères ne se manifeste
que par l’apparition d’une tache brillante à la surface de la cathode,
à l’endroit oû cette surface est désagrégée. La colonne gazeuse demeure obscure.
Si la raréfaction est poussée moins loin, le tube étant toujours
430
refroidi, la résistance est plus grande, mais le tube s’illumine, et sa>
couleur est caractéristique du gaz qu’il contient encore : rose si c’est
de l’azote, violette si c’est de l’hydrogène...
Un tube oû le vide a été poussé aussi loin que possible s’illumine
aussi dès que l’on cesse de le refroidir et qu’il est envahi par la vapeur de mercure, et la lumière émise a la couleur verte du mer-- cure.
On conçoit la possibilité d’user de semblables tubes comme appa- reils d’éclairage.
M. le D1’ de ReckHngbausen a fait les expériences suivantes : un
tube à cathode de mercure primitivement rempli d’azote était plongé
dans de la glace, il paraissait rose: dès qu’on enlevait la glace, il
était envahi par la vapeur de mercure et devenait vert. L’Llr2 des
spectres de l’azote ou du mercure était toujours prépondérant. Il a
substitué à l’azote divers gaz parmi ceux qui ne pouvaient attaquer
les électrodes, en particulier l’argon et l’hélium. Le résultat a tou-- jours été le même. Il semble donc que le courant demande de le
transporter, suivant les cas, de préférence aux ions de l’un ou l’autre
des gaz ou vapeurs qui remplissent le tube, au lieu de le demander
à plusieurs d’entre eux à la fois.
Il a ensuite remplacé le mercnre par un amalgame de potassium.
Dans un tube vertical, long de 1 mètre, la partie supérieure deve-
nait rouge, et la partie inférieure verte, le changement de couleur se produisant sur une longueur de 2 centimètres environ. Quoi que l’on
fasse, il est impossible de superposer pratiquement les spectres de corps différents dans ces tubes.
Comme on ne saurait maintenir une lampe électrique dans de lai
glace, si l’on veut employer des tubes à gaz raréfié et à cathode de
mercure comme appareils d’éclairage, on doit accepter une lumière
verte correspondant au spectre du mercure.
Elle a le grand défaut de dénaturer complètement les couleurs et de donner un aspect cadavérique aux personnes ; mais elle est très,
reposante pour la vue et est très économique.
Les lampes normales de 1B1. Cooper Hewitt ne consomment, en effet, que 0,45 watt par bougie en tenant compte de la perte d’énergie
dans les résistances inductives qui les accompagnent. Toutefois, si l’on consent une perte de 25 0/0 dans la lumière produite, on peut la mélanger de rayons rouges, en enveloppant les lampes avec une-
étoffe de soie in1prégnée d’une substance fluorescente, telle que la
431
rhodamine. Dans ces conditions, les personnes recouvrent leur aspect naturel.
La lampe à vapeur de mercure, telle qu’elle est, peut rendre bien des services, quand des questions d’esthétique ne sont pas en jeu.
Elle convient admirablement à l’éclairage des ateliers et des bureaux de dessin.
La nocivité des rayons rouges, au point de vue physiologique et psychologique, est bien connue. Les ateliers de M. Lumière, à Lyon,
étaient primitivement éclairés à la lumière rouge, et leur personnel, composé d’hommes et de femmes, était, paraît-il, ingouvernable. Ils
ont trouvé une couleur verte non photogénique : ils l’ont substituée
au rouge et, depuis ce temps, le calme le plus absolu règne dans
leur établissement.
La lumière des lampes à vapeur de mercure possède les même qualités calmantes, tout en étant très photogénique : elle convient admirablement pour la photographie.
Les tubes de verre arrêtent les rayons ultra-violets ; mais des
artistes spéciaux ont réussi dernièrement à faire des lampes à vapeurs de mercure en quartz, bien que sa température de fusion soit de 800" supérieure à celle du verre. Ces lampes fournissent tellement de rayons ultra-violets que l’on ne saurait les regarder longtemps
sans danger pour les yeux; mais elles ont des usages médicaux et
peuvent servir au traitement du lupus.
A égalité d’intensité de courant, la luminosité d’un tube augmente
avec la tension de la vapeur de mercure qui le remplit, mais le vol-
tage nécessaire pour faire passer le courant augmente plus rapide-
ment avec cette tension, à partir d’une certaine limite. Il y a donc une tension de vapeur pour laquelle le rendement lumineux est maximum Elle est voisine de 2 millimètres de mercure et correspond à la tem- pérature de 145".
Le problème revenait à dimensionner la lampe, de manière que-
sa température intérieure se maintînt d’elle-nièrne aux environs de 145". La température de nos habitations étant toujours voisine
de 20°, il suffisait de régler convenablement sa surface de refroidis-
sement.
M. Cooper Hewitt y est parvenu en disposant, autour de la cathode, une chambre de condensation de diamètre beaucoup plus.
grand qne celui du tube, comme le montre la 9. C’est contre
les parois de cette chambre que se condense la majeure partie des
432
vapeurs issues de la cathode, et c’est à travers elle que se dissipe
presque toute la chaleur.
()n a soin de disposer du coton de verre au fond des tubes pour amortir les coups de marteau du mercure, si le tube venait à être culbuté. On peut arriver au même résultat en reliant les fils de platine qui traversent le verre à des coupelles en acier.
FIG. 9.
Ces dispositions paraissent avoir une très grande importance en pratique.
°
Toutes les lampes sont faites pour une intensité de 3,5 ampères. Ce
chi’fre ne saurait être dépassé sans qu’il fallîit prendre des disposi-
tions assez coîiteuses pour assurer le passage du courant au travers des fils traversant le verre.
Avec une intensité plus faible, un courant d’air pourrait éteindre
la lampe, en refroidissant par trop sa cathode.
Le diamètre du tube a été déterminé par les considérations suivantes :
Faisons fonctionner une lampe dans une atmosphère à la tempé-
rature de ~0° C. environ, et faisons-la traverser par des courants d’intensités successivement croissantes. Le voltage qu’il faudra dé- velopper entre ses bornes variera, en fonction de l’intensité, comme
le représente la courbe de la fty. 10.
,433 Il passera par un minimum qui, toutes choses égales d’ailleurs,
sera fonction du diamètre du tube.
On fera varier la surface de la chambre de condensation, de
manière que la tension de vapeur soit à peu près de 2 millimètres de mercure, lorsque l’intensité sera de 3,5 ampères. Mais, pour que le régime de la lampe soit stable, le voltage nécessaire aux bornes de la lampe devra passer par un minimum, précisément pour cette intensité.
FIG. ~10.
S’il en est ainsi, il suffira de monter une résistance en série avec
la lampe, comme s’il s’agissait d’une lampe à arc, pour qu’un
accroissement d’intensité amène une diminution de voltage et,
par suite, tende à ramener l’intensité à sa valeur normale et réci-
proquement.
Le fonctionnement de la lampe sera alors parfaitement stable.
Il faut donc déterminer le diamètre du tube, de manière que la
’
courbe de la fig. 10 passe par un minimum, lorsque l’intensité du courant est de 3,5 ampères. Cette courbe se rapporte à une lampe destinée à fonctionner sous un voltage de 40 volts. Le résultat voulu est obtenu avec une grande approximation ; mais on perd,
dans la résistance, un grand nombre des volts disponibles, soit ~?~.
Cela n’empêche pas le rendement industriel de cette lampe d’être
très élevé, la consommation totale d’énergie n’étant que de 0,45 watt
par bougie.
Afin de donner
aufonctionnement de ses lampes la stabilité
nécessaire, 1B1. Cooper Hewitt les a accompagnées simultanément
d’une résistance et d’une bobine de self-induction.
434
La self-induction sert à empêcher les variations brusques de cou-
rant qui tendent toujours à se produire dans les tubes à vide. La résistance sert à maintenir à la valeur voulue 1 intensité normale du
courant qui traverse la lampe.
FIG. ’I2.
L’une de ces lampes est schématiquement représentée sur la
On les amorce en les inclinant et en établissant ainsi un court-circuit momentané entre l’anode et la cathode.
VII. apl)lication de.s tubes à vide et à cathode de mer- cure.
-électrique.
-Une cathode ne peut laisser passer
un courant que si sa surface a été préalablement désagrézée. Cette
Fic.12.
propriété permet de réaliser une soupape électrique, c’est-à-dire un
circuit à travers lequel une force électromotrice alternative ne peut
faire passer que des courants d’un sens déterminé.
Considérons, par exemple, la disposition suivante (Voir 12).
435
Une ampoule A est munie d’une cathode
cen mercure et de deux anodes ~r et b en fer, mais qui pourraient aussi être en mercure,.
Faisons passer un courant continu entre l’anode b et la ca-
thode c, par les procédés ordinaires. Ce courant sera fourni par une
petite batterie B qui n’aura à développer que 14 volts entre les électrodes et c et produira seulement un courant d’intensité suifi- sante, soit 3,5 ampères, pour maintenir la surface de la cathode c à l’état de désagrégation.
Faisons agir en même temps une source de force électromotrice alternative C entre les électrodes ~r, et c.
Lorsque le courant tendra à aller de l’électrode a à la cathode (’,
il n’aura à subir qu’une chute de voltage de 14 vults. Il passera
donc, si la source C développe un voltage supérieur.
S’il tend, au contraire, à aller de c en c~, l’électrode c~ jouera le
rôle de catliode. Sa répugnance n’étant pas détruite par une désa-
grégation superficielle préalable, elle s’opposera au passage du courant.
Le circuit comprenant la source de force électromotrice E sera le
siège d’un courant toujours de même sens, qui pourra charger une
batterie d’accumulateurs D, développant une force contre-électro- motrice bien supérieure à la force électromotrice de la batterie B.
En même temps, l’intensité du courant, qui la chargera, pourra ètre bien plus grande que 3,5 ampères.
Enfin, si nous intercalons une bobine de self-induction E dans ce
circuit, nous pourrons rendre très sensiblement continue l’intensité
du courant.
Cet appareil permet donc de faire produire un courant continu
par un alternateur. Mais l’alternateur ne travaille alors que pen- dant la moitié du temps. On évite cet inconvénient comme il suit :
Un alternateur (Voir (ig. 13) alimente le circuit primaire P d’uri
transformateur muni de deux circuits secondaires S, et SI ayant le
même nombre de spires du même fil, mais enroulés l’un à gauche,
l’autre à droite.
Les points d’entrée de ces circuits sont individuellement reliés
aux deux anodes et b de l’ampoule A. Leurs points de sortie son
réunis et servent de point de départ au circuit extérieur, que l’on
veut faire traverser par un courant continu. Ce circuit aboutit à la
cathode c. Il doit contenir une bobine de self-induction E.
436
On monte en dérivation, entre les conducteurs d’aller et de retour de ce circuit, une batterie d’accumulateurs B qui sert à
amorcer l’ampoule. De cette manière, l’alternateur débite un cou- rant alternatif, et rien n’est changé à son fonctionnement. Le cou-
rant secondaire traverse successivement l’un et l’autre des circuits secondaires.
FiG. 13.
Une fois l’appareil mis en route, on peut supprimer la bat-
terie B, la bobine de self-induction E suffisant pour empêcher le
courant de s’annuler avec la force électromotrice développée dans
les circuits secondaires.
Lorsqu’il s’agit de redresser des courants triphasés, NI. Cooper
Hewitt emploie une ampoule A qui a trois anodes Cl1’ a2’ aa et une cathode de mercure c (Voir ley. 14). Le transformateur a ses circuits secondaires montés en étoile. Leurs trois points d’entrée sont indi-
viduellement reliés aux anodes cr i, a~, Le circuit à courant continu
est branché entre le point neutre 0 et la cathode c. Une batterie (accumulateurs B sert à opérer l’amorçage de l’ampoule, comme
dans les cas précédents.
437
Ici, il n’est plus besoin d’une bobine de self-induction pour main- tenir l’appareil amorcé, une fois que la batterie a été supprimée. En
ieffet, les courants débités par les trois circuits du transformateur ne
s’annulent jamais simultanément ; d’autre part, la self-induction des circuits d’armature de l’alternateur suffit pour empêcher toute
-variation brusque de l’intensité des courants.
’
r.IG. 14.
Cooper Hewitt a fait des redresseurs de ce système capables
de débiter un courant continu de 30 ampères sous 500 volts et
dont le rendement s’élève à 98 0/0. ’rout fait espérer que ces résultats seront de beaucoup dépassés dans l’avenir, lorsqu’on aura
définitivement réussi à remplacer les ampoules en verre par des
ampoules métalliques.
Les services que rendront ces appareils, lorsqu’ils seront devenus tout à fait industriels, seront immenses.
Ils permettent, en effet, de redresser des courants ayant la fré- quence de ceux de Hertz, c’est-à-dire de courants capables de
transmettre de l’énergie à distance, par induction, à travers l’air. 11 l
serait donc possible de transmettre de l’énergie sans fil, au lieu de
transmettre seulement des messages. En supposant que cela ne
puisse se faire qu’à petite distance, il serait déjà fort intéressant de
pouvoir transmettre de l’énergie à des voitures automobiles, au
moyen d’une simple ligne parallèle à la route, par induction et
sans aucun contact direct.
Ces appareils permettraient enfin de redresser des courants
,
