Sur la décharge à haute fréquence dans les gaz raréfiés

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Submitted on 1 Jan 1923

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Sur la décharge à haute fréquence dans les gaz raréfiés

G. Gutton, S.K. Mitra, V. Ylostalo

To cite this version:

G. Gutton, S.K. Mitra, V. Ylostalo. Sur la décharge à haute fréquence dans les gaz raréfiés. J. Phys.

Radium, 1923, 4 (11), pp.420-428. �10.1051/jphysrad:01923004011042000�. �jpa-00205113�

SUR LA DÉCHARGE A HAUTE FRÉQUENCE DANS LES GAZ RARÉFIÉS

Par MM. G. GUTTON, S. K. MITRA et V. YLOSTALO.

Faculté des Sciences de Nancy.

1. Au cours de recherches sur les oscillations de Hertz, ^{l’un de nous a}

souvent observé que ^les tubes à gaz raréfiés employés ^{à l’étude du} champ électromagnétique avaient la plus grande sensibilité _pour une pression ^{trés ,} supérieure à ^celle qui correspond ^au plus facile passage d’une décharge à

à basse fréquence.

A pression égale, l’aspect ^du tube est très différent dans les deux ^cas.

Pour les fréquences ^très élevées des oscillations de Hertz, la fluorescence verte de la paroi apparaît lorsque ^la pression ^{est encore} supérieure ^{à un}

millimètre de mercure.

Pour observer ces phénomènes, nous avons employé ^un petit ^excita-

teur de Lécher, complètement immergé ^{dans l’huile, du modèle} qui ^{nous a}

servi à des expériences ^{sur la durée de la} biréfringence électrique (~). ^En

l’alimentant avec un transformateur ^de Tesla, ^{à une} fréquence qui ^corres- pond à ^{3 mètres de} longueur ^{d’onde. on obtient, à la} pression atmo5phé- rique, des étincelles de plus d’un centimètre de longueur ^{entre les extré-}

mités des fils le long desquels ^se propagent les oscillations qu’il produits.

Nous avons réuni à l’extrémité de ces fils deux morceaux de papier

d’étain collés sur la paroi extérieure d’un tube de verre et constaté qu’en

face de ces électrodes, ^{on obtenait une tache} fluorescente verte de la

paroi ^{du tube} lorsque ^la pression ^{de l’air à} l’intérieur était encore 1,4 ^mm.

Un obstacle à l’intérieur du tube projette ^{une ombre sur cette tache}

fluorescente. Les contours en sont très nets pour ^une pression ^{de 0.5 mm.}

On observe, par exemple, ^{très bien cette} ombre dans les conditions

~

suivantes. Un tube cylindrique ^{de 13 mm de} diamètre intérieur a l’une de

ses électrodes constituée par ^une bande de papier ^{d’étain collée sur la} paroi extérieure parallèlement ^{à l’axe du tube, l’autre est un anneau de} papier ^d’étain disposé ^{sur une autre} partie du tube. En reliant ces électrodes à l’oscillateur, ^{on voit en} face de la première ^une tache fluorescente très nettement coupée par l’ombre ^d’un fil d’aluminium de f , 2 mm ^de diamètre,

disposé normalement à l’axe du Lube.

_

(1.). C, GuTros. Journal de Physique, ^5e série, ^t. 3, (~9~~~ p-206.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphysrad:01923004011042000

421

La mesure de la différence de potentiel pour laquelle le tube devient lumineux est très incertaine lorsqu’on ^{utilise des} oscillations amorties, mais les lampes ^{à trois} électrodes ayant ^{fourni un} moyen ^d’obtenir des différences de potentiel sinusoïdales, d’amplitude constante, jusqu’à ^des fréquences ^{très élevées, la mesure} électrométrique ^{de la} valeur efficace de cette différence de potentiel peut ^être précise. ^Nous nous sommes donc pro-

posé ^{d’étudier comment} la différence de potentiel, qui produit l’illumination d’un tube contenant de l’air raréfié, dépend ^{de la} fréquence ^{de cette dif-}

férence de potentiel pour diverses pressions.

Nous avons employé ^des fréquences comprises entre 50 et 2 140 000.

Cette dernière correspond ^{à une} longueur ^d’onde égale ^{à 140 m ; nous}

nous proposons d’étendre les expériences ^{à des} fréquences plus ^élevées, atteignant celles des oscillations hertziennes.

Nos expériences ^ont porté, ^{soit sur des tubes à} électrodes intérieures, soit sur des tubes dont les électrodes extérieures étaient constituées par des anneaux de papier d’étain collés sur la paroi ^du tube. Ces tubes conte- naient de l’air sec à une température qui ^{au cours des} expériences ^{n’a varié}

que de quelques degrés ^{autour d’une} température moyenne de 15° C.

La pression ^{était mesurée avec une} jauge, ^{y la} fréquence des oscilla- tions électriques ^{avec un ondemètre.}

Ces oscillations étaient produites ^{avec un} oscillateur à trois petites

> lampes ^à grille ^{du modèle de la} Radiotélégraphie militaire. La tension de

plaque ^était égale ^{à 300 volts.}

Le circuit oscillant comprend ^{une bobine B} (fig . 1) adaptée ^{à la} longueur

d’onde à produire ^{et un} condensateur variable A permettant ^de changer

cette longueur d’onde d’une façon continue. On y ajoute, pour ^les

fréquences ^{basses, un} condensateur A’, ^à capacité fixe, ^{monté en} parallèle.

Une bobine B’ intercalée sur le circuit de grille ^est couplée ^{au circuit}

oscillant. Une résistance r de 10000 ohms en dérivation sur une capacité

de quelques millièmes de microfarad est intercalée dans le circuit, ^{afin de} limiter l’intensité du courant de grille ^et d’éviter ainsi un échauffement

exagéré ^des lampes.

A cet oscillateur est couplée ^{une bobine D,} dont les extrémités sont

reliées, ^d’une part ^aux électrodes du tube à gaz raréfié T, ^d’autre part ^{à un} petit électromètre idiostatique ^E. Lorsque l’ensemble de la bobine et des

capacités ^{très faibles de} l’électromètre et des électrodes du tube est en réso- nance, ^on obtient entre ces électrodes uue différence de potentiel qui depasse 700 volts efficaces.

Pour les très hautes fréquences~

^{la bobine doit être assez} longue pour

qu’il ^ne soit, pas nécessaire d’obtenir la résonance par l’adjonction ^d’un condensateur, ^ce qui diminuerait beaucoup ^la différence de potentiel ^entre

les électrodes. Pour les fréquences plus ^{basses, la bobine D} ayant ^{un très} grand ^{nombre de} spires, ^on peut ajouter ^un condensateur variable C de très faible capacité. ^la différence de potentiel ^{obtenue est encore} suffisante et le

réglage à la résonance est rendu plus ^commode.

L’électromètre (fig. 2) est construit de la manière suivante. L’aiguille

est une feuille rectangulaire d’aluminium mince, ayant ^{12 U1ffi de} longueur

,

~

~

Fig, 1 .

et 5 mm de hauteur. Elle est suspendue par ^un fil ^de platine ^{de 0,02 mm}

de diamètre et de 90 mm de longueur. ^De part ^{et d’autre de} l’aiguille ^{et à}

10 mm de _ses extrémités sont disposées les extrémités de deux tiges ^de

°

cuivre de ^{2 mm} de diamètre reliées entre elles et dont la distance ^{est un}

peu supérieure à ^la longueur ^de l’aiguille. ^{Celle-ci en tournant ne} peut ^donc

les toucher et on évite ainsi que, pour de grandes différences ^de potentiel, l’aiguille ^n’ait plus ^de position d’équilihre ^stable.

Pour une différence de potentiel de 780 volts efficaces entre l’aiguille ^et

les extrémités des tiges qui l’attirent, ^{on obtient une déviation de 50 cm sur}

une règle disposée ^{ii un} mètre d’un petit miroir fixé à l’aiguille.

Cet électromètre a été gradué ^{à la} fréquence 50 par comparaison ^avec

un voltmètre Siemens,

423

Ce sont ses Indications que l’on u tilise pour régler ^{à la résonance le}

circuit constitué par la bobine ^{D et} la capacité ^de l’électromèire et des électrodes du tube.

Pour mesurer la différence de potentiel ^minimum pour laquelle ^le

tube devient lumineux, ^nous opérons ^de la manière suivante.

La résonance étant établie, ^nous augmentons, ^à l’aide du rhéostat de

Fig.2.

chauffage, ^la température ^{des filaments} jusqu’à ^{obtenir une} décharge ^dans

le tube, puis, ayant modifié le condensateur variable de l’oscillateur, ^nous désaccordons celui-ci, ^la décharge ^cesse, nous revenons alors lentement à la résonance, l’aiguille ^de l’électromètre dévier ^{et nous} observions la dévia- tion à l’instant où le tube s’illumine. Cette manière d’opérer, ^nous permet d’augmenter ^{lentement la} différence de potentiel, ^{tout en obtenant} toujours

la décharge pour la ^même fréquence.

Nous avons ainsi fait des séries de mesures à fréquence ^{constante et à} pression ^{variable et tracé} les courbes correspondantes, qui, ^à fréquence constante, indiquent, ^en fonction de la pression, la différence de potentiel

efficace pour laquelle le tube devient lumineux.

Quelle que soit la fréquence ^et quel que soit le tube ^en expérience ^cha-

cune de ces courbes a toujours l’espect ^connu de la courbe de Paschen. Aux

pressions ^les plus basses elles indiquent, lorsque ^{croit la} pression, ^une rapide diminution de la différence de potentiel. Cette dernière passe ensuite par ^une valeur minimum puis ^{remonte. Mais} les courbes qui correspondent

aux différentes fréquences ^{ne se} superposent pas ^et forment un réseau, qui

définit la différence de potentiel ^en fonction de la pression ^{et de la fré-}

quence.

2. Tubes à électrodes intérieures.

Pour les tubes à électrodes inté- rieures, la différence de potentiel qui correspond ^au passage le plus ^facile augmente ^{avec la} fréquence ^et correspond ^{à des} pressions ^d’autant plus

hautes que la fréquence ^est plus ^{élevée. C’est} seulement pour les fréquences

élevées qu’on ^{observe un} changement notable de la différence de potentiel

et les courbes qui correspondent ^aux fréquences inférieures à 60 000 pé-

riodes par seconde (5 ^{000 m de} longueur d’onde) ^se séparent peu. Les différentes courbes du réseau ne se coupent pas.

La figure ³ représente les résultats obtenus avec un tube cylindrique ^de

il mm de diamètre intérieur dont les électrodes sont deux fils d’aluminium de 1, ~ ^{mm de diamètre normaux à l’axe du tube et} distants de 18 mm.

Nous donnons ci-dessous pour diverses fréquences ^la différence de

potentiel v ^{minimum en volts efficaces et la} pression p correspondante ^en

millimètres de mercure.

Des expériences ^{faites avec un} ballon de 8 cm de diamètre dont les électrodes étaient des plateaux d’aluminium de 10 mm de diamètre, ^distants

de 12 mm, disposés ^{au centre du ballon ont aussi montré} que la différence

de potentiel qui correspond ^au plus ^facile passage de la décharge ^{et la}

pression correspondante augmentaient ^{avec la} fréquence

425

~

Flg. 3.

3. Tubes à électrodes extérieures.

Les résultats obtenus sont très différents pour les tubes dont les électrodes sont des feuilles d’étain collées

sur la paroi extérieure du tube.

Le minimum des courbes à fréquence constante est d’autant moins

.

accentué et l’angle moyen ^des deux branches de la courbe d’autant plus

ouvert que la fréquence _est plus ^élevée.

Les courbes du réseau se coupent.

Enfin, la différence de potentiel, qui correspond ^au minimum, ^{ne croît}

pas constamment ^ayec la fréquence. ^A partir ^d’une fréquence ^{voisine de}

750 000 (X==:400 m) ^{pour l’un} des tubes que nous avons essayé, ^voisine

de 1000 000 (A=300 m) pour l’autre, ^cette différence de potentiel ^diminue

très vite lorsque ^la fréquence ^s’élève.

La figure 4 représente ^les courbes relatives à diverses fréquences pour

un tube de 11 mm de diamètre intérieur. Les électrodes étaient constituées par deux ^{anneaux de} papier ^{d’étain de 25 mm de} largeur, ^{collés sur le}

tbue ; leurs bords en regard étaient distants de 24 mm.

Nous donnons ci-dessous, pour ^diverses fréquences, ^la différence de

potentiel ^{minimum r en} volts efficaces et la pression correspondante ^en

millimètres de mercure.

Des mesures (fig. 5) ^{sur un} tube de 20 mm de diamètre intérieur dont les électrodes étaient des anneaux de papier d’étain de i 0 mm de largeur,

les bords en regard ,étant ^{à 40 mm, ont donné les résultats suivants :}

Des réseàux de courbes à f réquence constante fournis _par l’expérience,

on déduit les courbes à pression constante, qui ^montrent l’influence de la

fréquence ^{sur la} différence de potentiel pour laquelle s’illumine un tube dans lequel ^la pression ^reste invariable.

Pour les tubes à électrodes intérieures, ^cette différence de potentiel augmente toujours ^{avec la} fréquence.

Pour les tubes à électrodes extérieures, ^elle augmente encore aux très faibles pressions, ^{mais diminue, au} contraire, ^aux pressions élevées. Pour les pressions intermédiaires, ^on obtient des courbes qui présentent ^une

ordonnée minimum. Il y ^a par suite ^une fréquence ^pour laquelle le passage

de la décharge ^{est le} plus ^{facile. Pour le} premier des tubes cette fréquence

est comprise entre 4000 m et 2000 m environ.

La figure 6 représente ^{le réseau} de courbes d’égale pression ^{déduit du}

réseau des courbes d’égale fréquence ^{de la} figure ^{On a} porté ^{en abscisses}

les logarithmes ^des fréquences.

Du réseau de la figure 5, ^{relatif au} second tube, ^{on déduit des courbes}

Fig.4.

Fig. 5.

Fig. 6.

d’égale pression, ^{dont les formes sont} analogues et pour lesquels le passage le plus facile de la décharge correspond ^{à une} longueur d’onde voisine de 1000 mètres.

Nous n’avons pas jusqu’ici ^étendu nos mesures à des fréquences plus

élevées que celle qui correspond ^{à 140 m de} longueur d’onde. Nous nous

proposons de les continuer, jusqu’aux fréquences ^des oscillations de Hertz.

Dans les limites de _nos expériences, les courbes obtenues pour les diverses

fréquences ^se séparent, ^en effet. d’autant plus que la fréquence ^est plus

élevée et il _y a intérêt à étendre cette étude aussi _{loin que} possible. ^Nous

n’avons pas ^encore étudié non plus ^le spectre ^des décharges ^{à haute fré-}

quence ^non amorties, _pas plus que les radiations ^du genre des rayons X, qui pourraient ^{être émises} par ^une anticathode recevant les rayons catho-

diques.

qui, ^aux fréquences ^des oscillations hertziennes rendent ^un tube

fluorescent à des pressions relativement élevées.