Note sur les retards absolus dans les biréfringences électrique et magnétique

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Note sur les retards absolus dans les biréfringences électrique et magnétique

F. Pockels

To cite this version:

F. Pockels. Note sur les retards absolus dans les biréfringences électrique et magnétique. Radium

(Paris), 1912, 9 (4), pp.148-150. �10.1051/radium:0191200904014800�. �jpa-00242540�

148

Note sur les retards absolus

dans les biréfringences électrique ^et magnétique

Par F. POCKELS

[Université ^de Heidelberg.]

Les observations des retards absolus dans la double réfraction électrique ^{de Kerr et le} phénomène ^ma- gnéto-optique analogue ^{sont encore} peu nombreuses

et contradictoires. D’après ^{M. Kerr lui-même, dans le}

sulfure de carbone et dans quelques ^{huiles, l’onde} polarisée parallèlement ^aux lignes ^{de force} (onde ^ordi- naire) ^{ne serait} pas ^modifiée du tout, ^tandis que celle

polarisée perpendiculairement (onde extraordinaire)

serait retardée. M. Aeckerlein1, ^au contraire, ^{a trou ré} dans la nitro-benzine et le nitro-toluène un retard de l’onde extraordinaire et . une accélération, ^moitié moindre, ^de ronde ordinaire. Au sujet ^des change-

ments de vitesse absolus dans le phénomène analogue produit par le champ magnétique, ^il n’y ^a jusqu’à présent qu’une observation de MM. Cotton et Mouton2, qui ^{ont trouvé} dans la solution de fer colloïdal de Bravais le même résultat que M. Aeckerlein.

Or, c’est précisément ^ce rapport ^des changements

absolus qui ^{est d’un} grand ^intérêt théorique. ^{Car des}

deux théories moléculaires qui ^{ont été} proposées pour

expliquer les doubles réfractions électrique ^et magné- tique: 10 ^{la théorie} de l’orientation moléculaire de MM. Cotton et Langevin:5; 2° la théorie du change-

ment des forces quasi-élastiques intra-atomiques ^de

M. Voigt4, ^la première donne la valeur -2, la seconde la valeur + 5 _{pour le} rapport o 01 des retards absolus de l’onde extraordinaire et de l’onde ordinaire.

Or, ^{si l’on veut} que les observations permettent ^de faire un choix entre ces deux théories, ^il faut d’abord

généraliser ^{ces théories. En} effet la théorie de l’orien- tation a été développée par ^M. Langevin ^{seulement en}

faisant la supposition trop spéciale ^{de molécules com-} parables ^{à des} ellipsoïdes de révolution. D’autre part

la théorie de M. Voigt suppose des champs quasi- élastiques originairement isotropes, ^ce qui ^très proba-

blement est trop spécial ^aussi.

La généralisation nécessaire des deux théories ^a été faite récemment sous ma direction _{par NI.} Enderle

(Dissertation, Freiburg i. ^{B., encore} inédite).

Dans la théorie de l’orientation moléculaire, ^il

admet que l’orientation des molécules _par le champ ^se

fait comme s’il s’agissait d’ellipsoïdes ^{à trois axes} inégaux : ^{c’est en effet le cas le} plus général, pourvu

1. Pliys, ZeitsckJ’., ⁷ (1906) ^594.

2. Ann, de Chiîîz. et de Phys.. ⁱⁱ (1907) ^165.

5. Ann. Ch. et Ph., 19 (1910) 181. - Le Radium, 7 (1910) 249.

4. YOIGT, Magneto-und Elektro-Optik, chapitres ^{IX et X.}

que la polarisation diélectrique ^ou magnétique ^soit

fonction linéaire du champ. ^{Dans la théorie de M.} Voigt

la généralisation nécessaire consiste en cela qu’on

suppose ^le ehamp ^« quasi-élastique ^» intra-molécu-

laire, ^dans lequel ^{se font les} vibrations des électrons, anisotrope déjà ^en dehors de la présence ^du champ

extérieur. L’isotropie ^{du fluide est} alors le résultat de l’orientation tout à fait irrégulière ^{de toutes les molé-}

cules. Sous l’influence d’un champ électrique ^exté- rieur, ^le champ quasi-élastique, ^et par conséquent ^les

vibrations propres dans chaque ^{molécule est modifié}

d’une manière qui dépend ^{de son} orientation par rap- port ^au champ extérieur; ^{il faut} évaluer la valeur moyenne des effets exercés sur les molécules indivi- duelles _pour trouver l’effet optique observable dans le

fluide; mais, ^{en formant cette} valeur moyenne, l’orien- tation est regardée encore comme parfaitement ^irré- gulière. ^{Dans cette recherche un} peu compliquée,

M. Enderle s’est restreint aux deux cas où la symé-

trie interne de la molécule ou du champ quasi-élas- tique ^est celle d’un cristal orthorhombique ^ou

celle d’un milieu ayant ^{un axe} de révolution. Ce ^n’est donc pas le ^cas le plus général possible (molécule asy-

métrique) que M. Enderle considère; ^{mais les cas} _pour lesquels ^{il a} fait le calcul sont assez généraux pour faire voir la modification essentielle du résultat de la théorie de M. Voigt.

Les résultats de cette recherche, concernant les retards absolus, ^sont les saivants.

’10 La théoi-ie de Langevin généralisée ^{donne tou-} jow’s ^le rapport ^{Cette valeur est donc}

caractéristique de la théorie de l’orientation niolé- culaire (pourvu ^{que celle-ci ne} puisse pas suivre les vibrations du champ ^{de l’onde} lumineuse).

2° D’après la théorie de M. Voigt, généralisée ^comme

il vient d’être dit, ^le rapport d1 d2 ^{n’est plus} égal ^{à 5,}

ni à zine autre valeur déterminable ^a priori. ^Seule-

ment pour des vibrations très lentes (par rapport ^aux vibrations _propres des électrons) d1 d2 ^{se rapproche de}

la valeur 5.

D’après ^ces résultats, il serait possible de résoudre à l’aide de l’expérience ^la question ^de savoir si la théorie de I*orientation seule est suffisante ou non

pour l’explication ^des phénomènes.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0191200904014800

149

Si l’on trouve d1 d=-2, ^{elle est} suffisante.

02

S’il en est autrement on doit supposer que l’effet

optique ^du champ électrique dépend, ^{du moins en} partie, de la modification des vibrations électroniques présumées par ^{lI .} YoigL (Cependant ^cette explication

n’est pas applicable ^{dans le cas du} phénomèue ^ma- gnéto-optique analogue.)

La valeur du rapport d1 d ^ne permet pas de trancher

02

d’une façon décisive la question ^de savoir si la théorie de Voigt, ^toute seule, ^{suffit à} expliquer ^{les faits.}

Toutefois si l’on trouvait d1 d2 approximativement égal

à 3 dans une substance dont les vibrations propres

sont toutes situées dans l’ultra-violet, ^on pourrait

alors considérer la validité de la théorie de 1B1. Voigt

seule comme vraisemblable.

Cependant, ^ces conclusions seront valables seule- ment si les observations de °1 et 02 ^{ne sont} pas ^com-

pliquées par quelque ^effet secondaire. Or, ^{un effet} secondaire sera généralement impliqué par l’électro- striction (ou ^la magnéto-striction) ^des liquides.

Helmholtz et M. Lippmann ^{ont montré} qu’un liquide éprouve ^{dans un} champ électrostatique ^{E une dila-}

tation

où c est la compressibilité, s ^le pouvoir diélectrique.

Une formule tout à fait analogue ^est valable pour le champ magnétique. ^{L’effet étant} proportionnel ^au

carré du champ, ^{il existera} aussi dans un champ alternatif, ^alors même que la dilatation ne pourrait

suivre les oscillations du champ; ^{seulement au lieu}

de E2 il faut alors prendre ^{une valeur} moyenne du carré du champ.

Malheureusement la valeur de dE d0 ^{n’est pas connue}

directement _{pour les} liquides auxquels ^se rapportent les observations citées plus ^{haut; mais cette valeur} peut être estimée avec quelque probabilité ^{en admet-}

tant la proportionnalité ^de E-1 E+2 ^{à la densité.}

Alors on a :

L’influence que le changement de densité 6’ ainsi calculé exerce sur les indices de réfraction (intluence

naturellement la même pour ni ^et 112)’ peut ^{être cal-} culée, ^{du moins en ce} qui ^{concerne l’ordre} de gran-

deur, ^en utilisant la formule de Lorentz :

laquelle ^est supposée ^{valable dans la théorie de Lan-} gevin. ^C’est ainsi que l’on ^{trouve :}

et, ^en introduisant pour (10 la valeur de 0’ calculée ci-dessus :

Ce changement ^{doit se} superposer également ^aux changements des deux indices par effet du champ seul, qui ^sont d’après ^{la théorie de} l’orientation molé- culaire :

ou B désigne ^{la constante de Kerr.}

Le rapport ^des changements absolus devient donc :

avec

pourvu que les yaleurs effectives de ^E2 pour l’électro- striction et pour l’orientation des molécules puissent

être considérées comme égales.

Pour le sulfure de carbone on a :

d’où l’on tire :

Donc, ^le changement ^{des deux indices} produit par l’électrostriction est du même ordre de grandeur que celui que produirait ^{l’ell’et du} champ ^{seul si la den-}

sité était maintenue constante.

Il en est de même pour ^la nitrobenzine, ^{si l’on}

suppose que ^sa compressibilité soit à peu près ^la

même que celledu sulfure de carbone. C’est-à-dirc que

l’elfet de la quantité B, environ 100 fois plus grande

que pour CS2, ^est plus que compensé ^{par la valseur,}

aussi beaucoup plus grande, ^de (E-1) (E+2).

Dans le cas du champ magnétique les choses sont

analogues. ^{Au lieu} de rl ^on doit introduire :

B’ étant la constante mesurant la double réfraction

magnétique, analogue ^{à la constante de Kerr, et x la} susceptibilité. ^{Un trouve} pour CS2(où x=-0,77,10-6, B’=-3,6,10-13)

Par conséquent, ^ici l’iniluence de la magnéto-

150

striction l’cmporterait ^{méme sur celle de l’orien-}

tation moléculaire.

Les considérations précédentes prouvent qu’il ^faut

en tout cas avoir égard ^{à l’effet} optique de l’électro- striction et de la magnéto-striction, ^{si l’on veut tirer}

dcs observations des retards absolus des cnnclusions

théoriques. Malheureusement, ^{dans les} expériences ^ou

l’on se scrt de champs produits par des oscillations

électriques (comme celles de lI. Aeckerlein) ^{il sera}

difncile d évaluer la valeur effective de E2 dont dépend

le changement de densité par électrostriction. ^{Dans le} cas du champ magnétique, qu’on peut prendre ^constant,

on serait placé dans de meilleures conditions. Dans le

cas particulier des observations de MM. Cotton et Mou- ton sur la solution de fer colloïdal. ^on a le droit de supposer l’l’net de magnéto-striction ^{comme relative-}

ment petit ^en comparaison de l’effet direct du champ,

de sorte qu’on pourrait considérer, dans ce cas spé-

ciaL la théorie de 1 Orientation comnie prouvée.

[Manuscrit ^reçu le 15 avril t912 .

Numération des particules cathodiques

Par Erich REGENER

[Université de Berlin.

Laboratoire de Physique].

On sait (Iti’il ^existe différentes méthodes de compter

les particules ^x émises par les substances radioactives.

On peut compter les scintillations qu’elles produisent

sur un écran phosphorescentl; ^on peut, ^{comme l’ont}

fait Rutherford et Geiger2, exagérer ^{l’action ionisante}

des particules ^{x, au} point ^{de mettre en évidence une} particule ^{isolée; on} peut ^aussi déterminer la charge

des ions produits par ^une seule particule ^{oc et} compter

de la sorte les particules. ^J’ai déjà discuté la possibi-

lité de cette dernière méthode dans non premier ^tra-

vail ^{3 sur} les scintillations dues ^aux particules ^{x. Elle}

a été récemment confirmée par les expériences ^de

h. BV. F. Kohlrausch et E. v. Schweidler4.

Jusqu’à présent, ^{on n’avait aucune} méthode pra-

tique pour compter ^les particules négatives (électrons,

rayons cathodiques). Pourtant, j’avais ^{eu l’occasion}

de montrer5 que la fluorescence de l’écran ^au platino-

cyanure de baryum sous.l’action des rayons B ^{est de}

nature scintillatoire, l’éclat d’une scintillation isolée état trop faible pour permettre ^la numération.

C. T. R. Wilson6 a rendu visible l’action isolée d’une

particule B, ^en condensant la vapeur ^{d’eau sur les} ions produits par ^un rayon fi. ^Il n’indique pas si ^cette méthode permet ^de compter ^les particules )3.

Depuis quelque temps, je ^{me suis} occupé ^{de reclur-}

cher une méthode de compter ^les parlicules (5 ^{ou les}

rayons cathodiques. ^{J’avais surtout en vue de com-}

biner cette numération avec la mesure de la charge électrique transportée ^{par les} particules, ^{afin d’en}

1. REGENER, verh. d. deutsch. I’Itys. ^{Ges.. 40} (1908, 78.

2. RUTHERFORD et Gl-lGIW, Pi-oc. Roy. ^{Soc.. 81} 1908) ^{1 il et}

162.

3. REGENER, loc. cil.. _{p. 83.}

4. KOHLRAUSCH et Y. SCHWEIDLER, l’hys. ’lei/8ehr., t3 (HH2) ^{1 t.}

5. REGENER, ^J’e/’h. d. deutsch. Phys. ^{Ges., 10} (1908, ^3jl.

6. C. T. R. WILSON, Proc. noy. ^{Soc.. 85} (1911) ^28j.

déduire une valeur directe de la quantité d’électricité élémentaire. Les méthodes usitées jusqu’ici’ pour la détermination de cette grandeur ^{ne la font connaître}

que pour les ions gazeux ^ou pour la charge ^double posi-

tive de l’atome d’hélium (rayon tl). Il serait désirable, pour la confirmation et la sécurité de nos conceptions,

d’avoir une détermination directe de la charge ^de

l’électron lui-même. 3les efforts dans ce sens ont fini par ^me donner des résultats dans le cas des rayons

cathodiques ^{de vitesse} relativement faible. Ce sont ces résultats qui ^vont être résumés.

Le principe de la méthode est le suivant : à l’aide d’un pulvérisateur, ^on produit ^un épais nuage de fines gouttelettes ^d’huile, qui ^{se maintient assez} longtemps ^{en l’air.} Quelques-unes ^{de ces} gouttelettes possèdent ^une charge élecl riqu e 2. ^Le brouillard passe d’abord à travers ^un condensateur à haut potentiel,

ou il se débarrasse des gouttelettes chargées, ^{et d’où}

il sort électriquement ^neutre. Il passe de ^{là à travers}

une toile métallique ^{dans une} seconde chamhre ou le

champ ^{est nul, et où} pénètrent les rayons B clu’il s’agit ^de compter. ^{Il se} produit ^{alors un} dépôt ^des

ions formés par ^ces rayons ^sur les gouttelettes ^d’huile3,

Puis le brouillard arrive dans la chambre d’observa- tion proprement dite, ^où il y ^a de nouveau un champ électrique. ^{Par un artifice} spécial, ^les gouttelettes

neutres sont alors séparées ^des gouttelettes chargées.

Si donc un rayon (3 ^a pénétré ^dans la seconde chambre,

et si les ions qu’il ^a produits ^ont communiqué ^une charge ^au brouillard, ces charges ^se reconnaitront dans la chambre d’observation.

1. V. le rapport ^{de POHI,} JaliJ’b, d. nad. lt. Eleki., ⁸ (1911)

493.

2. MILLIKAN, Pltys. Zeitschr., 11 (1911) ^1037,

3. Ce dépôt serait considerabtement réduit en presence d’uii

champ électrique ^V. MILLIKAN, loc. cil.).