L'effet Hertz-Hallwachs et l'absorption de la lumière

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Submitted on 1 Jan 1912

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To cite this version:

G. Reboul. L’effet Hertz-Hallwachs et l’absorption de la lumière. Radium (Paris), 1912, 9 (11), pp.400-404. �10.1051/radium:01912009011040000�. �jpa-00242576�

L’effet Hertz-Hallwachs

et

l’absorption de la lumière

Par G. REBOUL

[Faculté ^{des Sciences de} _Nancy. ^- Laboratoire de Physique.]

1

L’attention des

physiciens

^{a été} depuis longtemps

appelée

^{sur la liaison} qui ^{existe entre l’effet}

photoélec-

trique ^et

1 absorption

^{de la lumière} ultra-violette.

Sloletoivi ¹ remarclua que l’eau, qui ^ne donne pas d’effet sensible, ^n’absorbe pas beaucoup ^{de lumière}

visible ou ultra -yiolette, tandis que ^dcs solutions de

ycrt ou de violet de

méthylc,

qui ^{sont actives, montrent}

une forte absorption. Hallwachs2 trouva que ^tous les

liquides photoélectriques

présentaient ^{une forte} absorp-

tion de la lumière ultra-violette,

cependant

^{une forte} absorption n’est pas toujours accompagnée ^d’efl’et

photoélectrique :

par

exemple,

^{une solution} aqueuse de fuchsine est photoélectrique, tandis que la solution

alcoolique

^{ne l’est} pas, ^or la solution

alcoolique

absorba beaucoup plus de lumière ultra-violette _que la solution aqueuse. Elster ^et Geitel3 ont

également

montré que l’émission de

charges

négatives, ^sous

l’action de lumièies diversement colorées, ^{était d’au-}

tant

plus

grande que la substance était plus ^ab3or-

hante pous les radiations

eni ployées :

^{le sodium, éclairé}

avec de la lumière

jaune

^ou orangée ^{donne une}

émission plus grande que le potassium ^{ou le rubi-} dium, alors que ^ces derniers métaux, ^sous l’action de la lumière bleue ou blanche présentent ^un pouvoir

photoélectrique plus

grand que celui du sodium.

A cette liaison entre

l’absorption

^de la lumière et l’émission négative ^{se rattache} également le lait sui- vant découvert _par Elster et Geitel4 : quand ^la

lumière agissante ^est polarisée rectilignerncnt, ^l’inten-

sité lumineuse et l’angle d incidence restant les mèmes, l’émission négative ^est

plus

grande quand ^la

lumière est polarisée ^à angle ^{droit du} plan d’incidence que lorsqu’elle ^est

polarisée

^{dans ce} plan : l’expérience

montre, ^en outre, que dans le premier ^{cas l’émission} augmente ^avec l’angle d’incidence jusqu’à ^ce qu’il atteigne ^{la valeur de 60} degrés, puis ^{elle décroit ; dans}

le deuxième ^{cas au} contraire le courant diminue con-

tinuellement quand l’angle d’incidence augmente. ^Or

si 1 on détermine dans les deux cas, comment varie l’intensité de la lumière absorbée par le métal quand l’angle d’incidence augmente, ^{on a} des variations

analogues ^à celles de l’émission photoélectrique. ^En

1. STOLETOW. Physik., ^{Bcv.. 1} 1892).

2. HALLWACHS. H¿ed Ann., ³⁷ (1889) ^G66.

5. ELSTEn et GUTEL. Jried. AnJl. 52 (1894) ^443.

4. EISIER et ÙLITEL. Jried. Ann., 55 ’189JB ^{684 et 6i} (189i) ^443.

construisant les courbes de variation des courants

photoélectriques ^{et de}

l’absorption

^de la lumière en

fonction de

l’angle

d’incidence, dans les deux cas où la lumière est

polarisée

^{dans le}

plan

d’incidence et à

angle ^{droit de ce}

plan,

^{on constate} que

l’absorption

et l’émission croissent et diminuent ensemble.

Dans un travail

précédente

^en étudiant l’influence des réactions

photochimiques

^sur l’émission photo-

électrique,

j’ai trouvé que ^cette émission

dépendait

essentiellement de

l’épaisseur

^{de la} couche de sel sensible et qu’el!e

augmentait

^{avec cette} épaisseur;

,j’ai

pensé que ^cette augmentation de l’effet pouvait

s’expliquer

^{par une}

augmentation

^de

l’absorption

lumineuse à mesure que la couche de sel sensible devenait

plus épaisse.

^Cela m’a amené u tenter de mettre plus ^{nettement en évidence} la liaison qui ^existe

cntre l’émission photoélectrique ^et l’absorption ^lumi-

neuse. Pour faire varier

l’absorption rai

utilisé les

phénomènes

d’interférence

qui

^se

produisent,

^{dans les}

couches

superficielles

^du corps insolé, ^{entre la}

lumière directe et la lumière réfléchie, ^en provoquant les colorations des lames minces. Il devient alors facile de montrer que l’émission ^est d’autant plus

faible due les radiations voisines du violet ^sont moins absorbées,

Il

Les

expériences

^sont

disposées

^comme je ^l’ai déjà indiqué 2. Le corps étudié est une lame de cuivre : on

la plonge lentement dans une cuve à faces parallèle

à demi pleine de vapeurs de brome, ^{il se forme du}

bromure de cuivre, ^{mais la} couche de tel formé ^a des

épaisseurs différentes aux divers

points

^{de la lame;}

on a une succession de bandes colorées, qui, ^{si l’on}

a immergé ^la lame dans la vapeur ^avec précaution ^et

assez lentement pour éviter les remous, sont paral-

léles à l’un des côtés de la lame. Ces colorations de lames minces nous renseignent ^sur l’épaisseur ^{de la}

couche de bromure et en même temps ^nous indiquent

la nature des radiations absorbées par les couches

superficielles ^{du sel.}

La lumière employée ^est celle d’une lampe ^{à mer-}

cure en quartz (West in,,Itouse,. Cooper I]eNN,Itt). ^Une

lentille de quartz ^donne d’une fente placée ^{devant la} lampe ^une image très fine. Cette image ^{se forme sur}

1. Le Radium. 9 (1912, ^155.

2. Le Radium, 9 (191z) ^156.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:01912009011040000

disposée condensateur,

maintenue dans une glissière, ^on peut ^la déplacer perpendiculairement ^{à la} direction de la fente éclairée, de manière à amener successivement les diverses bandes colorées à la place ^{où se forme} l’image ^{de la}

fente.

Le condensateur est chargé ^au moyen d’une battre- rie de petits accumulatcurs; ^un électromètre mesure

les charges émises à la manière habituelle. Quand ^la lampe ^{à mercure a atteint son} régime, l’intensité et

le volta e ^{aux bornes se} maintenant constants; ^on

mesure les émissions

correspondantes

^{aux diverscs} plages colorées de la larre; ^une graduation ^{en milli-}

mètres, placée ^sur le bord de celle-ci et parallèle ^au

déplacement,

facilite le repérage.

III

Dans les expériences que ,j’ai rappelées, ^{la lente}

employée

^{était assez} large, ^{de sorte} que ^son image

empiétait

^{à la fois sur}

plusieurs

plages ^{colorées, l’émis-}

sion obtenue était une émission moyenne ^{et cor-}

respondait

^à

plusieurs

épaisseurs : ^{on obtenait une} augmentation ^continue de l’émission avec l’épaisseur

de la couche. Dans les expériences suivantes, ^{la fente}

étant beaucoup

plus

^{fine, on} peut saisir des maxima et minima de l’émission quand

l’épaisseur

^{de la}

couche de sel augmente : l’effet photo-électrique ^dé- pend - ^des phénoulènes d’interférence lUl1lÍnelise

qui ^se produisent ^{dans les} parties superficielles ^du

corps insolé.

Par exemple, ^{une lame} fraîchement préparée n’ayant pas ^encore été exposée ^{à la lumière ultra-}

violette donne les résultats suivants :

On voit qu’il y ^{a une} série de minima ; ils voi- sinent avec les plages oû la lumière violette est le moins absorbée : les parties ^{de la lame} qui ^émettent

plus

Fig. ^1.

les minima s’elfacent en même temps qu’ils paraissent

se déplacer ^{vers les} couches les plus minces.

Par exemple : ^{la lame} précédente, après avoir servi à la série de mesures dont les résul tats sont indiqués

dans le premier

paragraphe,

donne les émissions suivantes :

Tableau II.

Tableau I.

la plus ^faible quantité ^de charges négatives ^{sont celles} qui absorbent le moins de radiations voisines du violet. Les résultats sont résumés par la courbe

(ng. ^{1), on a} porté ^en abscisses les divisions de repère qui représentent ^la longueur de la lame en milli- mètres et en ordonnées les émissions correspon- dantes.

La courbe 1 (fi-. 2) ^{résume ces} résultats : ^ou voit qu’en ^mtme teni ps que l’effet s’est exagéré, ^les

niiiiima se sont atténues. L’explication ^{eu est lort} simple : j’ai déjà indiqué ¹ que la fatigue photo- électrique éprouvée I)ar le sel état d’autant plus grande que le noircissement du sel sensible était plus

i. Le Radium, 9 1912 137.

aBancé, ^{ce sont les} parties de la lame qui ^absorbent

le plus ^de radiations voisines du violet qui ^{se fati-} guent ^le plus ^vite, l’émission négative ^des plages

violettes tend donc à diminuer et les minima s’eua- cent :

l’absorption

des radiations ultra-violettes se

Fig. ²

traduit probablement par ^une modification des cou-

ches sensibles qui ^{tend à}

s’opposer

^{à cette}

absorption.

En outre, ^{on constate} que ^les colorations sur la lame

se

déplacent légèrement

^et changent

d’aspect,

^il

n’y

^a

donc rien d’étonnant qu’en ^même temps que les minima s’atténuent, ils se déplacent

légèrement

^{vers les cou-}

ches les

plus

^minces.

3. ^- On sait que la modificalion

produite

par la lumière sur le sel de cuivre n’est _pas stable’; ^à

l’obscurité le noircissement du sel s’efface et une

réaction, ^{inverse de celle} qui ^s’était

produite,

^s’effec-

tue : on peut ^donc s’attendre en laissant la lame à l’obscurité à ce que les ^minima réapparaissent ^en partie.

La lame, ^{dont il a été} question plus ^haut, après

être restée trois heures à l’obscurité, ^{donne les résul-}

tats suivantes :

Tableau III.

1. G. REIWrL. C . R. dl’cemllrc HH 1.

Les résultats sont résuniés par la courbe II (fig. 2).

4. ^- Si l’explication ^{donnée au} paragraphe 2 ^{de la} disparition ^{des minima est exacte, une}

surexposition

de la lame à la lumière ultra-violette devra, ^{non seu-} lement se traduire par la

disparition

des maxima et minima du début, ^{mais encore}

produire

^{un renyer-}

sement, les parties de la lame qui émettaient le plus

devenant celles qui donnent lieu à I’émission la

plus

faible.

La lanle

précédente,

après exposition ^{de 5 minute}

à trente centimètres de la lampe ^à ultra-violet, donne les émissions suivants :

Tableau IV.

Apl°és ^{une nouvelle} exposition ^{de la lame}

pendant

10 minutes et dans les mêmes conditions, ^{on obtient}

les valeurs suivantes :

Tableau V.

Les résultats sont résumés par les ^courbes III et IV

(fig. 2).

En comparant ^aux courbes 1 et II on voit que les résultats sont renversés et qu’après exposition ^ce

sont les parties qui avaient la plus ^{faible émission,} qui possèdent ^le pouvoir photo-électrique ^le plus grand.

Si nous admettons qu’à ^mesure que l’épaisseur ^de

la couche de sel augmente, l’absorption ^{de la lumière} augmente également, ^{on voit} que l’émission négative

doit être plus grande ^{au début} pour les couches les

plus épaisses ; ^mais, après surexposition ^{la lumière} ultra-violette, ^{ce sont les} parties de la laine pour les-

quelles l’absorption lumineuse a été plus ^forte, qui

auront éprouvé ^la fatigue photo-électrique ^la plus grande ^et par cela ^{méme auront} le pouvoir plioto- électrique ^le plus ^faible.

point 1 épaisseur de la couche sensible favorise l’ab-

sorption ^et s’il y ^{a une} épaisseur ^à partir ^de laquelle l’absorption ^et par suite l’émission n’augmente pas sensiblement.

Ladenbourg ^{1 a} montré que l’émission photo-élec- trique d’une lame métallique, ^ne dépendait que des couches superficielles du métal : il ^mesura les

charges négatives perdues par des couches de nickel

d’épaisseur différente déposées ^sur des lames de

verre, l’émission augmente ^avec l’épaisseur ^{de la cou-}

che jusqu’à ^ce quecelle-ci atteigne ^{la valeur 1000} 03BC03BC, à partir ^de laquelle ^{elle se maintient constante.}

On peut ^{faire une} expérience analogue ^{avec le bro-}

mure de cuivre : en plongeant ^une lame de cuivre dans la cuve a demi pleine ^de vapeurs de brome, ^on

obtient des colorations se succédant jusqu’à ^{celles du} spectre ^{de sixiémc} ordre, ^à partir desquelles ^on

obtient une teinte grise ^dont l’épaisseur ^{va d’ailleurs}

en augmentant, puisque ^la partie correspondante ^de

la lame était attaquée ^{par des} vapeurs de ^brome de

plus ^en plus concenirées.

Si on mesure l’émission correspondante ^{aux di-}

verses épaisseurs, ^{ou constate} qu’elle augmente rapi-

dement avec

l’épaisseur,

^{tant que l’on n’a} point

atteint la plage grise ^et qu’à

partir

^{de ce moment,}

elle n’augmente plus que lentement, ^{semblant indi-} quer qu’à partir ^{d’une certaine} épaisseur, 1 absorption n’augmenterait plus beaucoup.

C’est ce qu’indique ^le tableau suivant où sont con-

signés ^{les résultats avec une lame} préparée ^{comme on}

l’a indiqué plus ^{haut :}

Tableau VI.

Les résultats sont résumés par la courbe Hg. 3).

La teinte

grise correspond à

^une épaisseur ^de

Fig. 5

i400 _,l.u, Il faudrait donc en conclure qu’à partir ^de

1. LADI ^NBOUHG. Ann. der Ph!J... ^{i2 1903 338.}

l’absorption ^lumineuse n’augmente pas beaucoup.

III

Les expériences qui précèdent ^{ont été faites en}

utilisant le rayonneillent global ^d’une lampe ^{a ultra-}

violet. Il serait intéressant de les reprendre ^{avec une}

lumière de longueur d’onde bien définie. Il est pro- bable que l’épaisseur correspondante ^{aux minima}

dépend

^de la longueur d’onde de la radiation employée : j’ai essayé ^{de le montrcr en} décomposant par le

prisme le faisceau lumineux actif; malheureusement pour que l’émission des charges ^reste suffisante, ^il

est nécessaire

d’employer

^{une fente}

plus

large que dans les expériences indiquées ; ^{on trouve bien une}

série de minima, mais leur localisation _{n’est pas} suflisalnment précise pour qu’on ^{les voie se} déplacer

suivant la longueur d’onde de la radiation ultra-vio- lette agissante.

Quoi

qu’il

^{en soit, les}

particularités qu’indique l’expérience

s’expliquent facilement en admettant que, pour ^zcrt 1nênle corps, l’émission photo-élec- trique suit les variations de l’absorption ^{de la lumière}

par les couches superficielles ; ^bien entendu pour des corps différents l’émission ne croitra pas ^{ou ne} diminuera _pas avec

l’absorption,

il serail absurde de comparer ^{à ce} point ^{de vue} du noir de fumée et du sodiunl, puisque ^l’effet

photo-électrique

^{a son} origine ^dans l’atome du corps. Il s’ensuit que l’effet (Iiioique intimement lié il l’atome, dépendra essentiellement de l’élai d’agrégation

1noléclllaite du corps insolé: la ^struc- ture superficielle ^{de ce dernier,} par suite de ^son action sur l’absorption ^de

la lumière., ^{aura une} grande ^influence

sur l’émission des charges négatives.

Il est ainsi facile

d’expliquer

^l’in-

fluencc de l’état physique ^du corps iii- solé ou du poli ^{de su suri ace sur le} pouvoir hhoto-élcctricloc. ^{La moindre}

action chimique provoquera ^uue modifications de la structure superficielle, pouvant ^;c traduire par ^une

fatigue, ^{niais cette} médication peut ^se produire ^avec

le temps indépendamment ^{de toute action} chimique,

la fatigue photo-électrique pourra donc ^se manifester à l’obscurité, dans des gaz inertes, ^dans le vide, ^etc...

Les résultats que nous avons indiques, ^rendent

fortement probable l’existence, _pour chaque ^radiation

de longueur d’onde h it’ n déterminée, d’une épaisseur optima des couches Slipel’tlclt’llt’· produisant ^{11 Il}

maximum de l’émission photo-électrique. ^{t Ir on sait}

que l’effet !!ert/-HalhBaclis dépend essentiellement de la longueur d’onde du lu lumière excitatrice, r l’net

n’augmente pas ^{a mesure} que la longueur ^d’onle diminue, mais pour chaque corps ^{et même} pour

chaque ^structure superficielle d’un corps déterminé,

il y ^{a une} longueur ^{d onde} optima donnant le maxi-

mum d’effet.

Enfin puisque ^{la structure}

physique

^{des couches}

superficielles

^du corps ^insolé intervient dans l’ab-

sorption ^{et par} suite dans l’émission, ^une classinca- tion absolue des métaux suivant leur pouvoir photo- électrique apparaît ^{comme illusoire.}

[Manuscrit reçu le 20 octuhre t9i2].

ANALYSES

Radioactivité

Mobilité et diffusion des atomes de Ra A. - Eckmann (G.) [Jahrb d. Radioakt. h Elektr., ⁹ (1912) 137-187]. ^{- Les atomes} de Ra A immédiatement après leur production ^sont charges positivement. ^Ils n’empruntent

pas leur charge ^{il dcs ions} positifs présents ^dans le gaz.

Tout au contraire, ^{ils sont} neutralisés par des ions négatifs

et cela d’autant plus vite que ^ces derniers sont plus ^nom-

breux. On ne peut ^{donc s’en} tenir à la conception ^de

M. Wellisch; ^{il est} probable qu’on ^{n’a pas le} droit d’ein-

ployer la formule de mobilités dont il s’est servi. Il arrive même dans le dispositif emploie par M. Eckmann que

pour 100 environ des atomes de Ha .1 sont non seulement

neutralisas, ^{mais encore chargés} négativement par les ions gaxeuB et peuvent ^être recueillis a l’anode.

On est arrivé a _mesurer, chose qui n’avait pas ^encore été faite, le coefficient de diffusion des atomes de Ila A pur,

exempta ^{encore de toute} agrégation moléculaire, ^le coefficient a été trouvé égal ^à 0,06. ^{Mais cetle valeur} appartient ^à l’atome de Ra A frJichemcnt produit, ^clu poids atomique sensiblement égal a celui de l’émanation dont il pro-

vient, et avant toute formation d’agrégats moléculaires.

Les complexes radioactifs présents ^{dans une} atmosphère

d’émanation ^un peu vieille donnent lieu à toutes sortes de

complications ^{â cause de la} présence d’activités induises. Le fait était déjà ^connu, quoique peu étudié, ^{dans le cas de}

l’émanation du thorium. M. Ecklnann indique ^les moyen de purifier par ^le champ électrique ^une atmosphère ^d’éma-

nation de ses agrégats moléculaires. l,e transport ^{de ces} agrégats par ^le champ électrique ^{se fait au} moyen d’ions

positifs ^et négatif, partiellement ^associés.

L’auteur donne le nombre absolu des atomes de lla B et de Ra A flottant dans une atmosphère cl’émanation de con-

centration donnée ;1 l’état d’équilibre. ^Il indique ^{des for-}

luules permettant de calculer cet équilibre pour ^{toute te-}

neur en émanation et pour des volumes quelconques. ^Comme

il a déterminé également la variation d’activité des agrégats

en fonction du temps, ^on peut considérer comme connu, en première approximation, l’état d’une atmosphère quel-

conque d’émanation du radium. L. BLOCH.

Distribution du dépôt ^{actif du radium dans un} champ électrique. ^{- Wellisch} (E. M.) ^{et Bronson} (H. L.) [Pl2il. 111 a 9 ., ²³ (1912) 7 14-729 J. ^- L’objet ^{de ce}

travail a été d’étudier le mécanisme qui préside ^{au trans-} port ^du dépùt actif du radium aux électrodes d’un champ électrique ^ou bien, ^{en l’absence du} champ, ^{aux surfaces}

des solides exposés. L’hypothèse qui ^a guidé ^{les auteurs est}

que ^ce transport ^{est déterminé} par J’action llluluelle des atomes formés dans l’acte de la désintégration radioactive,

et des ions produits ^{dans le} gaI par les rayons qui ^accoln- pagnent ^cette désintégration: ^cette hypothèse ^{s’est trouvée} expliquer ^les faits d’une façon suffisante.

Les expériences ^{ont consisté} simplement ^à introduire de l’émanation du radium dans un condensateur cylindrique

muni d’une é!ectrode centrale, ^{à établir un} champ ^entre

cette dernière et le cylindre, ^à attendre la formation de

l’équilibre ^entre l’émanation et le dépôt actif, ^{à chasser}

alors l’émanation par ^{un courant} d’air, ^{à enlever} l’électrode centrale et a la placer ^{dans un autre} cslindre ^{semblable au} premier, ^{mais ne contenant} pas d’élnanation; ^en chargeant

le cylindre ^{et en} reliant l’électrode à un électromètre, on, mesurait alors le courant d’ionisation et partant ^{l’activité} acquise par l’électrode. On ^en faisait autant pour le cylindre activé, ^en v mettant, ^{à la} place de l’électrode enlevée, ^une

autre semblable, ^lnais inactive. Bien entendu, ^{on tenait} compte de la haisse d’activité qui ^se produit ^a partir ^du

moment ou l’on fait sortir l’émanation du condensateur, ^et

on réduisait tous les nombres à un llloment où l’émanation aBait été en équilibre ^{avec ses} produits. ^Les courants ont

toujours été mesurés en mettant une tension de 160 volts sur

le cylindre, ^ce qui toutefois était loin de donner la saturation.

Les résultats principaux ^sont représentées pur la figure suivante, ^{ou l’on a} porté ^{en abscisses les} potentiels (posi- tifs) auxquels ^lc cylindre ^était chargé pendant l’activation,

et en ordonnées l’ activité relative » de la tige ^centrale (cathode), c’est-à-dire le rapport ^{entre le courant d’ionisa-}

tion mesuré pour la tige ^{seule et celui} qu’on ^{avait dans le}

condensateur avant d’en expulser l’émanation; pour ^{une ten-} sion donnée, ^ce rapport ^ne dépend pas de la quantité ^d’éma-

nation emplo-vée, c. est-à-dire de l’activité totale du dépôt.

En examinant d’abord la courbe qui ^se rapporte ^{à la} pression ^d’une atmosphère, ^on i oii que pour de petits poten- tiels l’activité de la cathode est faible, c’est-à-dire que le

dépôt ^{actif n’a} qu’une préférence modérée pour aller ^à la

cathode; ^{à mesure} que la tension augmente, ^{cette activité} augmente ^{aussi, sans devenir} égale ^Ü l’activité totale, ^même

à plusieurs miniers de volt;, ^{mais sans tendre non} plus ^à

une limite qui soit inférieure à l’activité totale. Ceci permet

de supposer qu’avec ^un champ suffisamment intense tous les atomes pourraient ^{être amenés à la cathode et} que, par

conséquent, ^il n’y en ^a pas qui ^soient chargés négativement;

si une partie ^{des atomes vient a} l’anode lors de l’activation, c’est que ^{ce sont} probablement ^{des atomes non} chargés, qui

se déplacent dans le gaz par diffusion ^{et se} distribuent entre la tige ^{et le} cylindre ^en raison des surfaces respec- tives, on peut concevoir que la proportion ^{de ces atomes}

neutres diminue lorsque l’intensité du champ augmente.

La courbe obtenue à 260 mm de pression possède ^une

aflure très différente. étant presque horizontale dès ^le début;

pour des potentiels faibles, l’activité relative est plus grande